[實用新型]一種基于FPGA的全彩LED陣列驅動裝置

有效

• 申請號: 201820366410.1
• 申請日: 2018-03-19
• 公開（公告）號: CN207938293U
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 張加宏;呂達;張仙玲;李敏;顧芳
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G09G3/32
• 分類號: G09G3/32
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮;趙超

本實用新型公開了一種基于FPGA的全彩LED陣列驅動裝置，包括電源、HDMI接口和接收芯片、USB接口和橋接芯片、PCIe接口和橋接芯片、FPGA、FLASH、DDR3SDRAM、系統監測模組、LED陣列模組、人機交互模組。該裝置以HDMI或者USB結合計算機端上位機作為視頻輸入源；以PCIe高速接口作為多個本實用新型裝置之間級聯擴展時的通信方式；以FPGA作為控制核心和數字圖像處理核心；系統監測模組用于監測系統運行狀態，并能對非正常狀態作出合理的處理并報告給用戶。本裝置電路簡單、成本低廉、刷新效率高，且利于擴展。

技術領域

本實用新型屬于LED驅動設備領域，涉及一種全彩LED陣列驅動裝置，尤其涉及一種基于FPGA的全彩LED陣列驅動裝置。

背景技術

隨著現代多媒體的發展，全彩LED顯示陣列得到了廣泛應用。每個全彩LED是由一個紅色發光二極管、一個綠色發光二極管、一個藍色發光二極管組成。通過控制每個發光二極管的亮度可以混合出所有顏色。控制發光二極管亮度有兩種方法，首先，由于發光二極管亮度幾乎與流過發光二極管的電流成正比，因而可通過改變流過發光二極管的電流來控制發光二極管亮度。其次，由于人眼存在視覺滯留，因此也可以用脈寬調制的方法實現亮度控制，即周期性改變驅動發光二極管的高頻PWM波占空比，實現亮度控制。

目前市場上全彩LED顯示陣列普遍采用MCU加專用全彩LED驅動器方案，以串行8*8*3位RGB數據輸入、8*3通道恒流輸出全彩LED驅動芯片DM163為例可以看出，該方案通過控制流過發光二極管的電流來實現發光二極管亮度控制，其有驅動方式簡單，開發難度低等優勢的同時，也存在如下缺點。首先，由于專用LED驅動器價格昂貴，尤其在高分辨率應用場景下需要使用大量LED驅動器，導致該方案成本高昂。其次，專用全彩LED驅動器通過串行輸入每個發光二極管亮度信息達到控制每個LED的目的，由于MCU串行接口有限，該方案通常采用多片LED驅動器級聯而共用一個串行輸入接口的數據傳輸方式，這就導致了刷新效率低下的問題。最后，該方案系統設計不夠靈活，在改變LED陣列分辨率時，需要較大幅度修改控制系統的設計，不利于擴展和提升性能。

發明內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于FPGA的全彩LED陣列驅動方案，以簡化電路、降低成本、提高刷新效率，并增強擴展性。

本實用新型的上述目的是通過下面的技術方案得以實現的：

一種基于FPGA的全彩LED陣列驅動裝置，包括電源模塊、HDMI接口、HDMI接收芯片、USB接口、USB橋接芯片、PCIe接口、PCIe橋接芯片、FPGA、FLASH、DDR3SDRAM、系統監測模組、LED陣列模組和人機交互模組；用于接收視頻輸入信號的HDMI接口和HDMI接收芯片與FPGA連接，用于與計算機端上位機配合的USB接口和USB橋接芯片與FPGA連接，用于將多個所述驅動裝置之間級聯擴展的PCIe接口和PCIe橋接芯片與FPGA連接，用于配合FPGA實現數字圖像處理和對整個驅動裝置控制的FLASH、DDR3SDRAM分別與FPGA連接，LED陣列模組、用于進行用戶設置的人機交互模組和用于監測系統運行狀態的系統監測模組分別與FPGA連接。系統監測模組用于監測系統運行狀態，使得本實用新型裝置能對非正常狀態作出合理的處理并報告給用戶。包括對LED溫度、系統濕度、電流負載的監測，由于LED溫度過高會縮短LED使用壽命，當溫度較高時，本實用新型裝置會適當減小屏幕亮度。

進一步地，人機交互模組與FPGA之間通過SPI總線協議進行通信。人機交互模組是用戶實現對本系統控制的接口，該模組與FPGA之間通過SPI接口總線通信。