基于ARM和FPGA的LED全彩显示技术研究

论文摘要

LED显示屏已经不仅仅只是在公共场合作为公共信息的发布平台，随视频广告的需求不断加大，LED显示屏更多的是在街头巷尾作为商用广告的发布者出现。因此，市场上对于灵活多变的小型LED显示系统的需求就十分强烈。对于小型便携式LED显示控制系统的开发，其意义以及价值正是本文的出发点。本文研究的是具有256级灰度的LED全彩显示控制系统。传统同步系统需要上位机提供视屏源，应用环境十分局限，无法实现便携。异步系统受硬件资源限制，显示效果较差，本文结合LED同异步显示系统的主要功能及技术指标，采用ARM+FPGA的硬件构架。利用ARM处理器可移植操作系统、自带LCD控制器、可实现图形界面系统的特点，将ARM系统作为视频源，操作系统可以有效地管理系统资源的分配并以多任务方式实现整个应用程序的设计。其系统运行可靠性和速度都比较高。FPGA用于显示数据重构、灰度扫描控制，实现了灰度级控制的改进以及显示效果的增强，可以满足显示频率高、数据量大等场合的要求。本文的核心是ARM系统的软硬件设计以及FPGA的逻辑模块设计。重点实现基于FPGA技术的控制模块：根据色度学基础原理，从硬件角度分析LED显示屏的驱动以及控制原理，基于PWM控制的八场显示法以及1/16动态扫描法实现FPGA各个功能模块：包括ARM接口缓冲模块、SRAM写地址发生模块、读/写SRAM控制器模块、读SRAM地址发生模块、灰度扫描控制模块等。FPGA所有模块通过仿真对各个模块的正确性进行验证。其次实现ARM系统的硬件平台：包括ARM系统的外围电路、与存储器的接口电路和ARM与FPGA的接口电路；最后实现ARM软件系统，包括Linux操作系统的移植、引导加载程序的实现、S3C2410芯片内部的LCD控制器的驱动程序以及用户图形界面Qtopia的实现。整个显示控制系统图像层次感更好，数据处理速度更快，显示更稳定，同时具有良好的便携性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 LED 显示系统的研究背景
• 1.1.1 LED 显示系统
• 1.1.2 LED 显示系统的发展状况
• 1.1.3 LED 显示系统的发展趋势
• 1.2 课题背景及研究意义
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 LED 显示屏的工作机理
• 2.1 LED 的发光特性
• 2.2 色度学的基础理论
• 2.2.1 人眼的视觉特性以及脉宽调制（PWM）电路
• 2.2.2 格拉斯曼定律
• 2.2.3 颜色匹配
• 2.2.4 1 931CIE-RGB 与 XYZ 色度系统
• 2.2.5 色品图与三刺激值
• 2.2.6 三基色与混合色的色坐标亮度
• 2.3 LED 显示屏机理
• 2.3.1 LED 显示屏屏体
• 2.3.2 LED 器件的驱动
• 2.3.3 LED 的动态扫描和静态扫描
• 2.3.4 灰度级控制的实现机理
• 2.4 本章小结
• 第3章 LED 显示控制系统总体设计
• 3.1 系统的设计目标
• 3.2 系统总体设计分析
• 3.3 系统的软、硬件组成
• 3.3.1 系统的硬件组成
• 3.3.2 系统的软件组成
• 3.4 本章小结
• 第4章 显示控制系统的硬件设计
• 4.1 ARM 系统的电路设计
• 4.1.1 ARM 系统的芯片选型
• 4.1.2 电源电路
• 4.1.3 晶振电路设计
• 4.1.4 复位电路设计
• 4.1.5 JTAG 电路设计
• 4.1.6 FLASH 存储器接口电路
• 4.1.7 SDRAM 存储器接口电路
• 4.2 FPGA 的外围电路设计
• 4.2.1 FPGA 芯片配置电路
• 4.2.2 驱动电路
• 4.3 本章小结
• 第5章 FPGA 控制模块的设计
• 5.1 控制模块的总体设计
• 5.2 ARM 接口缓冲模块
• 5.3 SRAM 写地址发生模块
• 5.4 读/写 SRAM 控制器
• 5.5 读 SRAM 地址发生模块
• 5.6 灰度扫描控制模块
• 5.7 本章小结
• 第6章 ARM 软件设计
• 6.1 引导装载程序
• 6.2 嵌入式操作系统的移植
• 6.3 LCD 驱动程序的实现
• 6.3.1 LCD 控制寄存器的功能及其设置
• 6.3.2 基于 FramBuffer 的 LCD 驱动设计
• 6.4 用户图像界面的设计
• 6.4.1 Qt/Embedded 的应用架构
• 6.4.2 Qt 开发环境极其运行环境
• 6.4.3 Qt/E 应用程序开发
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介