LED大屏幕同步显示系统硬件设计及实现

论文摘要

随着半导体技术的发展,LED显示屏的设计制造和应用水平得到日益提高,LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏到全彩色视频显示屏的发展过程。在此发展过程中,无论是材料的性能(高亮LED显示屏)还是显示方式(计算机化全动态显示)都取得了长足的进步。LED显示屏相比于其他显示媒介,有其独特的优越性,比如:可靠性高、使用寿命长、亮度高、功耗低、色彩丰富等。LED显示屏已经广泛应用于工业、交通、商业广告、信息发布、体育比赛等各个领域。相信随着全彩色显示技术的日益完善,LED显示屏必将得到更广泛的应用。本文给出了一个基于DVI接口作为视频数据源、利用千兆以太网进行数据传输的全彩色LED大屏幕同步显示控制系统的具体硬件实现方案。论文首先介绍了LED显示技术的总体概况和发展趋势,重点研究了全彩色LED显示技术。然后介绍了本设计所采用的硬件开发平台Allegro SPB,考虑到系统对传输数据量和实时性的要求,给出了基于FPGA、DVI接口和千兆以太网的整体设计方案。接着详细讨论了相关技术及各硬件单元的具体实现,包括核心处理器XC3S250E、DVI接口、USB接口、以太网接口、LED大屏幕驱动电路和电源电路等,并完成了系统中各模块的设计。对于系统板卡的PCB设计,给出了具体的方法以满足高速电路信号完整性和电磁兼容性的要求。最后对本文工作进行总结,并对今后工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 LED显示技术概述
• 1.2 LED大屏幕的分类和技术要求
• 1.2.1 LED大屏幕的分类
• 1.2.2 LED大屏幕的技术要求
• 1.3 LED大屏幕的发展状况与趋势
• 1.3.1 我国LED大屏幕发展状况
• 1.3.2 LED大屏幕的发展趋势
• 1.4 本文工作
• 1.5 论文内容安排
• 2 EDA技术及系统整体硬件设计
• 2.1 电路设计的EDA应用
• 2.1.1 EDA技术概述
• 2.1.2 Allegro SPB开发平台
• 2.1.3 PCB设计流程
• 2.2 系统总体设计方案
• 2.2.1 系统设计要求
• 2.2.2 LED大屏幕控制方案的选取
• 2.2.3 整体硬件结构及功能
• 3 各功能模块的硬件电路设计
• 3.1 DVI视频接收模块设计
• 3.1.1 DVI接口
• 3.1.2 TMDS连接
• 3.1.3 DVI接收电路设计
• 3.2 USB接口电路设计
• 3.3 FPGA控制单元设计
• 3.3.1 功能及整体结构说明
• 3.3.2 SDRAM缓存模块
• 3.3.3 SPI Flash配置模块
• 3.3.4 EEPROM存储单元
• 3.4 以太网接口模块设计及实现
• 3.4.1 1000Base-T千兆以太网
• 3.4.2 以太网接口电路设计
• 3.5 LED大屏幕驱动电路
• 3.6 电源及复位电路
• 3.7 本章小结
• 4 系统硬件PCB实现
• 4.1 高速PCB设计的可靠性要求
• 4.1.1 电磁兼容性要求
• 4.1.2 信号完整性要求
• 4.2 PCB设计采取的策略
• 4.2.1 PCB布局
• 4.2.2 PCB布线
• 4.2.3 阻抗匹配
• 4.2.4 电源完整性设计
• 4.3 本章小结
• 5 系统调试及实际应用
• 5.1 系统硬件调试
• 5.1.1 硬件调试过程
• 5.1.2 调试中遇到的问题
• 5.2 系统实际应用
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢