引言
只要在現在的市場(chǎng)上走一圈就會(huì )發(fā)現，大部分的中小規模 LED LED（Light Emitting Diode）即發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED 的心臟是一個(gè)半導體的晶片，當電流通過(guò)導線(xiàn)作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì )被推向量子阱，在量子阱內電子跟空穴復合，然后就會(huì )以光子的形式發(fā)出能量。能完成數十種不同的工作，并且在各種設備中都能找到它們的身影。例如它們可以組成電子鐘表 表盤(pán)上的數字，從遙控器 傳輸信息，為手表表盤(pán)照明并在設備開(kāi)啟時(shí)向您發(fā)出提示。 如果將它們集結在一起，可以組成超大電視屏幕上的圖像，或是用于點(diǎn)亮交通信號燈。 顯示系統，采用的是傳統的單片機 單片機是單片微型計算機（Single-Chip Microcomputer）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種將中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時(shí)器/計時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅動(dòng)電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）采用超大規模集成電路技術(shù)集成到一塊硅片上構成的微型計算機系統。 作為主控芯片。但是內部資源較少、運行速度較慢的單片機，很難滿(mǎn)足LED大屏幕的顯示屏，因為系統要求數據傳輸量大，掃描速度要快。以FPGA 現場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列（FPGA, Field Programmable Gate Array），是一個(gè)含有可編輯元件的半導體設備，可供使用者現場(chǎng)程式化的邏輯門(mén)陣列元件。FPGA是在PAL、GAL、CPLD等可編輯器件的基礎上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。 1 系統總體結構
LED大屏幕顯示系統由上位機（PC機）、單片機系統、FPGA控制器、LED顯示屏的行列驅動(dòng)電路等模塊組成，如圖1所示。上位機負責漢字、字符等數據的采集與發(fā)送。單片機系統與上位機之間以異步串行通信工作方式，通過(guò)串行端口從上位機獲得已完成格式轉換的待顯示的圖形點(diǎn)陣數據，并將其存入EEPROM存儲器。之后通過(guò)FPGA控制器，將存儲器的顯示數據還原到LED顯示屏。掃描控制電路采用可編程邏輯芯片Cyclone EP1C6，利用VHDL語(yǔ)言編程實(shí)現，采用1/16掃描方式，刷新頻率在60 Hz以上。本文著(zhù)重介紹256×1024的單色圖文顯示屏的FPGA控制模塊。
作為控制器，一方面，FPGA采用軟件編程實(shí)現硬件功能，可以有效提高運行速度；另一方面，它的引腳資源豐富，可擴展性強。因此，用單片FPGA和簡(jiǎn)單的外圍電路就可以實(shí)現大屏幕LED顯示屏的控制，具有集成度高、穩定性好、設計靈活和效率高等優(yōu)點(diǎn)。
圖1 系統總體結構框圖
2 LED顯示屏基本工作原理
對大屏幕LED顯示屏來(lái)說(shuō)，列顯示數據通常采用的是串行傳輸方式，行采用1/16的掃描方式。圖2為16×32點(diǎn)陣屏單元模塊的基本結構，列驅動(dòng)電路采用4個(gè)74HC595級聯(lián)而成。在移位脈沖SRCLK的作用下，串行數據從74HC595的數據端口SER一位一位地輸入，當一行的所有32列數據傳送完后，輸出鎖存信號RCLK并選通行信號Y0，則第1行的各列數據就可按要求顯示。按同樣的方法顯示其余各行，當16行數據掃描一遍（即完成一個(gè)周期）后，再從第1行開(kāi)始下一個(gè)周期的掃描。只要掃描的周期小于20 ms，顯示屏就不閃爍。
圖2 16×32點(diǎn)陣屏基本結構
256×1024大屏幕顯示屏由16×32個(gè)的16×32點(diǎn)陣屏級聯(lián)而成。為了縮短控制系統到屏體的信號傳輸時(shí)間，將顯示數據分為16個(gè)區，每個(gè)區由16×1024點(diǎn)陣組成，每行數據為1024/8=128字節，顯示屏的像素信號由LED顯示屏的右側向左側傳輸移位，把16個(gè)分區的數據存在同一塊存儲器。一屏的顯示數據為32 KB，要準確讀出16個(gè)分區的數據，其存儲器的讀地址由16位組成，由于數據只有32 KB，因此最高可置為0。其余15位地址從高到低依次為：行地址（4位）、列地址（7位）、分區地址（4位）。4位分區地址的譯碼信號（Y0～Y15）作為鎖存器的鎖存脈沖，在16個(gè)讀地址發(fā)生周期內，依次將第1～16分區的第1字節數據鎖存到相應的鎖存器，然后在移位鎖存信號上升沿將該16字節數據同時(shí)鎖存入16個(gè)8位并轉串移位寄存器組中。在下一個(gè)16個(gè)讀地址發(fā)生時(shí)鐘周期，一方面，并轉串移位寄存器將8位數據移位串行輸出，移位時(shí)鐘為讀地址發(fā)生時(shí)鐘的二分頻；另一方面，依次將16個(gè)分區的第2字節數據讀出并鎖入相應的鎖存器，按照這種規律將所有分區的第一行數據依次全部讀出后，在數據有效脈沖信號的上升沿將所有串行移位數據輸出，驅動(dòng)LED顯示。接下來(lái)，移位輸出第2行的數據，在此期間第1行保持顯示；第2行全部移入后，驅動(dòng)第2行顯示，同時(shí)移入第3行……按照這種各分區分行掃描的方式完成整個(gè)LED大屏幕的掃描顯示。
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