基于FPGA的OLED真彩色显示设计方案

　　OLED 显示屏的刷新频率是60 Hz /s,即显示一帧图像的时间为1 /60 s,设为T,所以，行扫描起始信号stx 的周期T 为16 667 μs,占空比为1∶ 90; 因为OLED显示屏480 × 3 行电极分组组合成为90 个Block,所以每一块的选通时间为T /90,即185. 185 μs.而cpx 和cpbx 是一对反相不交叠的脉冲信号，占空比为50%,在脉冲信号的高电平和低电平时，都有一个Block 行像素被选通，即在cpx 和cpbx 一个周期内有两个Block 行像素被选通，所以行扫描驱动脉冲cpx 和cpbx的周期为T /45,即370. 370 μs.

　　同理，OLED 显示屏的列被分为80 个Block,每个列Block 的选通时间为2. 315 μs,列扫描起始信号sty的周期为185. 185 μs,占空比为1 ∶ 80.列驱动脉冲cpy 和cpby 亦是一对反相不交叠的脉冲信号，占空比为50%,在脉冲信号的高电平和低电平时，都有一个Block 被选通。由于每个列Block 的选通时间为2. 315 μs,所以列扫描驱动脉冲cpy 和cpby 的周期为4. 630 μs.

　　在每个列Block 选通期间，从FIFO 中并行读出的8 个8 bit 数据进入数据锁存器锁存。在每个BLOCK选通期间都将进行一次数据的锁存，所以数据锁存信号Lock 的周期为2. 315 μs.因为当16 个8 位的数据装载寄存器都载满数据的时候才进行这144 个数据的锁存，所以16 位移位寄存器时钟clk _reg 的周期为0. 145 μs.从FIFO 中读出数据的速度必须和向数据装载寄存器中装载数据的速度一致，则FIFO 的读时钟clk _ fifo 的周期也为0. 145 μs.对0. 15 μs（ 6. 896 MHz） 进行近似为7 MHz,所以令系统的基本时钟为14 MHz,由FPGA 外部晶振产生。读时钟为基本时钟的二分频。

　　1. 5 FPGA 工作流程

　　FPGA 处理器是设计的核心部分，其工作流程为，在每个clk_fifo 时钟周期下，从8 个FIFO 缓存中并行读出8 个8 bit 像素数据，在时钟clk_reg 上升沿到来时， 16 位移位寄存器发生移位，它的输出端接16 个8位数据装载寄存器的片选端，这样16 个8 位数据装载寄存器逐个被选通，此时这些数据就可以载入到16 个8 位数据装载寄存器中，这16 个8 位寄存器的输出端接在144 位锁存器的输入端上。16 个时钟clk_reg 上升沿过后， 16 个8 位数据装载寄存器都将依次被装载满，此时数据锁存信号Lock 到达，将144 个数据锁存到144 位数据锁存器中，然后这些数据进入到DA 转换模块，转换成16 路模拟量，送至OLED 显示屏，完成一个Block 数据的载入。

　　在列扫描驱动脉冲cpy 和cpby 的控制下，80 个Block 依次被选通，在每一Block 被选通期间，都将进行一次144 个数据的移位寄存和锁存，当80 个Block都锁存完之后，一行数据的载入也就完成了。当第一行的80 个Block 数据显示完毕后，列扫描起始信号sty过来，又开始从第一列扫描，与此同时，在行扫描驱动脉冲cpx 和cpbx 的作用下，第二行像素被选通，所以，这时将进行第二行的1 到80 个Block 的数据载入，以此类推，直到90 行数据都显示完毕之后，行扫描起始信号stx 到来，重新选通第一行，循环往复，一帧帧地显示数据。

　　2 仿真结果

　　选用Altera 公司Cyclone Ⅲ 系列芯片EP3C10E144C8 为目标芯片，采用Verilog HDL 语言进行设计，在GX - SOPC - EDA - EP3C10 - STARTER -EDK 开发板上进行Modelsim 仿真，仿真结果如图4 和图5 所示。

图4 外围驱动时序仿真结果

图5 256灰度产生模拟仿真

　　由图4 仿真结果可以看出，80 组列扫描脉冲cpy和cpby 控制80 个Block, 80 个列扫描脉冲完毕后，列扫描起始信号sty 脉冲开始，继续扫描下一行。90 行扫描完毕后， stx 到来重新选通第一行，依此循环，符合设计的要求。

　　由图5 仿真结果可以看出，对于输入的8 bit 像素数据，经灰度产生模块转化为灰度数据。以第一个输入数据8 hff 为例，每位的显示时间为128∶ 64∶ 32∶ 16∶ 8∶ 4∶2∶ 1,由其不同组合，从而实现了256 级灰度的功能。

　　3 结束语

　　基于FPGA 芯片设计了分辨率为480 × RGB × 640的真彩色OLED 显示屏的驱动电路，在传统的子场原理和脉宽调制占空比实现灰度的基础上，对其进行优化，采用R、G、B 单基色像素分时显示的方法，实现了256 级灰度功能。经仿真和软硬件协同仿真验证，实现了设计所要求满足的功能。其256 级灰度实现方法简单灵活，降低了对FPGA 驱动频率的要求，对于在高刷率、高分辨率、高灰阶显示器件上的应用，具有很高的实用价值。利用该电路系统可以实现OLED 显示的全彩色实时动态图像的传输，为今后OLED 作为大尺寸显示器提供了技术支持。