[实用新型]一种基于FPGA的全彩LED阵列驱动装置

说明书

本实用新型公开了一种基于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。

技术领域

本实用新型属于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。

背景技术

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。

发明内容

本实用新型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。

本实用新型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，使得本实用新型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，本实用新型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。