基于FPGA的大型LED顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　LED顯示板的面積很大，它的正面由LED 顯示塊級(jí)聯(lián)而成，背面是驅(qū)動(dòng)電路。由于LED的驅(qū)動(dòng)電流相對(duì)較大，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡量和LED點(diǎn)陣模塊靠近。因此行列驅(qū)動(dòng)器一般都安裝在屏體的背面。LED顯示板的驅(qū)動(dòng)電路中采用了74HC595芯片，是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件，兼容低電壓TTL電路，具有8位串入并出的移位、并行鎖存和三態(tài)輸出功能。移位寄存器和鎖存器使用獨(dú)立的時(shí)鐘，數(shù)據(jù)SDATA 在SCLK的上升沿輸入移位寄存器，在LT的上升沿進(jìn)入的鎖存器中去。當(dāng)使能信號(hào)OE為低電平時(shí)，鎖存器的數(shù)據(jù)輸出到LED.74HC595芯片可以解決數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)串行傳輸在時(shí)間上的沖突問(wèn)題，在顯示1行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，可以準(zhǔn)備下1列的LED數(shù)據(jù)。以1/16行掃描為例，LED顯示板的驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。

　　CLK是移位寄存器時(shí)鐘，每個(gè)脈沖將引起1位數(shù)據(jù)移入74HC595中，當(dāng)1行的數(shù)據(jù)全部移完后，鎖存信號(hào)LT控制數(shù)據(jù)從74HC595的寄存器移入鎖存器。A、B、C、D是行掃描信號(hào)，其中A是最低位，通過(guò)4/16譯碼器控制LED屏的行掃描。OE是消影信號(hào)，它可以選擇控制行信號(hào)或列信號(hào)，用于LED點(diǎn)陣是否能被點(diǎn)亮和控制整屏的亮度。如果OE控制列信號(hào)，它接74HC595芯片的OE端，因?yàn)橹挥挟?dāng)OE為低電平時(shí)74HC595的輸出才有效，否則輸出三態(tài)。如果OE控制行信號(hào)，它接到4/16譯碼器的使能端，低電平時(shí)行掃描不起作用。

圖5 LED顯示板的驅(qū)動(dòng)電路

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)的軟件包括2部分：上位機(jī)應(yīng)用軟件和嵌入制單元軟件。上位機(jī)軟件編輯在LED顯示屏上顯示的數(shù)息，并實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)的通信；嵌入式控制單元軟件實(shí)現(xiàn)了接收和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)輸出和圖像顯示方式變換，從而實(shí)現(xiàn)LED屏的控制。

　　3.1上位機(jī)應(yīng)用軟件

　　上位機(jī)應(yīng)用軟件用Visual C++編寫(xiě)，主要實(shí)現(xiàn)顯示的編輯與通訊的功能。該軟件運(yùn)行于WindowsXP環(huán)境中，方便用戶(hù)使用。完成的功能有：（1）對(duì)顯示信息進(jìn)行編輯、修改功能，也可以直接調(diào)用Windows中的256色畫(huà)圖文件（*.bmp）；（2）在上位機(jī)上對(duì)顯示的內(nèi)容進(jìn)行預(yù)覽，以保證有較好的顯示效果；（3）依照上位機(jī)與I2C接口模塊的協(xié)議，將信息傳輸給系統(tǒng)以I2C接口模塊，從而實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)的更新。

　　3.2嵌入式控制單元的軟件

　　嵌入式控制單元的軟件實(shí)現(xiàn)以下3大功能：數(shù)據(jù)接收和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)輸出和圖像顯示方式變換。（1）依照顯示屏與上位機(jī)之間的通訊協(xié)議，與上位機(jī)進(jìn)行通訊，接收顯示數(shù)據(jù)，存入Flash存儲(chǔ)器。（2）將待顯示的數(shù)據(jù)從Flash存儲(chǔ)器中取出，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)上移、下移、左移、右移等豐富多彩的圖像顯示效果。（3）通過(guò)SPI接口將數(shù)據(jù)傳輸給掃描控制模塊，FPGA通過(guò)串并轉(zhuǎn)換等將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合LED屏驅(qū)動(dòng)電路格式的數(shù)據(jù)，然后傳到LED屏幕上顯示出來(lái)，仿真如圖6,7所示。

圖6 軟件模擬顯示效果

圖7 LED顯示屏實(shí)際顯示效果

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　與傳統(tǒng)的基于單片機(jī)的LED屏控制系統(tǒng)相比較，該系統(tǒng)在不增加系統(tǒng)成本的情況下，可支持256灰度級(jí)的全彩圖文信息的顯示，可以播放全彩動(dòng)畫(huà)；可存儲(chǔ)較大容量的數(shù)據(jù)（64MB）；通過(guò)I2C接口快速傳輸數(shù)據(jù)，為顯示區(qū)域較大、顯示內(nèi)容切換頻繁的大屏幕LED顯示控制系統(tǒng)提供良好的解決方案。

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