基于FPGA+MCU的大型LED顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2 FPGA的硬件設(shè)計(jì)

FPGA的硬件設(shè)計(jì)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(hào)，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(jì)的要求。

圖3 FPGA的硬件結(jié)構(gòu)

2.3驅(qū)動(dòng)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(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的電路。這個(gè)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(shí)為各種控制和數(shù)據(jù)信號(hào)提供驅(qū)動(dòng)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(shí)表示從A向B轉(zhuǎn)換，A0~A7用于輸入數(shù)據(jù)信號(hào)，B0~B7用于輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號(hào)。

圖4 74HC245驅(qū)動(dòng)電路

2.4顯示板的驅(qū)動(dòng)電路

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