基于SOPC的旋轉LED屏控制系統(tǒng)設計方案

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處理器及相關功能模塊的載體。

彩色LED陣列驅動控制電路，主要由LED的驅動芯片及相關器件組成。LED驅動芯片在控制器的控制下按照相應的順序、顏色和亮度顯示圖形文字內容。

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容。

旋轉位置感應電路，由一片集成的霍爾感應器件及相關器件組成，用于感應LED屏旋轉的位置，使得輸出內容與旋轉位置相對應。

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LED顯示內容的切換紅外遙控。

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驅動控制模塊設計

LED驅動控制模塊是旋轉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，其結構圖如下圖4所示。

在設計中，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容數(shù)據(jù)。旋轉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，該信號送往驅動芯片74HC595的使能端EN用于控制LED燈的點亮時間，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)軟件設計

整個旋轉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，旋轉位置的感應，以及LED的顯示驅動都是由Nios處理器來實現(xiàn)控制調度的。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構如下圖5所示：

六、總結

旋轉LED屏作為一種新型的LED顯示屏以其成本低，可視范圍大等獨特優(yōu)點，也越來越受到人們的重視。本文根據(jù)旋轉LED屏的工作原理以及設計要求，將基于Nios軟核的SOPC技術引入到設計中來，實現(xiàn)了基于SOPC的彩色旋轉LED屏的設計。該設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整硬件邏輯設計以實現(xiàn)對屏的控制，而不需要改變其原有硬件構成，因此具有很大的靈活性，是旋轉LED屏控制電路設計的一個新方向。

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