基于SOPC的旋轉(zhuǎn)LED屏控制系統(tǒng)設(shè)計方案

FPGA及其配置電路，F(xiàn)PGA電路整個控制系統(tǒng)的核心，是實現(xiàn)Nios II處理器及相關(guān)功能模塊的載體。

彩色LED陣列驅(qū)動控制電路，主要由LED的驅(qū)動芯片及相關(guān)器件組成。LED驅(qū)動芯片在控制器的控制下按照相應(yīng)的順序、顏色和亮度顯示圖形文字內(nèi)容。

外圍存儲電路，包括SDRAM和CF卡。SDRAM作為Nios II處理器的程序運(yùn)行空間，而大容量的CF卡則用于存儲LED屏要顯示的圖像或者文字內(nèi)容。

旋轉(zhuǎn)位置感應(yīng)電路，由一片集成的霍爾感應(yīng)器件及相關(guān)器件組成，用于感應(yīng)LED屏旋轉(zhuǎn)的位置，使得輸出內(nèi)容與旋轉(zhuǎn)位置相對應(yīng)。

無線控制電路，由紅外(irDA)接收芯片和手持式紅外遙控器組成，主要實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)LED顯示內(nèi)容的切換紅外遙控。

實時時鐘電路(RTC)，由外接實時時鐘芯片組成，實現(xiàn)顯示時鐘的功能。

4.2 LED驅(qū)動控制模塊設(shè)計

LED驅(qū)動控制模塊是旋轉(zhuǎn)LED屏控制系統(tǒng)的最重要部分，主要分為Avalon接口子模塊，雙口RAM子模塊，串行移位輸出子模塊，輸出同步子模塊，灰度控制子模塊等組成，其結(jié)構(gòu)圖如下圖4所示。

在設(shè)計中，雙口RAM子模塊可以使系統(tǒng)可以在輸出顯示圖像的同時，可以同步更新顯示內(nèi)容數(shù)據(jù)。旋轉(zhuǎn)LED屏有四個顯示LED列陣，整個顯示柱面分為四個區(qū)，每個區(qū)占1/4個柱面。為了實現(xiàn)四個區(qū)的同步掃描，需要有四個獨(dú)立的雙口RAM,其位寬為24bit,剛好可以存儲一個像素數(shù)據(jù)，使R、G、B各占8bit,以滿足256顯示的需要。雙口RAM使用QuartusII 軟件內(nèi)嵌的MegaCore生成，每個RAM的大小為768x24bit.

串行移位輸出子模塊和輸出同步控制子模塊是用于將并行的圖像數(shù)據(jù)從RAM中取出，并在霍爾感應(yīng)器輸入的位置信號的同步控制下把數(shù)據(jù)串行化輸出的。圖像灰度控制的方法是采用前文提到的占空比控制法來實現(xiàn)的，灰度控制子模塊主要由計數(shù)器和比較器組成，計數(shù)器在灰度時鐘GRY_CLK上升沿計數(shù)，當(dāng)計數(shù)值>=0并小于比較器的值時，灰度控制輸出信號GRY為高，否者為低，該信號送往驅(qū)動芯片74HC595的使能端EN用于控制LED燈的點亮?xí)r間，可控制色彩灰度和在兩列圖像顯示列中增加黑的時隙。

五、系統(tǒng)軟件設(shè)計

整個旋轉(zhuǎn)LED屏的控制電路的控制核心是Nios處理器，圖像數(shù)據(jù)的讀取，旋轉(zhuǎn)位置的感應(yīng)，以及LED的顯示驅(qū)動都是由Nios處理器來實現(xiàn)控制調(diào)度的。對于Nios軟核處理器來說，其軟件開發(fā)是在SOPC Builder下的Nios IDE集成開發(fā)環(huán)境下完成的。Nios處理器軟件的流程結(jié)構(gòu)如下圖5所示：

六、總結(jié)

旋轉(zhuǎn)LED屏作為一種新型的LED顯示屏以其成本低，可視范圍大等獨(dú)特優(yōu)點，也越來越受到人們的重視。本文根據(jù)旋轉(zhuǎn)LED屏的工作原理以及設(shè)計要求，將基于Nios軟核的SOPC技術(shù)引入到設(shè)計中來，實現(xiàn)了基于SOPC的彩色旋轉(zhuǎn)LED屏的設(shè)計。該設(shè)計把微處理器和用戶邏輯接口都集成在一塊FPGA芯片上，其接口可以靈活地被編程人員定義，用戶能根據(jù)顯示屏的大小靈活調(diào)整硬件邏輯設(shè)計以實現(xiàn)對屏的控制，而不需要改變其原有硬件構(gòu)成，因此具有很大的靈活性，是旋轉(zhuǎn)LED屏控制電路設(shè)計的一個新方向。

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