VGA視頻與LED顯示屏的同步顯示設計

一、系統總體設計

????? 系統硬件分為三個部分。首先，通過顯卡顯示信息實時提取電路從顯卡中實時提取出VGA單色數字視頻信號、像素時鐘、行同步、幀同步，經過處理后由輸出介質傳輸過去；第二部分是CRT視頻信號到LED顯示信號轉換電路，該電路把傳輸介質傳送過來的圖像信號經選擇、存貯、讀取、分配，轉換成為對應于LED點陣屏的顯示信號；第三部分是LED驅動板，它接收轉換后的LED顯示信號，并分配給LED點陣屏對應的像素點，驅動LED顯示。

二、顯卡顯示信息實時提取電路

　　在VGA方式下，當在VGA上顯示某種顏色時，首先由視頻存貯器輸出一個顏色號，該顏色號實際上是用于選擇調色板寄存器的，被選中的調色板寄存器又產生一個八位索引地址，用來選擇數字模擬轉換器（DAC顏色寄存器），DAC顏色寄存器共有256個，每個寄存器由18位組成，當選中某個顏色寄存器時，同時將其中的18位數字信號進行模數轉換，轉換成為模擬紅、綠、藍三色信號，送模擬監視器，實現掃描顯卡。

　　當VGA工作在顯示模式18時，即十六色模式的時候，調色板寄存器輸出的八位索引地址的低四位（從P0到P3）實際上就是數字視頻信號藍、綠、紅以及亮度信號，我們可以利用VGA的這一特點，直接提取單色數字視頻信號。在實際電路中，通過顯卡26芯特征插座來實現這一功能。其中P0到P7為八位索引地址，17腳、21腳、23腳分別為像素時鐘、行同步、場同步。特征插座一方面把這些信號送往顏色寄存器反模擬監視器，另一方面可以對外輸出，所以，我們從顯卡26芯特征插座上直接提取出一路單色視頻信號，經八位串轉并變換后經長線傳輸出去，同時提取出像素時鐘、場同步信號、行同步信號，用于以后的信號轉換及顯示。八位串/并轉換是基于兩方面的原因：一是因為在VGA圖形模式下，一個像素由八位組成，八位并行輸出實現了一個像素一個像素的傳輸；二是八位串/并轉換降低了數據傳輸速率，便于長線傳輸。

　　VGA掃描時序與LED屏幕掃描時序有所不同，因此，必須把VGA視頻信號轉換成為對應于LED大屏幕的顯示信號，這主要通過對兩片SRAM

　?。⊿RAM1和SRAM2）的讀寫來完成。兩片SRAM交替處于讀寫狀態，假設在某一場時，SRAM1處于寫狀態，SRAM2處于讀狀態，這時，SRAM1的寫信號有效，讀信號無效，同時，寫地址發生器產生的寫地址被選通輸入SRAM1,這樣，就把數字視頻信號寫入SRAM1;對于SRAM2,寫信號無效，讀信號有效，同時，選通讀地址輸入SRAM2,從而讀出SRAM2中前一場已寫入的數據，用于分配、傳輸和顯示。

　?。ㄒ唬￢GA視頻信號的選擇

　　VGA視頻的分辨率與LED大屏幕不同，在本系統中，我們實現的LED大屏幕的分辨率為256×128,而VGA工作于18模式時，其分辨率為640×480,這樣，LED屏幕不能完整顯示整個視頻圖像，而只能選取其中一部分進行同步顯示。VGA視頻圖像的選擇，是通過寫地址發生器和讀地址發生器來完成的。寫地址發生器在產生寫地址的同時，產生一個寫控制信號，該控制信號在一幀中選定行期間有效，其余時間無效，從而僅被選擇行的數據寫入SRAM中，完成了對于行的選擇；同理，讀地址發生器在產生讀地址的同時產生一個讀控制信號，它控制讀移位信號僅在選定列期間有效，即只移位讀出選定列的數據，從而完成了對VGA視頻信號列的選擇。

　?。ǘ㏒RAM數據的讀出、分配

　　SRAM中存儲的數據，需要按一定的順序讀出、分配，使它對應于LED大屏幕，這里，我們采用分區電路的方式，即把整個LED大屏幕按16的倍數分區，LED大屏幕共有256行，所以分為十六個分區。數據的讀出分配按下面的順序進行：首先是第一分區第一行第一個像素，然后是第二分區第一行第一個像素，……第十六分區第一行第一個像素，接下來是第一分區第一行第二個像素……按這樣的順序下去，讀出的數據經八位移位寄存器并轉串輸出，從而使十六個分區對應位置的數據同時傳輸。

　　采用分區電路有兩方面的優點：第一，將LED大屏幕分為十六分區后，數據的傳輸速率降低為原來的十六分之一，便于數據傳輸；第二，發光二極管余輝時間短，要求屏幕刷新頻率高，如果整頻刷新，則需要的時間長，會產生閃爍現象，采用分區電路后，十六個分區同時刷新，這樣，在不增加硬件復雜程度的基礎上，克服了屏幕閃爍現象。

三、驅動電路

　　轉換電路輸出的數據進入LED驅動電路板，圖像數據必須被準確地傳送并分配到對應的LED點陣像素處，系統采用動態逐行掃描的方式驅動LED顯示。因為各分區數據同時傳輸，所以各分區的數據傳輸分配及LED驅動是一致的。本系統中，采用的LED模塊是8×8dot行共陽、列共陰模塊，采用行共陽驅動方式，即圖像數據輸入陰極，通過在共陽極施加高電平驅動LED顯示。圖像數據的輸入是通過八位移位寄存器595,每一個595芯片對應一個LED模塊，一場開始時，首先，移位信號控制第一行數據輸入，當一行數據全部移位進入后，出現一個鎖存信號，數據鎖存輸出到LED模塊，同時，第一行共陽極輸入一高電平，點亮第一行；在第一行點亮期間，同時移位輸入第二行數據，第二行全部移位進入后，又出現一個鎖存脈沖，同時第一行共陽極高電平消失，第二行共陽極輸入高電平，驅動第二行顯示，第一行熄滅……即每次點亮前一行的同時，移位輸入第二行數據，保持畫面連續。

　　由上述三部分硬件，實現了VGA視頻與LED顯示屏的同步顯示，使LED大屏幕跟蹤VGA視頻顯示。

四、結論

　　本系統信息顯示不受環境影響，可實現高亮度顯示，且系統可以根據信息顯示的要求選擇屏幕大小，從而控制成本，實用性很強，已在汽車綜合性能檢測系統中得到應用。本文研究的雖然是單色系統，但這種方法也可推廣到全彩色顯示系統。