LED大屏幕系统设计方案.pdf

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1、基于CycloneEP1C6和SPCE061A的LED大屏幕系统设计SPCE061A和CycloneEP1C6简介SPCE061A是凌阳科技的一款16位微控制器，内嵌32KB闪存和2KB字SRAM。CPU最高可工作在49MHz的主频下，较高的处理速度使SPCE061A能够非常容易、快速地处理复杂的数字信号。本文设计的是一个点阵大小为192×128的单色(红色)显示屏，且按要求连续显示5屏数据，SPCE061A丰富的片内资源正好满足了如此大的数据处理和存储要求。本文采用由UART中断接收上位机数据并将数据写入32K

2、B闪存中的方法，取代了传统MCU+ROM+RAM的设计，增加了系统的稳定性。CycloneEP1C6是Altera推出的一款高性价比FPGA。该器件提供的具有异步、双端口、带寄存器输入口、可选择的带寄存器输出口的存储模块—M4K在本设计中被设置成一个双口RAM，实现数据的读写同步，提高了系统的刷新频率。整体设计方案本系统设计的是一块具有192×128个红色LED点阵的电子大屏幕。整块大屏幕是模块化的结构，每4个16×16的点阵块为一个最小模块，每行点阵由3个同样的最小模块级联而成，共8行。大屏幕上要求连续显示5屏

3、内容，且每屏都具有上下左右移动等动画效果。实际应用中主控制室距离电子屏约为200米。结合设计对象的要求和大屏幕设计的特点，本文提出了一种新颖的设计方案。该方案的整体框图如图1所示。图1系统框图LED大屏幕系统由3个主要单元组成：上位机图像/文字编辑与发送部分单元、主控板单元、显示驱动电路单元。系统上位机由一台PC机来控制，它主要编辑、发送图像/文字信息到主控板的存储器中；主控板对这些字模数据进行处理后发送到大屏幕，并在大屏幕上显示出来。系统硬件设计上位机发出的信息经符合RS-422标准的接口通过双绞线传送到主控板

4、上，通讯速率可在上位机软件中设置。接口所用芯片为MC3487和MC3486,RS-422在传输速率为100kb/s时，可传输的最大距离为1200米。本系统的传输距离约为200米，传输速率最大为115kb/s，采用RS-422方式传输可满足这一长距离通讯的要求。主控板单元设计该单元的设计特点在于数据流接收、存储以及驱动扫描的单片集成，无须任何外围电路。主控板由一片SPCE061A和EP1C6组成,如图2所示。图2主控板框图该单元的设计思路是，由单片机的IOB7口以UART中断的方式接收上位机发送的数据。这是由于大屏

5、幕处于被动、循环往复的显示状态，采用异步传输能减少系统不断查询串口接收标志位的系统消耗。单片机将接收的串口数据以两个字节为单位逐一写入内置的闪存中。单片机内部的2KBSRAM作为缓存区，每当单片机要向FPGA中写一屏新的数据时，先按特定的地址从闪存中读出数据并存放到SRAM中，再将SRAM中的数据并行写到FPGA的双口RAM中。单片机与FPGA的接口信号除了16根数据线外，还包括单片机向FPGA写数据的地址、写使能和写时钟。由于每屏的点阵数为192×128，16位数据并行传输所需的地址线为11根。但由于设计需要，

6、系统中还专门设置了1根额外的地址线，用于对FPGA的双口RAM进行读写分区，因此共使用了12根地址线。FPGA在其内部配置一个双口RAM缓存单片机写入的数据，同时将这些数据按照大屏幕的结构和扫描电路的特点选择性地读出，然后对数据由并转串输出到大屏幕的扫描驱动电路。由于大屏幕采用模块化的隔行扫描方式，每行需要2根数据线进行隔行传输,整块大屏幕共需16根数据线。由于点阵的行列驱动均采用74LS595驱动，故FPGA还应产生列扫描的点时钟、锁存信号和行扫描的数据、时钟、锁存信号。双口RAM的配置由于数据显示是一种动态扫

7、描方式，如果采用一个RAM区，当单片机写RAM时，FPGA只能处于等待状态，这样就会导致屏幕动态扫描停止。由于屏幕数据是移位输出的，当扫描停止时，因为会有某一行的高电平保持较长的时间，该行就会一直保持较强的亮度，影响屏幕的显示效果。本系统中设计了2个同样大小的RAM区：A区和B区，让单片机交替进行写操作。当单片机在写A区时，FPGA就去读B区的字模数据；当单片机写B区时，FPGA就去读A区的字模数据。这样就不会造成FPGA的停止扫描，保证了各行的点阵有相同的时间占空比，使屏幕点阵有同样亮度。单片机中的HIGHAD

8、R引脚可用于控制单片机的写区和FPGA的读区。由于每屏点阵数据的大小为1536字,A区和B区的容量都至少要大于1536,那么整个的RAM区至少为1536×2字。考虑到EP1C6内部集成了20块容量为256字的M4K模块,正好可以满足本系统对RAM的需求。双口RAM的配置如图3所示。图3双口RAM配置其中wren是单片机往FPGA中写入数据的写使能信号，wraddress[