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引言 只要在现在的市场上走一圈就会发现,大部分的中小规模 LED 显示系统,采用的是传统的单片机作为主控芯片。但是内部资源较少、运行速度较慢的单片机,很难满足LED大屏幕的显示屏,因为系统要求数据传输量大,扫描速度要快。以FPGA作为控制器,一方面,FPGA采用软件编程实现硬件功能,可以有效提高运行速度;另一方面,它的引脚资源丰富,可扩展性强。因此,用单片FPGA和简单的外围电路就可以实现大屏幕LED显示屏的控制,具有集成度高、稳定性好、设计灵活和效率高等优点。 1 系统总体结构 LED大屏幕显示系统由上位机(PC机)、单片机系统、FPGA控制器、LED显示屏的行列驱动电路
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一种基于一种基于MCU+FPGA的的LED大屏幕控制系统的设计大屏幕控制系统的设计
引言 只要在现在的市场上走一圈就会发现,大部分的中小规模 LED 显示系统,采用的是传统的单片机作为
主控芯片。但是内部资源较少、运行速度较慢的单片机,很难满足LED大屏幕的显示屏,因为系统要求数据传
输量大,扫描速度要快。以FPGA作为控制器,一方面,FPGA采用软件编程实现硬件功能,可以有效提高运行
速度;另一方面,它的引脚资源丰富,可扩展性强。因此,用单片FPGA和简单的外围电路就可以实现大屏幕
LED显示屏的控制,具有集成度高、稳定性好、设计灵活和效率高等优点。 1 系统总体结构 LED大屏
幕显示系统由上位机(PC机)、单片机系统、FPGA控制器、LED显示屏的行列驱动电路
引言引言
只要在现在的市场上走一圈就会发现,大部分的中小规模 LED 显示系统,采用的是传统的单片机作为主控芯片。但是内
部资源较少、运行速度较慢的单片机,很难满足LED大屏幕的显示屏,因为系统要求数据传输量大,扫描速度要快。以FPGA
作为控制器,一方面,FPGA采用软件编程实现硬件功能,可以有效提高运行速度;另一方面,它的引脚资源丰富,可扩展性
强。因此,用单片FPGA和简单的外围电路就可以实现大屏幕LED显示屏的控制,具有集成度高、稳定性好、设计灵活和效率
高等优点。
1 系统总体结构系统总体结构
LED大屏幕显示系统由上位机(PC机)、单片机系统、FPGA控制器、LED显示屏的行列驱动电路等模块组成,如图1所
示。上位机负责汉字、字符等数据的采集与发送。单片机系统与上位机之间以异步串行通信工作方式,通过串行端口从上位机
获得已完成格式转换的待显示的图形点阵数据,并将其存入EEPROM存储器。之后通过FPGA控制器,将存储器的显示数据
还原到LED显示屏。扫描控制电路采用可编程逻辑芯片Cyclone EP1C6,利用VHDL语言编程实现,采用1/16扫描方式,刷新
频率在60 Hz以上。本文着重介绍256×1024的单色图文显示屏的FPGA控制模块。
图1 系统总体结构框图
2 LED显示屏基本工作原理显示屏基本工作原理
对大屏幕LED显示屏来说,列显示数据通常采用的是串行传输方式,行采用1/16的扫描方式。图2为16×32点阵屏单元模
块的基本结构,列驱动电路采用4个74HC595级联而成。在移位脉冲SRCLK的作用下,串行数据从74HC595的数据端口SER
一位一位地输入,当一行的所有32列数据传送完后,输出锁存信号RCLK并选通行信号Y0,则第1行的各列数据就可按要求显
示。按同样的方法显示其余各行,当16行数据扫描一遍(即完成一个周期)后,再从第1行开始下一个周期的扫描。只要扫描
的周期小于20 ms,显示屏就不闪烁。
图2 16×32点阵屏基本结构
256×1024大屏幕显示屏由16×32个的16×32点阵屏级联而成。为了缩短控制系统到屏体的信号传输时间,将显示数据分
为16个区,每个区由16×1024点阵组成,每行数据为1024/8=128字节,显示屏的像素信号由LED显示屏的右侧向左侧传输移
位,把16个分区的数据存在同一块存储器。一屏的显示数据为32 KB,要准确读出16个分区的数据,其存储器的读地址由16
位组成,由于数据只有32 KB,因此可置为0。其余15位地址从高到低依次为:行地址(4位)、列地址(7位)、分区地址
(4位)。4位分区地址的译码信号(Y0~Y15)作为锁存器的锁存脉冲,在16个读地址发生周期内,依次将第1~16分区的第
1字节数据锁存到相应的锁存器,然后在移位锁存信号上升沿将该16字节数据同时锁存入16个8位并转串移位寄存器组中。在
下一个16个读地址发生时钟周期,一方面,并转串移位寄存器将8位数据移位串行输出,移位时钟为读地址发生时钟的二分
频;另一方面,依次将16个分区的第2字节数据读出并锁入相应的锁存器,按照这种规律将所有分区的行数据依次全部读出
后,在数据有效脉冲信号的上升沿将所有串行移位数据输出,驱动LED显示。接下来,移位输出第2行的数据,在此期间第1
行保持显示;第2行全部移入后,驱动第2行显示,同时移入第3行……按照这种各分区分行扫描的方式完成整个LED大屏幕的
扫描显示。
3 基于基于FPGA显示屏控制器的设计显示屏控制器的设计
3.1 FPGA控制模块总体方案控制模块总体方案
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