采用DSP的LED大屏幕顯示系統介紹

目前采用的LED大屏幕顯示系統的控制電路，大多由單個(gè)或多個(gè)CPU及復雜的外圍電路組成，這種電路設計，單片機編程比較復雜，整個(gè)電路的調試比較麻煩，可靠性和實(shí)時(shí)性很難得到保證。針對這種情況，提出一種SD卡存儲顯示文件，由TMS320LF2407A和EPM240配合完成的大屏幕設計方案，使得動(dòng)畫(huà)的變換和處理與屏幕的顯示控制完全分離，各模塊任務(wù)分明，功能完善，充分發(fā)揮了DSP以及CPLD各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現高性能的無(wú)閃爍顯示。

1 總體設計

系統結構如圖1所示，核心處理器采用TMS320LF2407A，外部擴展了網(wǎng)絡(luò )接口芯片RTL8019AS、SD卡和雙口RAM芯片。本系統中，DSP主要發(fā)揮其邏輯運算處理能力；網(wǎng)絡(luò )通信接收文件功能、圖形文字變換功能以及文件的讀取保存功能都由TMS320LF2407A完成；而CPLD芯片EPM240的功能較單一，只負責從雙口RAM中獲得將要顯示的數據，批量讀取并送入由多個(gè)74LS595驅動(dòng)的LED點(diǎn)陣陣列。換言之，EPM240負責實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新屏幕顯示，保證刷新速度而不產(chǎn)生閃爍感覺(jué)（即刷新頻率要達到100 Hz以上）。

　　 本系統主要分為3個(gè)功能模塊：

(1)以太網(wǎng)數據傳送部分。PC機通過(guò)以太網(wǎng)將需顯示的數據（可能是屏幕截圖數據，也可能是文本文件等）以UDP數據報的形式發(fā)往本系統，RTL8019AS會(huì )自動(dòng)將不是發(fā)往本地IP地址的數據包丟棄，主程序中查詢(xún)RTL8019AS接收到新的數據包并讀取入SD卡文件緩沖區，緩沖區填滿(mǎn)時(shí)以文件形式寫(xiě)入SD卡FAT32文件系統中。

(2)DSP動(dòng)畫(huà)變換算法實(shí)現部分。TMS320LF2407A具有32 KB的外部RAM空間，圖1中所示的雙口RAM被擴展至此空間。首先DSP將這32 KB空間劃分成2個(gè)區域（各16 KB），分別用作邏輯運算區和顯示內存區（都在雙口RAM中）。DSP讀取SD卡中將要顯示的文件數據并將其送入邏輯運算區，根據畫(huà)面所需的動(dòng)畫(huà)要求做相應變換，變換后的點(diǎn)陣直接填充顯示內存區，以便CPLD從該區讀取顯示數據。

(3)CPLD顯示圖形的刷新。利用CPLD速度快的特點(diǎn)，將顯示內存區中的數據快速讀入并發(fā)送給74LS595驅動(dòng)擴展的LED陣列，由于功能的單一性，使顯示具有很高的刷新速度，無(wú)閃爍等現象。

2 EPM240的主要任務(wù)

EPM240需從雙口RAM的顯示內存區中讀入數據，所以在硬件電路上必須將雙口RAM的一個(gè)端口與EPM240連接，在用VHDL語(yǔ)言描述電路時(shí)，采用狀態(tài)機實(shí)現EPM240對雙口RAM的控制與數據的讀取。由于雙口RAM的2個(gè)端口都可能同時(shí)對同一個(gè)單元操作，因此必須將雙口RAM的BUSY引腳分別接至DSP和EPM240上，一邊操作時(shí)，另一邊必須等待操作結束，否則可能會(huì )造成數據錯誤。DSP在操作顯示內存區時(shí)，采用逆序地址方向（地址從大到?。?，而EPM240采用正序地址方向操作，這樣做的好處是修改一幅圖像時(shí)，最大可能地避免發(fā)生同時(shí)操作同一單元的現象。

除了完成與雙口RAM接口的工作外，EPM240還必須將讀入的字節不斷地發(fā)送給74LS595刷新硬件顯示，只要采用VHDL語(yǔ)言描述出SPI總線(xiàn)接口協(xié)議即可。簡(jiǎn)而言之，CPLD在本系統中起數據的搬運作用（顯示內存區—>EPM240—>LED顯示）。

3 DSP實(shí)現圖像的動(dòng)畫(huà)變換

常見(jiàn)的動(dòng)畫(huà)處理包括左右平移、上下平移、連續拉幕、扇入扇出等?；谏厦嫣岢龅碾p緩沖區的設計模式，使得動(dòng)畫(huà)的實(shí)現變得清晰易行。動(dòng)畫(huà)變化原理如圖2所示。

圖2中假設用戶(hù)采用的實(shí)際屏幕寬度為Width點(diǎn)，高度為Height點(diǎn)。算法的基本思想是假想有個(gè)和實(shí)際屏幕大小一致的視窗存在，并可根據需要按一定規律在邏輯運算區內移動(dòng)。即落在視窗內的部分才能被實(shí)際屏幕顯示（被送入顯示內存區）。

例如，要實(shí)現圖像的左右平移操作，實(shí)現算法前，需將顯示文件的原始數據載入邏輯運算區，然后復位視窗的偏移坐標(OffX，OffY)為(0，0)，每隔用戶(hù)設定的時(shí)間間隔后，調整左右偏移量OffX累加SpeedDot（動(dòng)畫(huà)速度，用戶(hù)設定），再將落入視窗內的數據部分映射到顯示內存區中，由EPM240負責刷新顯示。當OffX累加到達到Width時(shí)動(dòng)畫(huà)結束，此時(shí)可以將下一幅圖像文件原始數據載入邏輯運算區進(jìn)行類(lèi)似的動(dòng)畫(huà)操作。再例如實(shí)現圖像從右下角逐漸飛入屏幕，可將(OffX，OffY)初始設置成(-Width， -Height)，顯然此時(shí)無(wú)數據落入視窗，之后每隔時(shí)間間隔后，再進(jìn)行如下映射操作即可：

　　OffX+=SpeedDot;
OffY+=SpeedDot*((float)Height/Width)；

4 網(wǎng)絡(luò )傳輸的實(shí)現

RTL8019AS和TMS320LF2407A間的連接如圖3所示。采用以太網(wǎng)進(jìn)行數據傳輸可以提高通信質(zhì)量，具有通信速度快、傳輸數據量大等特點(diǎn)，而且接入簡(jiǎn)單，只需將RJ45連接頭接入集線(xiàn)器即實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )的物理連接。