综合信息显示系统

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【摘 要】 本文设计了一套综合信息显示系统，该系统显示部分采用贴片式LED显示屏，控制方式应用了网络化串行控制，可以方便跟换其中的显示模块，达到维护的目的，另外，用户可以方便的对其进行扩展，能够很好的使其达到预定的显示效果，所以本系统具有很好的维修性和方便性。

【关键词】 综合信息 LED 显示系统

1 引言

本设计包括信息显示系统控制主机，信息管理软件、信息显示软件，管理终端软件、系统硬件终端等，要保证系统可靠和高效的运行，可以实时显示信息，并且能根据需要在各个不同终端上显示所需信息。本设计主机采用高新能计算机，保证综合信息软件系统稳定高效的运行，并能同时管理多个不同的终端显示设备。

2 系统组成及原理

本系统可以分为四个部分，即控制部分、发送部分、接收部分和显示部分。整个系统框图如图1。

2.1 控制信号发送器

本设计的控制信号发送器负责将显示的控制信号通过串行的方式进行发送，利用了系统串行通信的方式，完成了控制信号的发送，是整个系统发送信号的核心单元，实现了信息源与显示终端桥梁的作用。

2.2 显示控制器

根据设计要求，本设计的显示控制器主要完成了对显示信息的控制，既能够是电脑显示器正常的显示信息，又能控制LED显示综合信息，完成信息的双通道显示。其具有DVI和VGA两个通道，是实现本更能的关键。

2.3 接收器

本系统的接收器是通过串行的方式进行接收数据的，每个接收器通过网线彼此相连，实现了串行分配数据的功能，能够很好地完成系统的扩展，实现多个显示器显示综合信息的功能。

2.4 显示单元

本系统的显示单元是可扩展型的，可以根据实际的需要进行扩展，能够让用户方便使用和维修，也能够更好的完成实际的需要，提供特殊地方信息的显示功能，更好地为旅客进行贴心的服务。

3 系统的设计与实现

3.1 控制计算机

根据本设计的要求，选用控制计算机需要的配置为：

CPU：Intel（R）Core（TM）2DuoCPUE7300@2.66GHz

内存：2G667MHz

硬盘：希捷250GB

为更好的控制该系统，操作系统使用兼容性很好的winxp-pro系统，这样更利于安装和调试软件。

3.2 控制信号发送器的设计

为了达到能够根据需要显示综合信息的效果，我们根据实际需要设计电脑板载式电路板，这样既解决了供电问题，又免去了设计专门外壳的麻烦，也使的系统的兼容性大大的提高。下面将介绍具体芯片的选用和电路的设计。

（1）发送器需要达到的功能：发送器需要接收DVI图像信息，将信息进行处理，通过串行方式发送出去，实现显示的功能。另外，还需要实现控制信号的发送，实现控制LED显示终端的亮度、饱和度和刷新频率的控制和调节，实现LED拼接的控制。

（2）芯片的选用：发送器芯片选用XC3S200A，此芯片为Xilinx公司推出Spartan-3A系列的FPGA。这个产品是对低成本、大规模应用的新一代Spartan-3系列产品的扩展。Spartan-3A平台为相对于逻辑密度而言更注重I/O数量与功能的应用。具备独特的电源管理、配置功能以及防克隆（anti-cloning）安全优势。

（3）发送器整体设计方案：这里设计LED拼接显示屏发送器的方案如图2所示。

该发送卡由DVI模块、FPGA控制器、两路千兆网输出模块构成。DVl解码芯片将解码得到的数据和控制信号传给FPGA控制器，FPGA通过内部的RAM进行缓存，并做了更换时钟域和变换位宽的操作，然后将处理后的数据通过千兆网输出。

（4）主控FPGA内部控制结构：该发送卡的设计除了搭建好硬件平台外，最重要的是FPGA控制器内部程序的设计。发送卡的FPGA控制器内部原理框图如图3所示。

FPGA控制器的内部逻辑包括数据输入模块、双口RAM及其控制模块、24bit转8bit模块、千兆网输出模块。数据输入模块将输入的DVI信号（包括数据、时钟、使能、行场同步信号）分配给后端的RAM和RAM控制模块，并控制着整个系统的同步；RAM控制模块控制RAM的读写操作，尤其是对开始写、写停、开始读、读停这4个状态的控制：从RAM输出的数据经过并串转换后传输给千兆网输出模块，千兆网输出模块则按照一定的网络格式将接收到的数据进行打包输出。

（5）发送器接口：发送器需要设置三种接口：DVI接收口、USB控制口、网络通信口。DVI接收口实现从计算机接收图像信号的功能，USB控制口实现控制发送器，网络通信口实现将图像和控制信号传递给接收器，控制接收器正常显示需要的信息。

3.3 显示卡的选用

显示控制器是提供双通道显示的信息发送装置，必须同时具有VGA和DVI信号的接口，所以可以利用市场现有成品显卡来完成此功能，该显卡需实现双路同时显示图像的功能，并能够在电脑显示的同时完成提供信息显示单元的显示信息输出，完成同步的控制技术。

在本设计的实际中，选用了msi的N210，此显卡基于全新40nm制程工艺的GT218显示核心，采用DX10.1的统一渲染架构，拥有16个流处理器单元，完美支持DirectX10.1及ShaderModer4.1特效，支持高精度的128Bit的完全浮点级HDR+FSAA和最高16倍的全屏抗锯齿模式，支持HDCP数字版权保护协议。另外具有如下功能：

（1）有三个接口，可以同步发送VGA、DVI、HDMI三种信号；（2）分辨率达到1440*900像素；（3）可设置两个显示器同时显示相同内容，一主一副。

需要在设置多个显示器中，选择在两个显示器上相同模式，将LED显示单元放在主位，如上图所示，这样就可以控制LED显示终端的正常显示。

3.4 接收器的设计

接收器的作用是接收从发送器送来的图像信息，通过处理显示其中一部分，将其余部分通过串行方式向下一级发送出去，每个发送卡通过串行方式工作，彼此之间通过网络相连，实现接收显示通信的功能。

（1）选用的芯片：本接收器选用芯片为XC3S400A，此芯片为Xilinx公司推出Spartan-3A系列的FPGA。

（2）接收器工作方式：本系统中，接收器工作方式为同步串行方式，工作方式示意图如下图4所示。

该接受器的功能有三个：·接受网络信号，并将其解码；·控制LED显示相应的内容；·将其余部分编码成网络信号，将其传递给下一级接收器。

3.5 显示单元的设计

本系统显示单元采用三合一表贴P5彩色LED发光片，该芯片由三原色（红、绿、蓝）组成，每颗LED内部都封装了三个LED灯芯，可以独立控制每个发光单元，合成多种颜色。

该显示单元有以下优点：（1）均匀性好，很好的解决了马赛克现象，具有非常出色的发光一致性；（2）采用实像素显示，无论是图像和文字，均有清晰、细腻、逼真的显示效果；（3）可视角度大、水平视角和垂直视角均可达到120度以上，此范围任意角度图像不变形、不偏色；（4）可实现单点维修、相对维修成本低，以维护。

3.6 专用软件

专用软件的选用，遵循人机友好交互原则，以能够实现信息发送显示为原则，选用LED演播室11。

整个软件分两个部分组成，左上方是LED显示终端显示部分，大小和分辨率与我们所设计的综合显示系统显示终端相一致。右下方为整个信息显示的控制部分，可以在里面编辑要显示的信息，能够显示需要的综合信息，完成引导旅客的目标。另外，此软件还实现了对整个硬件的联调联试的控制部分，通过显卡的双通道显示完成整个功能。

4 设备主要功能特点

设备在研制的同时，多次进行了数据联调联试，完成本系统的同时也完成扩展时所用的功能，扩展后只需对参数进行调整，不需要再增加控制设备。

4.1 主要功能

该设备的研制涉及自动控制、应用电子、通讯、计算机等多个技术领域，是多种技术及原理的综合应用。系统具备的主要功能如下：

（1）对LED拼接屏的控制，能够实现不同结构的合理控制，并易于操作和扩展能够完美实现信息的显示；（2）实现综合信息合理显示，具有自由程度极高的显示效果；（3）上位机专用软件采用C#编写，具有对整个LED拼接屏的联调联试，实现了自由扩展的功能，方便我们对其功能的扩展；（4）利用了计算机显卡双通道显示功能，实现前端与终端电脑同步的显示，可以实现信息的第一时间显示，使信息第一时间传递给旅客。（5）能够实现自动循环播放显示，或是按时间安排显示，使系统具有很大的自主性，不需要人工盯控，按照计划显示需要的信息，具有很高的自由度。

项目的关键技术为：LED拼接技术和计算机串行控制技术相结合，完成了高度的协同性，实现综合信息的显示功能。

4.2 主要特点

系统具备的主要特点如下：

（1）本设计包括信息显示系统控制主机，信息管理软件、信息显示软件，管理终端软件、系统硬件终端等，要保证系统可靠和高效的运行，可以实时显示信息，并且能根据需要在各个不同终端上显示所需信息。（2）本设计主机采用高新能计算机，保证综合信息软件系统稳定高效的运行，并能同时管理多个不同的终端显示设备。（3）显示终端管理软件，实现可以同时管理不同的显示终端的功能，并能按照寻址方式进行控制和查询各个终端，实现对各个显示终端完善的控制。（4）研制综合信息管理软件，能使该系统的各部分协调工作，实现接受和下达显示指令的功能，起到对整个系统宏观性的控制。（5）系统符合故障—安全原则。