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基于FPGA的点阵LED显示屏控制器的设计

/?? 2014年06月23日 ?? 收藏3
LED屏幕在现代信息化的社会里应用越来越广泛,而它的灵魂是其内部的控制器。传统的LED控制器绝大部分是基于单片机设计的,这种控制器在控制单色或双色点阵是足够的,但是使用它来控制多彩色的LED屏和高分辨率的LED屏,是非常困难的。为解决这一问题,本文提出了一种基于FPGA的LED点阵屏的控制器设计。

1 国内研究现状

如今,FPGA技术正处于高速发展时期,芯片的集成度越来越高,处理速度也越来越快,但成本却越来越低。低端的FPGA正在逐步的取代传统的数字元件,而高端的FPGA也在不断在与ASIC争夺市场份额。随着科技的进步和半导体制造工艺的不同改进,FPGA的集成度将不断提高,芯片的成本将不断降低,FPGA的应用前景将日趋光明。

传统的LED屏控制器的电路设计通常是基于单片机的,单片机作为其主控制器,控制协调LED屏的整个显示系统的显示,这种控制器在控制单色或双色点阵是绰绰有余的,但由于工作频率的原因,若是使用基于单片机的控制器来驱动高分辨率的LED屏或者是高灰度级的LED屏等,在这些对数据的处理速度要求很高场合下,单片机的处理速度是远远无法满足其要求。

若是使用FPGA设计LED屏控制器则可以很好的解决上面的问题。如今最快的单片机的处理速度最快也就300MHZ左右,而FPGA的处理速度最快这可以达到上GHZ,所以在上面那些对数据处理速度要求很高的场合下,FPGA能很轻松的胜任。此外,FPGA设计的控制器除了解决传统单片机在处理速度上的不足外,在传输上方面,它还可以通过网络来进行长距离数据传输,最远的传输距离可达100米;在控制显示方面,它可实现灰度级的显示。这使的该控制器在LED屏市场上有很大的优势以及实用性。

2 系统设计

基于FPGA的点阵LED显示屏控制器系统的设计要求是引入FPGA,实现LED屏自动扫描的功能,LED点阵显示屏使用高亮度LED发光管构成点阵,通过编程控制可以显示中文、英文字符、图形以及视频信息。

该系统主要包含PC主机、FPGA控制、显示驱动、LED显示屏等,如下图1所示。

图1 系统总体框图
图1 系统总体框图

由上图可知,系统主要以FPGA控制模块和LED点阵显示屏为硬件平台,利用PC主机将所要显示的字符、图形以及视频信息传输给FPGA控制器,FPGA控制器将这些信息进行转换后,再通过驱动模块把数据传输到LED屏显示。在本系统中,FPGA控制器是最核心的部分。PFGA控制器系统正常工作的配置需包括FPGA主芯片、存储器、程序下载接口、电源模块、复位电路以及时钟模块等,如下图2所示:

图2 PFGA控制器系统图
图2 PFGA控制器系统图

以上为保证FPGA控制器正常工作的最低配置要求,该系统还有很强的扩展功能,例如还可以给它扩展VGA视频接口进而来控制点阵屏来显示视频信息;还可以为其扩展网络接口,从而可以通过网络来传输要显示的信息,甚至还可以通过网络来对FPGA进行网络在线编程等等。


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FPGA? LED屏? 控制器?

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