一種基于MCU+FPGA的LED大屏幕控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　3.4 譯碼器

　　譯碼器模塊主要是產(chǎn)生16路的分區(qū)信號(hào)（低電平有效）分別控制16個(gè)鎖存器，把16個(gè)分區(qū)的顯示數(shù)據(jù)分別鎖存在相應(yīng)的鎖存器中。

　　3.5 數(shù)據(jù)鎖存器組及移位寄存器組模塊

　　數(shù)據(jù)鎖存器組模塊由16個(gè)8位鎖存器組成鎖存器組，鎖存16個(gè)分區(qū)的數(shù)據(jù)。移位寄存器組模塊由16個(gè)8位移位寄存器組成，把各路鎖存器中8位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成同時(shí)輸出的16路串行數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)LED顯示屏，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并串轉(zhuǎn)換。

　　其生成的元件符號(hào)如圖6所示。其中，DATA_IN[70]為每個(gè)分區(qū)的8位并行數(shù)據(jù)輸入，SCLK為移位時(shí)鐘，CLR為清零信號(hào)，LOAD為數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，CS[150]為16分區(qū)的輸入信號(hào)（接譯碼器的輸出），DATA_OUT[150]為16路的串行數(shù)據(jù)輸出。

　　圖6 并串轉(zhuǎn)換元件符號(hào)圖

　　3.6 脈沖發(fā)生器

　　系統(tǒng)采用1/16的掃描方式，把數(shù)據(jù)分為16分區(qū)，16分區(qū)數(shù)據(jù)同時(shí)傳送。假設(shè)刷新的頻率為60 Hz（即周期為16.67 ms），每一行顯示的時(shí)間約為16.67 ms/16=1.04 ms。每行有1024位，則移位脈沖周期為1.04/1024=102 μs，即移位頻率為0.983 MHz以上才能滿足要求。由于移位脈沖是數(shù)據(jù)讀取模塊時(shí)鐘的2分頻，因此系統(tǒng)的時(shí)鐘至少1.97 MHz以上，本系統(tǒng)采用50 MHz時(shí)鐘源。其時(shí)序圖如圖7所示。

圖7 時(shí)鐘產(chǎn)生時(shí)序圖

　　其中，RDCLK為FPGA讀取數(shù)據(jù)時(shí)鐘；SCLK是串行輸出的移位時(shí)鐘，是RDCLK的2分頻；LOAD是數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，每次讀完16個(gè)分區(qū)中的某個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)DATA后產(chǎn)生鎖存信號(hào)，數(shù)據(jù)鎖存在數(shù)據(jù)鎖存器組中，其時(shí)鐘是RDCLK的16分頻。

　　4 FPGA控制模塊的仿真測試

　　在QuartusII 5.1中建立一個(gè)工程，并建立原理圖文件，把單片機(jī)與FPGA接口及數(shù)據(jù)讀寫模塊、讀地址發(fā)生器、譯碼器、行地址發(fā)生器、數(shù)據(jù)鎖存器、移位寄存器、脈沖發(fā)生器等單元模塊所生的模塊元件符號(hào)連接起來，構(gòu)成總控制模塊邏輯圖并對其功能仿真。仿真結(jié)果如圖8所示，從存儲(chǔ)器中讀取16字節(jié)數(shù)據(jù)，經(jīng)并串轉(zhuǎn)換輸出16路的串行數(shù)據(jù)。從波形圖分析，功能正確，且各輸出端口信號(hào)均符合時(shí)序要求。

　　圖8 FPGA控制模塊仿真圖

　　5 結(jié)語

　　FPGA是在線可編程芯片，可以根據(jù)不同的用戶要求進(jìn)行不同的編程， 縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期并節(jié)約了硬件的開發(fā)成本。本文以FPGA為主芯片，較完整地設(shè)計(jì)了大屏幕LED單色圖文顯示屏控制系統(tǒng)。隨著LED顯示屏技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)PGA與ARM或DSP 等芯片的組合，必將在雙色顯示屏和彩色顯示屏領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。