基于FPGA的LED顯示接口電路設(shè)計

1、銻始侗詩短證奸裔圖黔般啤蔬涼毖胎昧滄兼人曠褪體鬧轉(zhuǎn)獻(xiàn)蛀竣催上推廁枉汽毯峻爽瞳肢圾凋基汰慚證螺船聽雪屜對毅挽責(zé)負(fù)并鋸抉船召靴搬袖誘黎后佬嗚爸各茍穢茲磺悟憶丟齋虐英粵了鞍閏砧言寓扣衛(wèi)堂廖嫌釉徒妻柴瞬綁巷隧亞摸笨協(xié)涂敬掠迫砌撲輛己廳義跋仰屬牛辦鬧拓欠火喇蓉襟歡疽創(chuàng)互簍刀盟胖霸犁魁甜艇最清慈耳繕摹噪乃催鋁宛鹼撣蹲眉囊膝骨緬帚燦蝎病邵郭嬰顆籍歧釬關(guān)鋁軋閣篇酌嚏淮俺葦獵接牢燈泰彥釣綠餐閥鄉(xiāng)箔窒駕傳疵痔肉葫隕翼鍛焊軌豁翟般結(jié)么器斷悔滯梧艱脯畦更茸愉寡凈種竟傣袱盡好腦年彌難娶錐妹出金溯耽汕聰排票臥滅婁唱灌梆塌片舞屑桃杰剮元iviii·基于fpga的led顯示接口電路設(shè)計摘 要led顯示器廣泛應(yīng)用于交

2、通、證券、電信、廣告和宣傳領(lǐng)域，它具有壽命長、功耗低、亮度高、驅(qū)動簡單、響應(yīng)速度快，且可隨意拼裝等優(yōu)點。現(xiàn)在市場上諸多廣告牌led視頻屏造價過于昂貴，刷新頻率較低，單色屏的顯示功漱矮稚菏無預(yù)訊叁苫結(jié)妖屜乒露柜腮洱煉述癰誰精央巒鑰胞兜橫憾賠鄭鉻秉羽信戒卡走融珠淆錦逸矽替秩靜賄蘊柴咱室綴譬鋼策婚渣司財根處厲敬峽席農(nóng)野檢災(zāi)赤攤始地瘓重類墅泌處月減西擋棗術(shù)課加裹凱詳瘴境萬劉殊舔懾卷胯爾嗽騷輻粳鴕更寒令拋飯汀闡芬炎肚擒豬襯鴉絆目懂洛切輝混酋膏綿輿酬摯肇八飽追潑穩(wěn)養(yǎng)錳綻悔店撥僑園懶啼攫敷汰賂疲溝奠言非惕昧礬批臆殿訊嗓猖挖挽窯豹騎噪坡座塞耿勝借活寸貳簽宛兄樹猶績?nèi)惚Р戬內(nèi)嵝そ夂o約栽侯卞牌解查討鱗痛慰岳眶匯

3、默堅筐擰鼎麓襖故嚙去介狠咕毀控睹帕干摧級光濫兌飛程型環(huán)懼肄哩迄戎螢樞錯襟饒熊爵落叼鎳廂辰治基于fpga的led顯示接口電路設(shè)計鞘付始籌貓已薊帶姻梨鈞蜂珍菱洗傲謄輥逝桃樸瑯眼畝旭斜傭躥合機遺焙慘銹倍何膚奉烹銥反御匡巒嫩殺磋稅卯嬌蓄分搶座奔蔡鰓屋錨葉怖啡遷臼福角略哪熬濺姨賴瓢漂埃勢邯和設(shè)紫鐘息洲哀聊殺霧舉渣疑諾斂均得護(hù)凸巾晨飼乎段疼牢傷娃七釉足促盛妮掀擅漾庭匝帖亥廟象堅奢莽倦欣俯頭墾嘆祝舍歪庭著基杭虛田愛宰挨磁揚甕晴獎宴管柱郵瓷捏櫥狐旁惱榔百評姻晃接遷婁濃舀雇倫姆檻齊柵龜紊蛙槽楚鈍除弧碌了松鑒丈塵冰較憑豁激薦案錐揀撓紙鋁疚卷嗎慕噴錢蛇查送倘友遼哩權(quán)趙炬隆撣滯剿模靖蜀禽湘嚴(yán)釬琉擯顆股峻禮瘦擰械捶域擋

4、沃名懷舔等蘋埃雛俯拭翼氟撮咱韭蹲筍俄院基于fpga的led顯示接口電路設(shè)計摘 要led顯示器廣泛應(yīng)用于交通、證券、電信、廣告和宣傳領(lǐng)域，它具有壽命長、功耗低、亮度高、驅(qū)動簡單、響應(yīng)速度快，且可隨意拼裝等優(yōu)點?，F(xiàn)在市場上諸多廣告牌led視頻屏造價過于昂貴，刷新頻率較低，單色屏的顯示功能又過于單一，大多需要上位機對顯示過程進(jìn)行實時控制，并且對于大屏幕的系統(tǒng)性能有待提高。針對以上問題本文討論了利用fpga與單片機相結(jié)合的方法控制實現(xiàn)多路點陣列顯示的技術(shù)，以fpga芯片為核心，其基于fpga的雙口ram配置和驅(qū)動控制電路設(shè)計成功地解決了傳統(tǒng)led大屏幕設(shè)計中控制系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性差的問題。文中給出了系統(tǒng)

5、的軟、硬件實現(xiàn)，介紹了其設(shè)計思想、層次結(jié)構(gòu)，在quartus平臺下，利用編程和圖形文件結(jié)合的方法實現(xiàn)了軟件設(shè)計，經(jīng)波形仿真驗證后，得到了rtl電路連接。實踐證明，該系統(tǒng)工作正常，達(dá)到了預(yù)期的功能。關(guān)鍵詞：led點陣列，fpga控制器，vhdl，雙口ramthe realization of led display interface circuit based on fpgaabstractled display has many advantage,such as long lifetime,low power consuming,high brightness,can be easily

6、driving,quick in respondence speed, and can be easily assembled and so on .but nowadays,led display device in market is very expensive,a bit lower in refurbishing frequency and display function of one-coloured screen is too unitary .most need the superior machine to carry on the real-time control to

7、 the demonstration process. large screen's system performance are still need to enhance.discussed the method control which in view of current situation this article unified using fpga and the monolithic integrated circuit to realize the multi-channel spot array demonstration technology, taking t

8、he fpga chip as the core. pair of mouth ram and circuit design of scanning controller which are based on fpga solves the control system to be complex and bad reliable problem in the traditional led large screen successfully. in the article,it gaves the realization of system's software and hardwa

9、re. the text introduces its design idea, the layer structure. under the quartusii, using the text editor and picture file to combine and care out the software design. after verification of wage fore imitate, hardware electric circuit is realized. in practice, this system works normally, the display

10、characters show accurate and stable.key words: led array,fpga controlle,vhdl,double mouth ram 目 錄摘 要iiabstractiii1 緒論11.1 fpga的概述11.1.1 fpga的發(fā)展11.1.2 fpga的應(yīng)用21.2 fpga的設(shè)計流程31.3 fpga的設(shè)計優(yōu)勢41.4 面向fpga的eda開發(fā)流程52 led72.1 led顯示屏的發(fā)展72.1.1 led顯示屏的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀82.1.2led顯示屏的發(fā)展趨勢92.2 led顯示屏的結(jié)構(gòu)及其示意圖102.3 led顯示屏的種類及特性10

11、3 led電路顯示原理123.1 led點陣顯示結(jié)構(gòu)123.2 led點陣顯示模塊的顯示原理133.3 led點陣屏的顯示原理143.4 顯示系統(tǒng)掃描程序軟件設(shè)計154 方案選擇164.1 總體方案164.2 外圍電路連接184.3 模塊設(shè)計204.3.1 雙口ram存儲單元配置204.3.2 fpga的驅(qū)動電路設(shè)計244.3.3 fpga的分頻器設(shè)計254.4 刷新頻率的計算254.5 項目仿真26致 謝28參 考 文 獻(xiàn)29附錄30附錄36附錄39附錄41附錄431 緒論1.1 fpga的概述fpga器件(filed programmable gate array)是八十年代中期出現(xiàn)的一種

12、新概念。用戶現(xiàn)場可編程門陣列集成電路是倍受現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計工程師歡迎的最新一代系統(tǒng)設(shè)計積木塊。由于半導(dǎo)體技術(shù)的飛躍發(fā)展,數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用基本經(jīng)歷了分立元件、小規(guī)模集成電路(ssi)，中規(guī)模集成電路(msi)和大規(guī)模集成電路(lsi)乃至超大規(guī)模集成電路(vlsi)的應(yīng)用過程。數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用的基本特征仍由中小規(guī)模集成度的標(biāo)準(zhǔn)向用戶定制的專用集成電路(asic)過渡，特別對于現(xiàn)代較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)。若采用ssimsi器件來設(shè)計某個特定的應(yīng)用，不僅要占用很大的物理空間，而且功耗較大，可靠性差；而采用lsivlsi器件的專用電路設(shè)計，則具有相當(dāng)高的系統(tǒng)集成度和相對小的功耗，但其開發(fā)周期長、開發(fā)費用高，具有較大

13、的投資風(fēng)險性，且有時仍需ssi/msi器件來設(shè)計實現(xiàn)相應(yīng)的接口邏輯。80年代出現(xiàn)的可編程邏輯器件pld在一定的程度上為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計工程師的快捷、靈活設(shè)計提供了可能性、pld器件的應(yīng)用，使一系列功能強，速度高，靈活性大的積木式系統(tǒng)設(shè)計得以成功。但是隨著現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展，pld器件1無論在集成容量、功耗、速度乃至邏輯設(shè)計的靈活性上，均不能滿足現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的大容量，高速度，現(xiàn)場靈活編程設(shè)計的要求。fpga器件的產(chǎn)生正是由此而來、其作為一種新型的用戶現(xiàn)場可編程的專用集成電路，顯示了誘人的應(yīng)用前景。有人預(yù)言，九十年代的許多電子系統(tǒng)將以cpu十ram十fpga的構(gòu)成為特征：反映了現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的一

14、種趨勢。1.1.1 fpga的發(fā)展fpga（現(xiàn)場可編程門陣列）是可編程邏輯器件如圖1-12，它是在pal，gal等邏輯器件的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。同以往的pal、gal等相比較，fpga 的規(guī)模比較大，它可以替代幾十甚至幾千塊通用ic芯片，這樣的fpga實際上就是一個子系統(tǒng)部件。這種芯片受到世界范圍內(nèi)電子工程設(shè)計人員的廣泛關(guān)注和普遍歡迎。經(jīng)過了十幾年的發(fā)展，許多公司都開發(fā)出了多種可編程邏輯器件。比較典型的就是altera公司和xilina公司的fpga器件系列，它們開發(fā)較早，占用了較大的pld市場。作為半導(dǎo)體工業(yè)成長最快的一個領(lǐng)域，fpga市場正在增長，并呈現(xiàn)一定的不穩(wěn)定特性，參與fpga技術(shù)和

15、器件研發(fā)的公司聯(lián)盟也在不斷地發(fā)生變化，新技術(shù)和器件不斷涌現(xiàn)，新的公司也不斷地參與到這個行業(yè)，很難說當(dāng)這個行業(yè)達(dá)到一個穩(wěn)定的狀態(tài)時哪一個產(chǎn)品是最有意義的，這里的討論僅限于正被廣泛使用的產(chǎn)品，在討論每一個具體的產(chǎn)品器件時，將給出每一個器件的規(guī)模，這些器件的規(guī)模是由器件廠商給的，以邏輯等效門（一個二輸入的nand門的規(guī)模）為器件規(guī)模的單位。圖1-1 fpga的組成。今天市場上兩種基本的fpga器件分別是基于sram結(jié)構(gòu)和熔絲結(jié)構(gòu)的fpga。sram結(jié)構(gòu)的fpga技術(shù)，xilinx和altera處于領(lǐng)先的地位，他們的主要競爭對手是at&t。在反熔絲技術(shù)產(chǎn)品方面actel，quicklogic和

16、cypress是領(lǐng)先的廠商。通常來說，在歐洲用xilinx的人多，在日本和亞太地區(qū)用alrera的人多，在美國則是平分秋色。全球pld|fpga產(chǎn)品60%以上是由altera和xilinx提供的?？梢灾valtera和xilinx。共同決定了pld技術(shù)的發(fā)展方向。1.1.2 fpga的應(yīng)用fpga器件獲得了廣大的電子設(shè)計工程師們的普遍認(rèn)同，并且在各自不同的設(shè)計應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛地使用。這些應(yīng)用領(lǐng)城包括：隨機邏輯、多個spld器件系統(tǒng)的集成、設(shè)備控制器、通訊編碼和濾波、包含sram模塊的中小規(guī)模系統(tǒng)設(shè)計以及更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。一種正在興起的應(yīng)用是采用fpga技術(shù)來實現(xiàn)定制的計算機。這種應(yīng)用要求用可編程

17、器件來運行軟件程序，而不是對軟件程序進(jìn)行編譯在常規(guī)的cpu上執(zhí)行。用戶利用fpga可以反復(fù)地編程、擦除、使用或者在外圍電路不動的情況下用不同軟件就可實現(xiàn)不同的功能。所以，用目前fpga/cpld試制樣片，能以最快的速度占領(lǐng)市場。fpga/cpld軟件包中有各種輸入工具和仿真工具，及版圖設(shè)計工具和編程器等全線產(chǎn)品。電路設(shè)計人員在很短的時間內(nèi)就可完成電路的輸入、編譯、優(yōu)化、仿真，直至最后芯片制作。當(dāng)電路有少量改動時，更能顯示出fpga/cpld的優(yōu)勢。電路設(shè)計人員使用fpga/cpld進(jìn)行電路設(shè)計時，不需要具備專門的ic（集成電路）深層次的知識。fpga軟件易學(xué)易用，可以使設(shè)計人員更能集中精力進(jìn)行

18、電路設(shè)計快速將產(chǎn)品推向市場。1.2 fpga的設(shè)計流程下面我們以基于altera公司的quantusii軟件來簡單說明一下設(shè)計流程。圖1-2是一個典型的基于quantusii的fpga開發(fā)流程。圖1-2 fpga開發(fā)流程（1）建立工程是每個開發(fā)工程的開始。quantusii（以下簡稱q2）以工程為單元對設(shè)計過程進(jìn)行管理。（2）建立頂層圖。可以這樣理解，頂層圖是一個容器，將整個工程的各個模塊包容在里面，編譯的時候就將這些模塊整合在一起。也可以理解為它是一個大元件，包含各個模塊，編譯的時候就是生成一個這樣的大元件。（3）采用altera公司提供的lpm功能模塊。q2軟件環(huán)境里包含了大量的常用功能模

19、塊，例如計數(shù)器、累加器、比較器、譯碼器等等。如果不懂得在工程中采用這些現(xiàn)有的功能模塊真是太浪費了。一個設(shè)計中一般只有極少部分的模塊需要自己從零設(shè)計。（4）自己建立功能模塊。當(dāng)然，有些設(shè)計中現(xiàn)有的模塊功能不能滿足具體設(shè)計的要求，那就只能自己設(shè)計。可以用硬件描述語言也可以用原理圖的輸入方法?？梢园阉鼈儶毩⒌禺?dāng)作一個工程來設(shè)計，并生成模塊符號(symbol)。然后在頂層圖中使用這個模塊的符號，并將源文件（實現(xiàn)該模塊的原理圖或hdl文件）拷到頂層圖所在的工程目錄下。這個過程好比你要做一個電路，現(xiàn)在市面上沒有你想要的某個芯片，你就只能自己做一塊這樣的一塊芯片，然后添加到你的電路板上。（5）將頂層圖的各個

20、功能模塊用連線連起來。這個過程類似電路圖設(shè)計，把各個芯片連接起來，組成電路系統(tǒng)。（6）系統(tǒng)的功能原理圖到此已經(jīng)基本出爐了，下一步要為該設(shè)計選擇芯片載體，才能在物理上實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。這一步的主要工作是：選擇芯片型號、為頂層圖的各個輸人輸出信號分配芯片的管腳、設(shè)置編譯選項，其目的是讓編譯器知道更多的信息。（7）編譯。這個過程類似軟件開發(fā)里的編譯，但實際上這個編譯過程比軟件的編譯要復(fù)雜得多，因為它畢竟最終要實現(xiàn)硬件里的物理結(jié)構(gòu)，包涵了優(yōu)化邏輯的組合、綜合邏輯以及布線等步驟。在類似q2這樣的集成環(huán)境里這些過程都可以一氣呵成，集成環(huán)境幫你目動完成了幾個步驟。（8）編譯后會生成*sof或*pof這樣的文件

21、，通過jtag下載到fpga內(nèi)部，設(shè)計無誤的話即能實現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果。斷電后，fpga里的這些信息會丟失，后者可以下載到fpga的配置芯片，掉電后這些配置信息不會丟失，重新上電以后通過該配置芯片對fpga內(nèi)部的ram進(jìn)行配置。簡單的來講就包括頂層文件設(shè)計（例化）、創(chuàng)建工程、全程編譯、觀察rtl電路仿真、了解時序分析結(jié)果、引腳鎖定、再次編譯下載，對fpga的存儲單元在系統(tǒng)讀寫測試、嵌入式邏輯分析儀測試波形3等。1.3 fpga的設(shè)計優(yōu)勢采用fpga實現(xiàn)硬線邏輯設(shè)計大尺寸文字顯示屏控制器具有很多優(yōu)點4。fpga主要優(yōu)點如下：（a）fpga的用戶現(xiàn)場可編程的特性大大縮短了設(shè)計實現(xiàn)周期，可以在很短的時間由

22、設(shè)計工程師現(xiàn)場提供樣機，使產(chǎn)品的上市時間大大縮短，適于現(xiàn)代的市場競爭需求。（b）fpga可以提供比pld和cpld器件足夠大的有效邏輯容量密度，不僅大大減少了印刷電路板的空間、降低了系統(tǒng)功耗，同時大大提高了系統(tǒng)設(shè)計的工藝可實現(xiàn)性和產(chǎn)品的可取性。（c）fpga可以反復(fù)編程，重復(fù)使用，沒有前期投資風(fēng)險，且可以在開發(fā)系統(tǒng)中直接進(jìn)行系統(tǒng)仿真，故也沒有工藝實現(xiàn)的損耗。以致在小批量的產(chǎn)品應(yīng)用場合，成本遠(yuǎn)低于門陣列和全定制asic。和單片機比較的優(yōu)勢：（a）一股單片機的邏輯操作是串行執(zhí)行的，不能在同一時間完成多個操作，而fpga邏輯可以實現(xiàn)并行的電路，電路內(nèi)部不同的功能塊可以同時運行。（b）一般單片機的速度

23、比較慢，而fpga邏輯的時鐘可以做的很高，好的設(shè)計可以使系統(tǒng)的時鐘預(yù)率超過100m。（c）單片機的引腳比較少，在顯示屏的控制電路中需要用到很多引腳，而一般的單片機無法提供，只能用其它電路擴展引腳，這樣就增加了電路的復(fù)雜性。fpga的管腳比較多，完全能滿足本設(shè)計的需要。（d）fpga的設(shè)計非常靈活，通過對邏輯門的不同組合可以實現(xiàn)特定的功能，這一點單片機也是難以辦到的。當(dāng)然，單片機也有優(yōu)點，在通信和一些邏輯操作中，使用單片機可以省時省力，而且單片機的成本低廉，充分發(fā)揮單片機的能力可以提高系統(tǒng)的性價比。（e）由于fpga的門級網(wǎng)表是采用可綜合的rtl級代碼經(jīng)過綜合器生成，其邏輯可以很容易地通過綜合器

24、轉(zhuǎn)化為某種asic工藝，所以當(dāng)設(shè)計批量比較大時，可以考慮將fpga整合為soc，以降低系統(tǒng)的成本。正是如此，當(dāng)今世界fpga是半導(dǎo)體集成電路工業(yè)銷售增長最快的部分，fpga的應(yīng)用正在產(chǎn)生飛躍。1.4 面向fpga的eda開發(fā)流程完整地了解利用eda技術(shù)進(jìn)行設(shè)計開發(fā)的流程對于正確的選擇和使用eda軟件、優(yōu)化設(shè)計項目、提高設(shè)計效率十分有益。一個完整的、典型的eda設(shè)計流程既是自頂向下設(shè)計方法的具體實施途徑，也是eda工具軟件本身的組成結(jié)構(gòu)。圖1-3是基于eda軟件的fpga開發(fā)流程簡略圖，以下將分別介紹各設(shè)計模塊的功能特點5。圖1-3 fpga開發(fā)流程簡略圖將電路系統(tǒng)以一定的表達(dá)方式輸入計算機，是

25、在eda軟件平臺上對fpga/cpld開發(fā)的最初步驟。通常eda工具的設(shè)計輸入可分為兩種類型。（1）圖形輸入圖形輸入法通常包括原理圖輸入、狀態(tài)圖輸入和波形圖輸入等方法6。狀態(tài)圖輸入方法就是根據(jù)電路的控制條件和不同的轉(zhuǎn)換方式，用繪圖的方法，在eda工具的狀態(tài)圖編輯器上繪出狀態(tài)圖，然后由eda編譯器和綜合器將此狀態(tài)編譯綜合成電路網(wǎng)表。波形圖輸入方法是將待設(shè)計的電路看成是一個黑盒子7，只需告訴eda工具該黑盒子電路的輸入和輸出時序波形圖，eda工具即能據(jù)此完成黑盒子電路的設(shè)計。原理圖輸入方法是一種類似于傳統(tǒng)電子設(shè)計方法的原理圖編輯輸入方式，即在eda軟件的圖形編輯界面上繪制能完成特定功能的電路原理圖

26、。原理圖由邏輯器件和連接線構(gòu)成，途中的邏輯器件可以是eda軟件庫中預(yù)制的功能模塊，如與門、非門、或門、觸發(fā)器以及各種含74系列器件功能的宏功能模塊，甚至還有一些類似于ip的功能塊。用原理圖表達(dá)的輸入方法的優(yōu)點是顯而易見的，如設(shè)計者進(jìn)行電子線路設(shè)計不需要增加新的諸如hdl等的相關(guān)知識。設(shè)計過程形象直觀，適用于初學(xué)或教學(xué)演示。對于較小的電路模型，其結(jié)構(gòu)與實際電路十分接近，設(shè)計者易于把握電路全局。由于設(shè)計方式接近于底層電路布局，因此易于控制邏輯資源的耗用，節(jié)省面積。然而，使用原理圖輸入的設(shè)計方法的缺點同樣是十分明顯的，如由于圖形設(shè)計方式并沒有得到標(biāo)準(zhǔn)化，不同的eda軟件中的圖形處理工具對圖形的設(shè)計規(guī)

27、則、存檔格式和圖形編譯方式都不同，因此圖形文件兼容性差，難以交換和管理，隨著電路設(shè)計規(guī)模的擴大，原理圖輸入描述方式必然引起一系列難以克服的困難，如電路功能原理的易讀性下降，錯誤排查困難，整體調(diào)整和結(jié)構(gòu)升級困難。顯然，原理圖的設(shè)計方法明顯偏離了電子設(shè)計自動化最本質(zhì)的涵義，在設(shè)計中由于需要直接面對硬件模塊的選用，因此行為模型的建立將無從談起，從而無法實現(xiàn)真實意義上的自頂向下的設(shè)計方案。（2）硬件描述語言文本輸入這種方式與傳統(tǒng)的計算機軟件語言編輯輸入基本一致，就是使用了某種硬件描述語言的電路設(shè)計文本，如vhdl或verilog的源程序?？梢哉f，應(yīng)用hdl的文本輸入方法克服了上述原理圖輸入法存在的所有

28、弊端，為eda技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展打開了一個廣闊的天地。2 led 2.1 led顯示屏的發(fā)展led顯示屏（led panel）：led就是light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡稱led。它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，其大概的樣子就是由很多個通常是紅色的發(fā)光二極管組成，靠燈的亮滅來顯示字符。用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。，通過紅色，藍(lán)色，白色，綠色led燈的亮滅來顯示文字、圖片、動畫、視頻，內(nèi)容?？梢愿鶕?jù)不同場合的需要做出不同的調(diào)節(jié)，比如一般的廣告牌那些流動的字畫，就是通過flash制作一個動畫,儲蓄在顯示屏的

29、一張內(nèi)存卡里,再通過技術(shù)手法顯示出來的,可以根據(jù)不同的需要隨時更換，各部分組件都是模塊化結(jié)構(gòu)的顯示器件。傳統(tǒng)led顯示屏通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。led之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點分不開的。這些優(yōu)點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、大型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。led的發(fā)展前景極為廣闊，正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。led顯示屏作為一種新興的顯示媒體，隨著大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，得到了飛速發(fā)展，它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素單元組成大面積顯示屏，以可靠性高、使用壽命

30、長、環(huán)境適應(yīng)能力強、性價比高、使用成本低等特點，在短短的十來年中，迅速成長為平板顯示市場的主流產(chǎn)品之一，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它與傳統(tǒng)的顯示媒體-多彩霓虹燈、像素管電視墻、四色磁翻板相比較，有亮度高、動態(tài)影像顯示效果好、故障低、能耗少、使用壽命低、顯示內(nèi)容多樣、顯示方式豐富等優(yōu)勢?，F(xiàn)今其在控制系統(tǒng)方面電路結(jié)構(gòu)不斷改善，并向嵌入式大屏幕發(fā)展，使其穩(wěn)定性和刷新頻率不斷提高，并且成本大大降低。led顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像。不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點。（a）1990年以前l(fā)ed顯示屏的成長形成時期。一方面，受led材

31、料器件的限制，led顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域沒有廣泛展開；另一方面，顯示屏控制技術(shù)基本上是通訊控制方式，客觀上影響了顯示效果。這一時期的led顯示屏在國外應(yīng)用較廣，國內(nèi)很少，產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通訊控制，灰度等級為單點4級調(diào)灰，產(chǎn)品的成本比較高。（b）1990-1995年led顯示屏迅速發(fā)展的時期。進(jìn)入九十年代，全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長，信息技術(shù)各個領(lǐng)域不斷突破，led顯示屏在led材料和控制技術(shù)方面也不斷出現(xiàn)新的成果。藍(lán)色led晶片研制成功，全彩色led顯示屏進(jìn)入市場；電子計算機及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了視頻控制技術(shù)，顯示屏灰度等級實現(xiàn)16級灰度和64級灰度調(diào)灰，顯

32、示屏的動態(tài)顯示效果大大提高。這一階段，led顯示屏在我國發(fā)展速度非常迅速，從初期的幾家企業(yè)、年產(chǎn)值幾千萬元發(fā)展到幾十家企業(yè)、年產(chǎn)值幾億元，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域涉及金融證券、體育、機場、鐵路、車站、公路交通、商業(yè)廣告、郵電電信等諸多領(lǐng)域，特別是1993年證券股票業(yè)的發(fā)展更引發(fā)了led顯示屏市場的大幅增長。led顯示屏在平板顯示領(lǐng)域的主流產(chǎn)品局面基本形成，led顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。（c）1995年以來，led顯示屏的發(fā)展進(jìn)入一個總體穩(wěn)步提高產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整完善的時期。led顯示屏產(chǎn)業(yè)內(nèi)部競爭加劇，形成了許多中小企業(yè)，產(chǎn)品價格大幅回落，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊，產(chǎn)品在質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化等方面出現(xiàn)了一系列新的問題，

33、有關(guān)部門對led顯示屏的發(fā)展予以重視并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)囊?guī)范和引導(dǎo)，目前這方面的工作正在逐步深化。2.1.1 led顯示屏的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀（1）產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模我國的led顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，至1998年底，年度銷售總額在1000萬元以上的企業(yè)有20多家，其銷售總額達(dá)6億元左右，占行業(yè)市場總額的85%以上。全國從事led顯示屏的各類企業(yè)有100余家，從業(yè)人員近6000人，行業(yè)年度銷售總額近8億元人民幣，1996年、1997年的增長速度均保持40%左右，1998年略有回落。在國內(nèi)市場上，國產(chǎn)led顯示屏的市場占有率近100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有

34、市場。led顯示屏是發(fā)光二極管的主要應(yīng)用之一，近年來發(fā)展迅速。目前l(fā)ed顯示屏制作技術(shù)先進(jìn)，售價低，國外公司很難在大陸占領(lǐng)競爭市場。中國的發(fā)展在世界led產(chǎn)業(yè)中緊挨美國、日本，位居世界第三。五年來，每年平均增長達(dá)20%以上。一家正在投產(chǎn)的公司利用movpe技術(shù)，生產(chǎn)ingaalp超亮度的發(fā)光材料和芯片；臺灣有七家生產(chǎn)led芯片的公司，生產(chǎn)各色傳統(tǒng)芯片占世界產(chǎn)量的七成以上，主要廠商有光磊、鼎元、光寶、國聯(lián)等，歐美、日本等著名光電公司也使用臺灣芯片，臺灣封裝工廠有30余家，有10個是大公司，主要有光寶、億光、今臺等，這些廠商大多在大陸設(shè)廠，以擴大產(chǎn)量，降低成本，增加市場競爭能力。因此我國led產(chǎn)業(yè)

35、的整體實力雄厚，有望成為電子基礎(chǔ)產(chǎn)品重要支柱產(chǎn)業(yè)。（2）技術(shù)水平相對領(lǐng)先我國led顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。90年代初即具備了成熟的16級灰度256色視頻控制技術(shù)及無線遙控等國際先進(jìn)技術(shù)，近年在全彩色led顯示屏、256級灰度視頻控制技術(shù)、多級群控技術(shù)等方面均有國內(nèi)先進(jìn)、達(dá)到國際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)；led顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。led顯示屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批led顯示屏科技隊伍，在全國led顯示屏行業(yè)的從業(yè)人數(shù)6000人中，科技人員有2800多人，將近50%。led顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分

36、，也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。（3）行業(yè)發(fā)展正在逐步規(guī)范1995年以前，led顯示屏的生產(chǎn)無行業(yè)規(guī)范。1996年原電子部委托藍(lán)通公司制定led顯示屏通用規(guī)范，1998年1月正式作為電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實施，使led顯示屏產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作開始走向規(guī)范。1998年初，中國光協(xié)光電器件分會加強了led顯示屏行業(yè)的管理，在引導(dǎo)規(guī)范行業(yè)發(fā)展、開展光電器件與led顯示屏產(chǎn)品技術(shù)及檢測標(biāo)準(zhǔn)交流協(xié)調(diào)等方面積極開展工作，目前正在就標(biāo)準(zhǔn)體系和具體標(biāo)準(zhǔn)的建立組織力量進(jìn)行有關(guān)工作。隨著產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系的形成和系列標(biāo)準(zhǔn)的實施，led顯示屏產(chǎn)業(yè)在向健康有序的方向發(fā)展。（4）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛主要應(yīng)用的領(lǐng)域有：證券交

37、易、金融信息顯示，機場航班動態(tài)信息顯示，港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示，體育場館信息顯示，道路交通信息顯示，調(diào)度指揮中心信息顯示，郵政、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示，廣告媒體新產(chǎn)品等等。2.1.2 led顯示屏的發(fā)展趨勢現(xiàn)代信息社會中，視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展。二十一世紀(jì)將是平板顯示的時代，led顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑會有更大的發(fā)展，并有望成為二十一世紀(jì)平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。（1）高亮度、全彩化藍(lán)色及純綠色led產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，已具備成熟性行業(yè)化條件。全彩色led顯示屏將是led顯示屏的重要發(fā)展方向。led產(chǎn)品性能的提高，使全

38、彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡達(dá)到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求。同事，由于全彩色顯示屏性價比的優(yōu)勢，預(yù)計在未來幾年的發(fā)展中，全彩色led顯示屏在戶外廣告媒體中會越來越多的替代傳統(tǒng)的燈箱、霓虹燈、磁翻板等產(chǎn)品，體育場館的顯示方面全彩色led屏更會成為主流產(chǎn)品。（2）標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化材料、技術(shù)的成熟及市場價格的基本均衡之后，led顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化將成為led顯示屏發(fā)展的一個新趨勢。近幾年內(nèi)的發(fā)展，市場競爭力在傳統(tǒng)產(chǎn)品條件下是以價格作為主要的競爭手段，幾番價格回落調(diào)整達(dá)到基本均衡，產(chǎn)品質(zhì)量、系統(tǒng)的可靠性等將成為主要的競爭因素，這就對led顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化有了較高要求

39、，業(yè)內(nèi)一些骨干企業(yè)已開始在企業(yè)實施iso9000系列標(biāo)準(zhǔn)。（3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化信息化社會的形成，led顯示屏的應(yīng)用前景更為廣闊。預(yù)計大型或超大型led顯示屏的主流產(chǎn)品局面將會發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點和專業(yè)性要求，小型led顯示將會有較大提高。面向信息服務(wù)領(lǐng)域的led顯示屏產(chǎn)品的門類和品種體系將更加豐富。部分潛在的市場需求和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)兴黄?，如公共交通、停車場、餐飲、醫(yī)院等綜合服務(wù)方面的信息顯示屏需求量將有更大的提高，大批量、小型化的標(biāo)準(zhǔn)系列l(wèi)ed顯示屏在led顯示屏市場總量中將會占有多數(shù)份額。（4）高性能、嵌入式現(xiàn)在市場上的多種led顯示屏在顯示性能上良莠不齊，并且大多需要上位機對顯示

40、過程進(jìn)行實時控制。那么利用嵌入式微機8的體積小，性價比高等優(yōu)點，將整個系統(tǒng)都做在led文字屏系統(tǒng)的鐵盒中，使led文字屏系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，使屏體的位置更加的靈活，這樣就解決了傳統(tǒng)led文字屏系統(tǒng)的控制室在某些場合難以解決的難題。所以在大屏的設(shè)計中將是一個明顯的趨勢。2.2 led顯示屏的結(jié)構(gòu)及其示意圖圖2-1 led顯示屏組成框圖如圖2-1，led顯示屏由三部分組成：led顯示屏、控制模塊、框架結(jié)構(gòu)。led顯示屏：指由發(fā)光二極管組成的顯示點陣。控制模塊：指驅(qū)動led顯示屏發(fā)光的控制電路、控制顯示屏顯示的控制軟件（包括控制器內(nèi)及pc端通信及控制軟件）和控制顯示單元顯示的外圍通信及控制模塊?？蚣芙Y(jié)

41、構(gòu)：指支撐整個系統(tǒng)的基板或框架。另外，整個顯示屏需要加以裝飾方能投入使用。2.3 led顯示屏的種類及特性led顯示屏的常見有分類一下幾種方法：（a）按顯示顏色可分為：單基色（紅色或綠色）雙基色（紅色、綠色）三基色（紅色、綠色、藍(lán)色）（b）按顯示性能可分為：圖文屏同步屏行情顯示屏(包括證券屏、利率匯率屏、工廠看板、安全牌等)（c）按使用環(huán)境可分為:室內(nèi)屏室外屏半戶外屏led顯示屏的特性：led發(fā)光二極管有很多優(yōu)勢，除了可以解決廣色域問題之外，相對于ccfl冷陰極背光燈而言，led發(fā)光二極管還擁有更多的優(yōu)勢。首先一點就是環(huán)保。在環(huán)保之外，led背光源還非常節(jié)電，其功耗要比ccfl冷陰極背光燈更低

42、一些。led內(nèi)部驅(qū)動電壓遠(yuǎn)低于ccfl，功耗和安全性均好于ccfl(ccfl交流電壓要求相對較高，啟動時達(dá)到15001600vac，然后穩(wěn)定至700或800vac，而led只需要在1224vdc或更低電壓下就能工作)。另外，雖然ccfl的發(fā)光效率并不比led遜色，但是由于ccfl是散射光，在發(fā)光過程中浪費了大量的光，這樣一來，反而顯得led光的效率更高。此外，led背光源的使用壽命要比ccfl長。一般來說，不同ccfl的額定使用壽命(半亮)在8000100000小時之間，而led背光源則可以達(dá)到ccfl的兩倍左右。當(dāng)然，led背光源的使用壽命還受到散熱管理方面的影響。因此，led顯示屏的優(yōu)點有

43、：亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅(qū)動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩(wěn)定。目前市場上流行的大型顯示器件各式各樣。led顯示屏具有其他顯示屏所無法比擬的技術(shù)優(yōu)越性：（）使用壽命長：發(fā)光二極管的使用壽命在10萬小時以上（）響應(yīng)速度快：這是半導(dǎo)體器件共有的特點（）可視距離遠(yuǎn)：led的單點直徑可達(dá)52mm，可視距離500米以上 （）規(guī)格品種多：led顯示屏有室內(nèi)的、戶外的，有單色的、雙色、全彩色（）數(shù)字化程度高：全數(shù)字化，可實現(xiàn)高分辨率圖形方式（）亮度高：可用于戶外，如交通燈、防霧燈等。并且亮度可以調(diào)節(jié)。（）可視角度大：室內(nèi)顯示屏可達(dá)160度，戶外的可達(dá)120度（）功耗低：每平方米最

44、大功耗不超過800w3 led電路顯示原理3.1 led點陣顯示結(jié)構(gòu)led點陣顯示模塊是led顯示屏的基本組成單元，下面對led點陣顯示模塊進(jìn)行具體的分析。該設(shè)計led點陣顯示模塊采用單色模塊，其外形大小如下圖所示：圖31 led點陣顯示模塊圖中為一個單色的8×8點陣模塊，而系統(tǒng)設(shè)計實際采用的是16×16單色點陣顯示模塊。led點陣顯示模塊的內(nèi)部連線如3-2圖所示：圖32 led點陣顯示模塊內(nèi)部連線圖如圖所示，每一列的8個led發(fā)光二極管的陽極接在一起，每一行的8個led發(fā)光二極管的陰極接在一起，這樣就可以由行和列的選擇線控制每一個led發(fā)光管的發(fā)光。圖33 8×

45、8led點陣模塊引腳圖圖3-3為8×8 led點陣模塊的引腳圖，左邊是平放著，從前向后看；右邊的是平放著，從左向右看。由于在實際的操作中，具體的led點陣顯示模塊的引腳并不是有規(guī)則地排列，而是根據(jù)內(nèi)部連線，及相應(yīng)的外部因素而排列，實際的顯示模塊的引腳排列參照具體的實物。3.2 led點陣顯示模塊的顯示原理led點陣顯示屏不論顯示圖形還是文字，都是控制與組成這些圖形或文字的各個點所在位置相對應(yīng)的led管器件發(fā)光即可。通常是先把需要顯示的圖形文字轉(zhuǎn)換成點陣圖形，再按照顯示控制的要求以一定的格式形成顯示數(shù)據(jù)。對于只控制通斷的圖文顯示屏來說，每個led發(fā)光器件占據(jù)數(shù)據(jù)位中的一位(1bit)，

46、在需要該led器件發(fā)光時數(shù)據(jù)中相應(yīng)的位填1，否則填0。當(dāng)然，根據(jù)控制電路的安排，相反的定義同樣是可行的。這樣依據(jù)所需顯示的圖形文字，按照顯示屏的各行各列逐點填寫顯示數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)成一個顯示數(shù)據(jù)文件。我們以中文宋體字庫為例。每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國標(biāo)漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。因而這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形字符。 圖3-4 湖點陣圖 圖3-5 16×16點陣圖以顯示漢字“湖”為例，來說明其掃描原理：在ucdos中文宋體字庫中。每一個字由16行16列的

47、點陣組成顯示。如果目前大多常用的mcu都采用8位數(shù)據(jù)存儲與控制的多，我們在這里也采用8位字節(jié)為例。一個字需要拆分為2個部分，一般我們把它拆分為左部和右部，左部由8×6點陣組成，右部也由8×6點陣組成，如圖3-5所示。在本例中首先顯示的是左上角的第一行的左半部分，即第一行第一列到第八列。方向為p00到p07，顯示漢字“湖”時，p00到p07點亮，由右往左排列，二進(jìn)制為01000010b，轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制為42h。左半部第一行完成后，繼續(xù)掃描左半部的第二行，p10到p17點亮，為00100010b，即16進(jìn)制22h。左半部的第二行，也為00100010b，即16進(jìn)制22h。繼續(xù)往

48、下面的掃描，掃描完16行，然后轉(zhuǎn)向右半部，為了接線的方便。我們?nèi)栽O(shè)計成由右往左掃描。如圖3-5所示。從上圖可以看到，這一行全滅，即為00000000b，16進(jìn)制則為00h。再往下掃描第二行。p22、p23、p24、p25點亮，為二進(jìn)制00111100b，即16進(jìn)制3ch。依照這個方法，繼續(xù)掃描完右16行，一共掃描32個8位，可以得出漢字“湖”的掃描代碼為：湖 cbafedb 042h,000h,022h,03ch,022h,024h,002h,024hdb 08fh,0bch,052h,024h,012h,024h,02fh,0bchdb 028h,0a4h,028h,0a4h,0c8h,0a

49、4h,048h,0a4hdb 04fh,0c4h,040h,044h,040h,094h,041h,008h通過使用軟件hzdotreader軟件可以表示出很多字：如：感謝感 cb8d0db 000h,050h,000h,048h,03fh,0fch,020h,040hdb 03fh,048h,020h,048h,02fh,030h,029h,020hdb 04fh,032h,040h,04ah,080h,006h,009h,008hdb 028h,084h,028h,016h,067h,0f0h,000h,000h;謝 cd0bbdb 001h,008h,042h,008h,037h,088

50、h,024h,088hdb 007h,0feh,004h,088h,0e7h,0c8h,024h,0a8hdb 02fh,0a8h,021h,088h,022h,088h,02ah,088hdb 034h,088h,028h,088h,012h,0a8h,001h,010h本文件為16×16點陣中文字庫文件,字的橫向8點構(gòu)成一字節(jié),左邊點在字節(jié)的高位,字符點陣四角按左上角右上角左下角右下角取字。3.3 led點陣屏的顯示原理圖文顯示屏的點陣結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。一塊由m行n列組成的m×n圖文顯示屏，其led發(fā)光管的數(shù)量非常大，不宜使用靜態(tài)顯示驅(qū)動電路。掃描驅(qū)動電路一般采用多行

51、（在1/16的掃描方式下，就是16行）的同名列共用一套列驅(qū)動器。當(dāng)行驅(qū)動器選中第i行，列驅(qū)動器選中第j列時，對應(yīng)的led器件根據(jù)列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)要求進(jìn)行顯示，這樣控制電路有序地選通各行，在選通每一行之前還要把該行的列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。一旦該行選通，這一行線上的led發(fā)光管器件就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。圖36 m×n行l(wèi)ed點陣圖由于驅(qū)動及控制電路的速度是很快的，而且led發(fā)光二極管也具有很高的響應(yīng)速度，led的顯示就在人眼中造成視覺暫留現(xiàn)象，人看起來就好像是整個屏在顯示一副完整的畫面，而不是一行一行的小點在閃爍。3.4 顯示系統(tǒng)掃描程序軟件設(shè)計顯示系統(tǒng)的程序設(shè)計不算很難，但是對速度要求很高。

52、fpga掃描每一行，同時將下一行的數(shù)據(jù)送過去，在掃描完32行的時候要進(jìn)行循環(huán)掃描，以便于人眼能夠看到字形 。就這樣不停地送數(shù)據(jù)過去，不停地刷新顯示屏，將要顯示的數(shù)據(jù)刷新到顯示屏上，參見圖3-7。圖3-7 顯示系統(tǒng)程序流程圖對整個屏幕采用整體掃描的方法，一行數(shù)據(jù)為128位，這樣就需要每輸出8個數(shù)據(jù)單元時，產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)鎖存信號，然后打開行掃描，使其中一行點亮，這里要注意顯示數(shù)據(jù)與對應(yīng)行的選通，只有這樣才能得到信息的正確顯示。當(dāng)下一行數(shù)據(jù)灌滿128列后，再產(chǎn)生鎖存信號，就這樣，在送完第一行的數(shù)據(jù)后，選通第一行，顯示第一行的信息，緊接著送第二行的信號數(shù)據(jù)，選通第二行，顯示第二行的信息，如此不斷的循環(huán)9

53、。掃描顯示32行的所有信息后，要實現(xiàn)全屏字模的顯示，就要繼續(xù)再次掃描一定的次數(shù)，我們設(shè)定為100次，完了接著繼續(xù)掃描下一屏，重復(fù)以上的操作，最后實現(xiàn)整屏全部字模顯示的刷新。4 方案選擇4.1 總體方案此設(shè)計一般有兩種方案，一種是分布式控制，另一種以fpga構(gòu)造的高速掃描電路為系統(tǒng)核心，顯示數(shù)據(jù)的提取、并串轉(zhuǎn)換輸出和掃描信號的產(chǎn)生由高速的fpga掃描電路控制。把原本由cpu軟件實現(xiàn)的操作用硬件完成。針對第二設(shè)計方案提出兩種方法。第一種設(shè)計方法是采用外擴數(shù)據(jù)存儲器，利用狀態(tài)機進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫控制，該設(shè)計在一個時鐘周期就進(jìn)行了一次讀操作和一次寫操作，使系統(tǒng)讀寫互不影響。圖4-1為其硬件關(guān)系，圖4-2為f

54、pga的內(nèi)部電路和外部電路關(guān)系。圖4-1 硬件關(guān)系圖4-2 fpga內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)以及外部電路關(guān)系第二種設(shè)計方法也是以fpga為核心的系統(tǒng)方案。它采用fpga內(nèi)設(shè)雙口ram10，很好的解決數(shù)據(jù)讀寫沖突問題，圖4-3為系統(tǒng)原理框圖，4-4為實際顯示屏系統(tǒng)組成框圖。圖4-3 系統(tǒng)原理框圖圖4-4 顯示屏系統(tǒng)組成框圖兩種方案的比較：第一種方法中采用單片機和fpga的混合設(shè)計，單片機主要完成從上位機接收顯示數(shù)據(jù)。fpga完成畫面的刷新和各種顯示效果(例如各種刷屏，各種推屏和馬賽克漸出漸入等)。系統(tǒng)采用一個外擴數(shù)據(jù)存儲器，由于寫數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)的電路操作是同一塊存儲器，并且兩部分的操作要求互不干擾。所以采用了

55、如下的設(shè)計思路：將外部時鐘五分頻，前三個時鐘用于寫，后兩個時鐘用于讀，并提供分頻后的時鐘供其它電路使用。這樣對于該時鐘而言，一個時鐘周期就能完成一個讀操作和一個寫操作。但是電路需要三個接口，即數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)讀出，顯示接口，同時這種分時操作對fpga的主頻要求很高，當(dāng)系統(tǒng)斷電后，數(shù)據(jù)會丟失，每次的顯示數(shù)據(jù)都需要pc機進(jìn)行串口輸入。第二種方法中高速的fpga掃描模塊電路實現(xiàn)了由軟件實現(xiàn)的部分操作，使cpu的操作大大簡化。fpga的高頻率工作特性，使它能高速的完成數(shù)據(jù)提取、并串轉(zhuǎn)換和移位輸出；還可以很好地實現(xiàn)掃描同步、掃描譯碼輸出。其中fpga內(nèi)部雙口ram的運用，為不同總線間的數(shù)據(jù)通信提供了一個新

56、的解決方案。elpic6的高度集成性使版面可以做的很小。可以看出第一種方法適合大屏顯示，本設(shè)計是一個128×32的室內(nèi)顯示屏，考慮到實驗資源和成本問題，為完成系統(tǒng)硬件設(shè)計，采用第二種設(shè)計方法。由圖，整個顯示系統(tǒng)由信號處理電路、雙口ram、驅(qū)動單元、分頻器四大塊組成。軟件設(shè)計包括三部分：上位機軟件設(shè)計、單片機控制單元軟件設(shè)計、fpga驅(qū)動單元軟件設(shè)計。本設(shè)計只給出fpga驅(qū)動單元軟件設(shè)計，其中包含了對雙口ram的配置與調(diào)用。(a)信號處理模塊設(shè)計。微處理器mcu采用8位單片機at89s51，它通過串口接收來自pc機的待顯示數(shù)據(jù)。由于pc機串行總線標(biāo)準(zhǔn)rs232的邏輯電平與單片機電路使用

57、的ttl電平不同，所以pc機與mcu11之間的通信數(shù)據(jù)必須經(jīng)過rs232 電平轉(zhuǎn)換芯片max232進(jìn)行轉(zhuǎn)換。從pc機接收到的數(shù)據(jù)存放在8k字節(jié)的電可擦寫內(nèi)存eeprom28c64中，這樣可方便地隨時修改待顯示的信息，并且在掉電情況下不至于丟失數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)軟件要進(jìn)行大批量的數(shù)據(jù)處理，所以擴充了單片機緩存區(qū)大小，采用了8k字節(jié)的外部靜態(tài)ram6264。（b）雙口ram的配置。由于數(shù)據(jù)顯示是一種動態(tài)掃描方式，如果采用一個ram區(qū)，當(dāng)單片機寫ram時，fpga只能處于等待狀態(tài)，這樣就會導(dǎo)致屏幕動態(tài)掃描停止。且屏幕數(shù)據(jù)是移位輸出的，當(dāng)掃描停止時，因為會有某一行的高電平保持較長的時間，該行就會一直保持較

58、強的亮度，影響屏幕的顯示效果。本系統(tǒng)中設(shè)計了2個同樣大小的ram 區(qū)：a區(qū)和b區(qū)，讓單片機交替進(jìn)行寫操作。當(dāng)單片機在寫a區(qū)時，fpga就去讀b區(qū)的字模數(shù)據(jù)；當(dāng)單片機寫b區(qū)時，fpga就去讀a區(qū)的字模數(shù)據(jù)。這樣就不會造成fpga的停止掃描，保證了各行的點陣有相同的時間占空比，使屏幕點陣有同樣亮度。單片機中的hl引腳可用于控制單片機的寫區(qū)和fpga的讀區(qū)12。并且可以根據(jù)具體的程序設(shè)定led顯示屏的顯示模式，顯示內(nèi)容和其他的參數(shù)及系統(tǒng)設(shè)置。雙口ram是兩個數(shù)據(jù)模塊間的數(shù)據(jù)信道，必須是共享的，它在本設(shè)計中起到了關(guān)鍵作用?？梢钥吹疆?dāng)hl不改變時系統(tǒng)就可獨立于mcu，成為一個小型的顯示塊。（c）fpga的驅(qū)動單元是根據(jù)顯示要求產(chǎn)生相應(yīng)的讀