一种基于FPGA的全彩LED阵列驱动装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于FPGA的全彩LED阵列驱动装置，包括电源、HDMI接口和接收芯片、USB接口和桥接芯片、PCIe接口和桥接芯片、FPGA、FLASH、DDR3SDRAM、系统监测模组、LED阵列模组、人机交互模组。该装置以HDMI或者USB结合计算机端上位机作为视频输入源；以PCIe高速接口作为多个本实用新型专利技术装置之间级联扩展时的通信方式；以FPGA作为控制核心和数字图像处理核心；系统监测模组用于监测系统运行状态，并能对非正常状态作出合理的处理并报告给用户。本装置电路简单、成本低廉、刷新效率高，且利于扩展。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的全彩LED阵列驱动装置
本技术属于LED驱动设备领域，涉及一种全彩LED阵列驱动装置，尤其涉及一种基于FPGA的全彩LED阵列驱动装置。
技术介绍
随着现代多媒体的发展，全彩LED显示阵列得到了广泛应用。每个全彩LED是由一个红色发光二极管、一个绿色发光二极管、一个蓝色发光二极管组成。通过控制每个发光二极管的亮度可以混合出所有颜色。控制发光二极管亮度有两种方法，首先，由于发光二极管亮度几乎与流过发光二极管的电流成正比，因而可通过改变流过发光二极管的电流来控制发光二极管亮度。其次，由于人眼存在视觉滞留，因此也可以用脉宽调制的方法实现亮度控制，即周期性改变驱动发光二极管的高频PWM波占空比，实现亮度控制。目前市场上全彩LED显示阵列普遍采用MCU加专用全彩LED驱动器方案，以串行8*8*3位RGB数据输入、8*3通道恒流输出全彩LED驱动芯片DM163为例可以看出，该方案通过控制流过发光二极管的电流来实现发光二极管亮度控制，其有驱动方式简单，开发难度低等优势的同时，也存在如下缺点。首先，由于专用LED驱动器价格昂贵，尤其在高分辨率应用场景下需要使用大量LED驱动器，导致该方案成本高昂。其次，专用全彩LED驱动器通过串行输入每个发光二极管亮度信息达到控制每个LED的目的，由于MCU串行接口有限，该方案通常采用多片LED驱动器级联而共用一个串行输入接口的数据传输方式，这就导致了刷新效率低下的问题。最后，该方案系统设计不够灵活，在改变LED阵列分辨率时，需要较大幅度修改控制系统的设计，不利于扩展和提升性能。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于FPGA的全彩LED阵列驱动方案，以简化电路、降低成本、提高刷新效率，并增强扩展性。本技术的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：一种基于FPGA的全彩LED阵列驱动装置，包括电源模块、HDMI接口、HDMI接收芯片、USB接口、USB桥接芯片、PCIe接口、PCIe桥接芯片、FPGA、FLASH、DDR3SDRAM、系统监测模组、LED阵列模组和人机交互模组；用于接收视频输入信号的HDMI接口和HDMI接收芯片与FPGA连接，用于与计算机端上位机配合的USB接口和USB桥接芯片与FPGA连接，用于将多个所述驱动装置之间级联扩展的PCIe接口和PCIe桥接芯片与FPGA连接，用于配合FPGA实现数字图像处理和对整个驱动装置控制的FLASH、DDR3SDRAM分别与FPGA连接，LED阵列模组、用于进行用户设置的人机交互模组和用于监测系统运行状态的系统监测模组分别与FPGA连接。系统监测模组用于监测系统运行状态，使得本技术装置能对非正常状态作出合理的处理并报告给用户。包括对LED温度、系统湿度、电流负载的监测，由于LED温度过高会缩短LED使用寿命，当温度较高时，本技术装置会适当减小屏幕亮度。进一步地，人机交互模组与FPGA之间通过SPI总线协议进行通信。人机交互模组是用户实现对本系统控制的接口，该模组与FPGA之间通过SPI接口总线通信。进一步地，LED阵列模组包括三八译码器、达林顿晶体管阵列和全彩LED，译码器采用74LS138，达林顿晶体管阵列采用M54564FP，全彩LED采用共阳极RGBLED。全彩LED阵列模组由三八译码器、达林顿阵列、和全彩LED组成。译码器采用成本低廉的74LS138,其作用主要是压缩行列控制线的数量。达林顿晶体管阵列采用M54564FP，其的作用是提高驱动能力。全彩LED采用共阳极RGBLED。进一步地，HDMI接收芯片选用Lattice公司的SiI1127A。HDMI接口用于接收需要显示的视频信号，HDMI接口是目前被广泛使用的高清晰度多媒体接口，本技术装置与目前市场上普遍使用的全彩LED阵列驱动方案不同，本技术装置无需安装用于接收视频信号、调整分辨率、分割画面等的发送卡，而兼容所有不大于1080P分辨率的HDMI视频信号源，真正做到即插即用。HDMI接收芯片选用Lattice公司SiI1127A，是一款双HDMI端口输入、36位RGB数据输出的HDMI接收器，可接收高达1080p@60Hz的12位DeepColor视频信号。进一步地，USB桥接芯片选用Cypress公司的CYUSB3065。USB接口配合计算机端上位机，不仅可以将需要显示的视频信号从计算机端发送给本技术装置，还能通过计算机端上位机对本技术装置进行设置。USB桥接芯片选用Cypress公司的CYUSB3065，该芯片不仅是符合PIPE3.0的5GbpsUSB3.0PHY，而且是一枚集成了32位ARM926EJ-S微处理器的USB桥接控制器。USB桥接芯片与FPGA之间使用MIPICSI-2接口标准传输数据。该接口标准是由移动工业处理器接口(MIPI)协会定义的摄像机串行接口标准，用于在高带宽串行线上发送图像数据。首次将本技术装置通过USB连接计算机上位机时，上位机将自动枚举USB桥接芯片供应商ID，并通过USB接口下载固件和USB描述符，之后，本技术装置会作为下载信息定义的器件再次被枚举，该过程在器件插入时即时发生，免去手动安装驱动过程，便于用户使用。进一步地，PCIe桥接芯片选用沁恒公司的CH368。PCIe接口用于当多个本技术装置之间级联和扩展时传输数据。PCIe桥接芯片选用沁恒公司的CH368，CH368是一个连接PCI-Express总线的通用接口芯片，支持I/O端口映射、存储器映射、扩展ROM以及中断。CH368将高速PCIE总线转换为简便易用的类似于ISA总线的32位主动并行接口。进一步地，所述DDR3SDRAM采用两片Micron公司的DDR3SDRAM芯片MT41K64M16TW-107AIT。FLASH除了用于存储FPGA的配置信息外，还存储有中文常用字字库和一些界面图标数据，用于给用户提供可视化人机交互接口。此外，FLASH中还存储用户设置信息，以解决系统由于宕机重启后需要重新设置的问题。本技术装置采用两片Micron公司的DDR3SDRAM芯片MT41K64M16TW-107AIT用于缓存视频数据。本技术具有以下优势：1、本技术采用FPGA输出PWM波的方式控制LED亮度的方案代替专用LED驱动器方案，简化电路，节省成本。2、本技术采用HDMI作为视频输入源，与目前市场上普遍使用的需安装用于接收视频信号、调整分辨率、分割画面等的发送卡方案相比，视频输入方式简单而又通用。而且本技术还能以USB结合计算机端上位机作为视频输入源，更加提高了易用性。3、本技术充分发挥FPGA并行性，不存在通过串行数据接口向多片级联的LED驱动器中传输亮度信息而导致效率低下的问题，因而可以提高刷新率，优化显示效果。4、由于FPGA在数字图像处理效率方面有巨大的优势，因而增加对比度、色相、色彩饱和度、抗锯齿、去噪等画面调节功能，为用户提供可自由定制的显示效果。5、系统监测模组用于监测系统运行状态，使得本技术装置能对非正常状态作出合理的处理并报告给用户，提高了系统容错能力，延长系统使用寿命。附图说明图1是本技术的硬件系统结构示意图；图2是本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的全彩LED阵列驱动装置，其特征在于：包括电源模块、HDMI接口、HDMI接收芯片、USB接口、USB桥接芯片、PCIe接口、PCIe桥接芯片、FPGA、FLASH、DDR3SDRAM、系统监测模组、LED阵列模组和人机交互模组；用于接收视频输入信号的HDMI接口和HDMI接收芯片与FPGA连接，用于与计算机端上位机配合的USB接口和USB桥接芯片与FPGA连接，用于将多个所述驱动装置之间级联扩展的PCIe接口和PCIe桥接芯片与FPGA连接，用于配合FPGA实现数字图像处理和对整个驱动装置控制的FLASH、DDR3SDRAM分别与FPGA连接，LED阵列模组、用于进行用户设置的人机交互模组和用于监测系统运行状态的系统监测模组分别与FPGA连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的全彩LED阵列驱动装置，其特征在于：包括电源模块、HDMI接口、HDMI接收芯片、USB接口、USB桥接芯片、PCIe接口、PCIe桥接芯片、FPGA、FLASH、DDR3SDRAM、系统监测模组、LED阵列模组和人机交互模组；用于接收视频输入信号的HDMI接口和HDMI接收芯片与FPGA连接，用于与计算机端上位机配合的USB接口和USB桥接芯片与FPGA连接，用于将多个所述驱动装置之间级联扩展的PCIe接口和PCIe桥接芯片与FPGA连接，用于配合FPGA实现数字图像处理和对整个驱动装置控制的FLASH、DDR3SDRAM分别与FPGA连接，LED阵列模组、用于进行用户设置的人机交互模组和用于监测系统运行状态的系统监测模组分别与FPGA连接。2.根据权利要求1所述的全彩LED阵列驱动装置，其特征在于：人机交互模组与FPGA之间通过SPI总线协议进行通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张加宏，吕达，张仙玲，李敏，顾芳，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32