VGA 视频与 LED 显示屏的同步显示设计

摘要：系统硬件分为三个部分。首先，通过显卡显示信息实时提取电路从显卡中实时提取出VGA单色数字视频信号、像素时钟、行同步、帧同步，经过处理后由输出介质传输过去;第二部分是CRT视频信号到LED显示信号转换电路，该电路把传输介质传送过来的图像信号经选择、存贮、读取、分配，转换成为对应于LED点阵屏的显示信号;第三部分是LED驱动板，它接收转换后的LED显示信号，并分配给LED点阵屏对应的像素点，驱动LED显示。

显示屏从通讯控制方式上分为同步和异步两种，同步控制方式是上位机与屏体之间实时进行通讯。异步控制方式是上位机与屏体之间独立运行，但需要上位机将显示信息编辑并发送到显示屏体。本文给出了基于同步显示上位机信息显示设计。

一、系统总体设计
 

系统硬件分为三个部分。首先，通过显卡显示信息实时提取电路从显卡中实时提取出VGA单色数字视频信号、像素时钟、行同步、帧同步，经过处理后由输出介质传输过去;第二部分是CRT视频信号到LED显示信号转换电路，该电路把传输介质传送过来的图像信号经选择、存贮、读取、分配，转换成为对应于LED点阵屏的显示信号;第三部分是LED驱动板，它接收转换后的LED显示信号，并分配给LED点阵屏对应的像素点，驱动LED显示。
 

二、显卡显示信息实时提取电路
 

在VGA方式下，当在VGA上显示某种颜色时，首先由视频存贮器输出一个颜色号，该颜色号实际上是用于选择调色板寄存器的，被选中的调色板寄存器又产生一个八位索引地址，用来选择数字模拟转换器(DAC颜色寄存器)，DAC颜色寄存器共有256个，每个寄存器由18位组成，当选中某个颜色寄存器时，同时将其中的18位数字信号进行模数转换，转换成为模拟红、绿、蓝三色信号，送模拟监视器，实现扫描显卡。
 

当VGA工作在显示模式18时，即十六色模式的时候，调色板寄存器输出的八位索引地址的低四位(从P0到P3)实际上就是数字视频信号蓝、绿、红以及亮度信号，我们可以利用VGA的这一特点，直接提取单色数字视频信号。在实际电路中，通过显卡26芯特征插座来实现这一功能。其中P0到P7为八位索引地址，17脚、21脚、23脚分别为像素时钟、行同步、场同步。特征插座一方面把这些信号送往颜色寄存器反模拟监视器，另一方面可以对外输出，所以，我们从显卡26芯特征插座上直接提取出一路单色视频信号，经八位串转并变换后经长线传输出去，同时提取出像素时钟、场同步信号、行同步信号，用于以后的信号转换及显示。八位串/并转换是基于两方面的原因：一是因为在VGA图形模式下，一个像素由八位组成，八位并行输出实现了一个像素一个像素的传输;二是八位串/并转换降低了数据传输速率，便于长线传输。
 

VGA扫描时序与LED屏幕扫描时序有所不同，因此，必须把VGA视频信号转换成为对应于LED大屏幕的显示信号，这主要通过对两片SRAM
 

(SRAM1和SRAM2)的读写来完成。两片SRAM交替处于读写状态，假设在某一场时，SRAM1处于写状态，SRAM2处于读状态，这时，SRAM1的写信号有效，读信号无效，同时，写地址发生器产生的写地址被选通输入SRAM1,这样，就把数字视频信号写入SRAM1;对于SRAM2,写信号无效，读信号有效，同时，选通读地址输入SRAM2,从而读出SRAM2中前一场已写入的数据，用于分配、传输和显示。
 

(一)VGA视频信号的选择
 

VGA视频的分辨率与LED大屏幕不同，在本系统中，我们实现的LED大屏幕的分辨率为256×128,而VGA工作于18模式时，其分辨率为640×480,这样，LED屏幕不能完整显示整个视频图像，而只能选取其中一部分进行同步显示。VGA视频图像的选择，是通过写地址发生器和读地址发生器来完成的。写地址发生器在产生写地址的同时，产生一个写控制信号，该控制信号在一帧中选定行期间有效，其余时间无效，从而仅被选择行的数据写入SRAM中，完成了对于行的选择;同理，读地址发生器在产生读地址的同时产生一个读控制信号，它控制读移位信号仅在选定列期间有效，即只移位读出选定列的数据，从而完成了对VGA视频信号列的选择。
 

(二)SRAM数据的读出、分配
 

SRAM中存储的数据，需要按一定的顺序读出、分配，使它对应于LED大屏幕，这里，我们采用分区电路的方式，即把整个LED大屏幕按16的倍数分区，LED大屏幕共有256行，所以分为十六个分区。数据的读出分配按下面的顺序进行：首先是第一分区第一行第一个像素，然后是第二分区第一行第一个像素，……第十六分区第一行第一个像素，接下来是第一分区第一行第二个像素……按这样的顺序下去，读出的数据经八位移位寄存器并转串输出，从而使十六个分区对应位置的数据同时传输。
 

采用分区电路有两方面的优点：第一，将LED大屏幕分为十六分区后，数据的传输速率降低为原来的十六分之一，便于数据传输;第二，发光二极管余辉时间短，要求屏幕刷新频率高，如果整频刷新，则需要的时间长，会产生闪烁现象，采用分区电路后，十六个分区同时刷新，这样，在不增加硬件复杂程度的基础上，克服了屏幕闪烁现象。
 

三、驱动电路
 

转换电路输出的数据进入LED驱动电路板，图像数据必须被准确地传送并分配到对应的LED点阵像素处，系统采用动态逐行扫描的方式驱动LED显示。因为各分区数据同时传输，所以各分区的数据传输分配及LED驱动是一致的。本系统中，采用的LED模块是8×8dot行共阳、列共阴模块，采用行共阳驱动方式，即图像数据输入阴极，通过在共阳极施加高电平驱动LED显示。图像数据的输入是通过八位移位寄存器595,每一个595芯片对应一个LED模块，一场开始时，首先，移位信号控制第一行数据输入，当一行数据全部移位进入后，出现一个锁存信号，数据锁存输出到LED模块，同时，第一行共阳极输入一高电平，点亮第一行;在第一行点亮期间，同时移位输入第二行数据，第二行全部移位进入后，又出现一个锁存脉冲，同时第一行共阳极高电平消失，第二行共阳极输入高电平，驱动第二行显示，第一行熄灭……即每次点亮前一行的同时，移位输入第二行数据，保持画面连续。
 

由上述三部分硬件，实现了VGA视频与LED显示屏的同步显示，使LED大屏幕跟踪VGA视频显示。

四、结论
 

本系统信息显示不受环境影响，可实现高亮度显示，且系统可以根据信息显示的要求选择屏幕大小，从而控制成本，实用性很强，已在汽车综合性能检测系统中得到应用。本文研究的虽然是单色系统，但这种方法也可推广到全彩色显示系统。