一种基于MCU+FPGA的LED大屏幕控制系统的设计

　　3.4 译码器

　　译码器模块主要是产生16路的分区信号（低电平有效）分别控制16个锁存器，把16个分区的显示数据分别锁存在相应的锁存器中。

　　3.5 数据锁存器组及移位寄存器组模块

　　数据锁存器组模块由16个8位锁存器组成锁存器组，锁存16个分区的数据。移位寄存器组模块由16个8位移位寄存器组成，把各路锁存器中8位并行数据转换成同时输出的16路串行数据，驱动LED显示屏，实现数据的并串转换。

　　其生成的元件符号如图6所示。其中，DATA_IN[70]为每个分区的8位并行数据输入，SCLK为移位时钟，CLR为清零信号，LOAD为数据锁存信号，CS[150]为16分区的输入信号（接译码器的输出），DATA_OUT[150]为16路的串行数据输出。

　　图6 并串转换元件符号图

　　3.6 脉冲发生器

　　系统采用1/16的扫描方式，把数据分为16分区，16分区数据同时传送。假设刷新的频率为60 Hz（即周期为16.67 ms），每一行显示的时间约为16.67 ms/16=1.04 ms。每行有1024位，则移位脉冲周期为1.04/1024=102 μs，即移位频率为0.983 MHz以上才能满足要求。由于移位脉冲是数据读取模块时钟的2分频，因此系统的时钟至少1.97 MHz以上，本系统采用50 MHz时钟源。其时序图如图7所示。

图7 时钟产生时序图

　　其中，RDCLK为FPGA读取数据时钟；SCLK是串行输出的移位时钟，是RDCLK的2分频；LOAD是数据锁存信号，每次读完16个分区中的某个字节数据DATA后产生锁存信号，数据锁存在数据锁存器组中，其时钟是RDCLK的16分频。

　　4 FPGA控制模块的仿真测试

　　在QuartusII 5.1中建立一个工程，并建立原理图文件，把单片机与FPGA接口及数据读写模块、读地址发生器、译码器、行地址发生器、数据锁存器、移位寄存器、脉冲发生器等单元模块所生的模块元件符号连接起来，构成总控制模块逻辑图并对其功能仿真。仿真结果如图8所示，从存储器中读取16字节数据，经并串转换输出16路的串行数据。从波形图分析，功能正确，且各输出端口信号均符合时序要求。

　　图8 FPGA控制模块仿真图

　　5 结语

　　FPGA是在线可编程芯片，可以根据不同的用户要求进行不同的编程， 缩短了系统的开发周期并节约了硬件的开发成本。本文以FPGA为主芯片，较完整地设计了大屏幕LED单色图文显示屏控制系统。随着LED显示屏技术的发展，FPGA与ARM或DSP 等芯片的组合，必将在双色显示屏和彩色显示屏领域获得广泛的应用。