基于FPGA+MCU的大型LED顯示屏系統(tǒng)設(shè)計

2.2 FPGA的硬件設(shè)計

FPGA的硬件設(shè)計如圖3所示。FPGA 需要提供大量的I/O引腳和高速的顯示控制信號，所選用的基于Xilinx公司的FPGA 的90nm 工藝制造的XC3S250E-FTG256可以滿足設(shè)計的要求。

圖3 FPGA的硬件結(jié)構(gòu)

2.3驅(qū)動電路

FPGA采用的電壓是3.3V，而LED屏體顯示電路的電壓是5V的TTL邏輯電平，因此需要進行電平轉(zhuǎn)換的電路。這個電路由74HC245構(gòu)成，工作電壓為5V，74HC245采用CMOS工藝，是一種三態(tài)輸出、8組總線收發(fā)器，其輸入電平兼容3.3V系統(tǒng)，使用外接的5V電源將輸出電平提升到5V，同時為各種控制和數(shù)據(jù)信號提供驅(qū)動能力。74HC245的電路如圖4所示。其中：OE為輸出控制引腳，低電平為有效；DIR引腳用于控制轉(zhuǎn)換方向，接高電平時表示從A向B轉(zhuǎn)換，A0~A7用于輸入數(shù)據(jù)信號，B0~B7用于輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號。

圖4 74HC245驅(qū)動電路

2.4顯示板的驅(qū)動電路

LED顯示板的面積很大，它的正面由LED 顯示塊級聯(lián)而成，背面是驅(qū)動電路。由于LED的驅(qū)動電流相對較大，驅(qū)動電路應(yīng)盡量和LED點陣模塊靠近。因此行列驅(qū)動器一般都安裝在屏體的背面。LED顯示板的驅(qū)動電路中采用了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立的時鐘，數(shù)據(jù)SDATA 在SCLK的上升沿輸入移位寄存器，在LT的上升沿進入的鎖存器中去。當使能信號OE為低電平時，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)串行傳輸在時間上的沖突問題，在顯示1行各列數(shù)據(jù)的同時，可以準備下1列的LED數(shù)據(jù)。以1/16行掃描為例，LED顯示板的驅(qū)動電路如圖5所示。

CLK是移位寄存器時鐘，每個脈沖將引起1位數(shù)據(jù)移入74HC595中，當1行的數(shù)據(jù)全部移完后，鎖存信號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，其中A是最低位，通過4/16譯碼器控制LED屏的行掃描。OE是消影信號，它可以選擇控制行信號或列信號，用于LED點陣是否能被點亮和控制整屏的亮度。如果OE控制列信號，它接74HC595芯片的OE端，因為只有當OE為低電平時74HC595的輸出才有效，否則輸出三態(tài)。如果OE控制行信號，它接到4/16譯碼器的使能端，低電平時行掃描不起作用。

圖5 LED顯示板的驅(qū)動電路