基于FPGA的LED顯示屏模組測試系統

1.引言

隨著(zhù)信息時(shí)代高新技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對及時(shí)獲取并顯示各類(lèi)信息的欲望日益強烈，對傳播媒體的要求也越來(lái)越高.而LED顯示屏以亮度高.功耗小.視角廣.故障率低.組合靈活.使用壽命長(cháng).顯示內容多樣.顯示方式豐富等優(yōu)點(diǎn)，成為多個(gè)領(lǐng)域信息顯示的重要媒體之一.但是，由于目前LED顯示屏種類(lèi)繁多，國內.國際LED顯示屏生產(chǎn)廠(chǎng)家很多，多數公司沒(méi)有實(shí)行標準化生產(chǎn)，還是按著(zhù)訂單生產(chǎn)，導致不同廠(chǎng)家以及同一產(chǎn)品不同批次之間的差異較大.給LED顯示屏的安裝.檢測.維修帶來(lái)一定的麻煩，所以，為了能實(shí)時(shí)掌握LED顯示屏的相關(guān)特性，設計一種能自動(dòng)識別LED顯示屏模組特性的智能系統是必要的.本文介紹的是一個(gè)以Altera公司的EP2C8Q208C8為核心器件和一個(gè)轉接板組成的LED顯示屏模組測試系統，該系統支持幾種常見(jiàn)的LED顯示屏接口(08,12).該系統通過(guò)產(chǎn)生橫線(xiàn).豎線(xiàn).斜線(xiàn).紅色.綠色.藍色等不同圖案，來(lái)檢測LED顯示屏模組的掃描方式和走線(xiàn)方式，及L E D是否有壞點(diǎn)，方便顯示屏的安裝和維修.

2.LED顯示屏模組的原理

LED是發(fā)光二極管(Light Emitting diode)的英文縮寫(xiě)，早期的L E D產(chǎn)品是單個(gè)的發(fā)光管，隨著(zhù)數字化設備的出現，LED數碼管和字符管得到了廣泛的應用，而LED點(diǎn)陣模塊的出現，更是適應了信息化社會(huì )發(fā)展的需要，成為大眾傳媒的重要工具，應用領(lǐng)域廣泛.為了適應各種場(chǎng)合的需要，LED點(diǎn)陣模塊的LED發(fā)光燈的個(gè)數.排列方式等各不相同.典型的LED點(diǎn)陣模塊有4*4.8*8.16*16等多種結構形式，如圖1所示為8*8的LED點(diǎn)陣模塊結構圖.

從圖1看，該點(diǎn)陣模塊需要64個(gè)LED發(fā)光燈，且每個(gè)發(fā)光燈都置于行列的交叉點(diǎn)處，按著(zhù)行共陽(yáng)極.列共陰極的結構排列，如果需要點(diǎn)亮某個(gè)LED發(fā)光燈，只需將它所在的行置為高電平，所在的列置為低電平即可.

LED顯示屏模組的驅動(dòng)方法主要有兩種：

掃描型和鎖存型.掃描型是指LED顯示屏上的16行，8行或4行等若干行LED共用一行驅動(dòng)寄存器，一般分別稱(chēng)為1/16掃，1/8掃和1/4掃.

對應這幾種掃描方式，有相應的走線(xiàn)方式與之呼應，為了方便描述，用統一的特征碼表示：xx-Pyy-[aa-bb],方括號表示可以重復多次，如圖2為相應代碼的解釋.1/16掃描的模組可以簡(jiǎn)單的描述成16-P16,一路數據帶16行.1/8掃描的模組有三種走線(xiàn)方式：8-P8.8-P16-8上蛇形和下蛇形.1/4掃描的模組有六種走線(xiàn)方式：4-P4.4-P8-8上蛇形和下蛇形.4-P16-8上蛇形和下蛇形.4-P16-8-8-16.如圖3為1/8掃描方式8-P16-8上蛇形走線(xiàn)方式的圖解.鎖存型是指顯示屏上的每一個(gè)LED燈都有一個(gè)獨立的驅動(dòng)寄存器，與掃描型一樣，鎖存型也有對應的走線(xiàn)方式與之呼應，典型的有1-P16-16.1-P8-1-4-4和1-P8-4-4-16,如圖4為靜態(tài)掃描方式1-P8-1-4走線(xiàn)方式圖解，圖5為靜態(tài)掃描方式1-P8-4-4-16走線(xiàn)方式圖解.

3.硬件部分設計

本論文采用FPGA作為主控芯片，FPGA具有豐富的基本可編程邏輯單元.布局布線(xiàn)資源.I/O引腳.運行速度快等優(yōu)點(diǎn)，能完成比較復雜的設計.為了能夠測試常用的幾種接口(08.12)的LED顯示屏模組，本系統設計了一塊轉接板.如圖6所示為L(cháng)ED顯示屏模組測試系統的硬件框圖.

本硬件系統包括兩個(gè)部分：主控卡和轉接卡.主控卡的核心器件FPGA選用Altera公司生產(chǎn)的EP2C8Q208C8,該器件寄存器資源豐富，可以實(shí)現大量數據的產(chǎn)生.通過(guò)使用VerilogHDL語(yǔ)言對其編程，產(chǎn)生LED顯示屏驅動(dòng)電路所需的各種時(shí)序信號.電源.晶振.按鍵等都屬于該FPGA的外圍電路，電源通過(guò)連接12V的外接電源，通過(guò)電源芯片轉換成1.2V,3.3V和1.8V,以滿(mǎn)足FPGA所需的各種電壓需求.晶振采用50MHZ的頻率，按鍵主要包括復位和電源開(kāi)關(guān)按鍵，主控卡上的兩排排針，用于與轉接板對接.它們一起組成主控卡部分.轉接卡主要包括74HC245.各種接口對應的插針.各種按鍵和LED指示燈等器件.74HC245主要作用是放大從主控卡接收到的各種驅動(dòng)信號，并分配給相應接口(08.12)的引腳.各種接口對應的插針用于與LED顯示屏引出的接口對接.按鍵用于顯示方式.顏色.掃描方式和走線(xiàn)方式的切換.LED指示燈用于顯示該轉接板是否處于工作狀態(tài).

4.軟件部分設計本系統軟件部分使用Verilog HDL語(yǔ)言完成軟件編程，Verilog HDL語(yǔ)言簡(jiǎn)潔.高效.功能強，是目前世界上最流行的硬件描述語(yǔ)言之一，它能很好的描述數字系統的結構和行為.因此，本系統選用Verilog HDL作為FPGA的編程語(yǔ)言.如圖7所示為FPGA內部的模塊框圖，以16*16LED顯示屏模組為例.本系統主要包括4個(gè)模塊：PLL模塊.數據產(chǎn)生模塊.顏色切換模塊.雙口RAM讀寫(xiě)模塊和LED顯示屏驅動(dòng)模塊.

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