嵌入式大屏幕LED显示屏的设计与实现

嵌入式大屏幕LED显示屏的设计与实现

嵌入式大屏幕LED显示屏的设计与实现

熊雨凯,吴光敏

(昆明理工大学理学院　云南昆明　650093)

摘　要:鉴于传统的LED显示规模小、可靠性差、需要上位机实时控制的问题,提出一种基于FPGA和2片SRAM的嵌入式大屏幕LED显示的方法,其显示规模达到512×512点阵列,并且可以在完全不需要上位机控制的情况下实时独立的工作。本设计已经实际使用在现场厂房中,能够较好地对厂房中的生产情况进行实时显示。着重讨论该系统最底层的硬件连接及相应的软件设计,并给出其软、硬件实现。

关键词:嵌入式;LED大屏幕;设计优化;FPGA

中图分类号:TN702　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:1004373X(2006)2204303

DesignandImplementationoftheEmbeddedGrandLEDScreen

XIONGYukai,WUGuangmin

(SchoolofPhysics,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,650093,China)

Abstract:OnregardofthetradionalLEDscreenwhichscaleisrelativelysmall,reliabilityispoorandtobecontrolledbydesktop,thepaperhandsoutawaywhichisbasedononeFPGAandtwoSRAMs,couldimplement512x512,andbeabletoworkindependently.Thedesignhasbeenimplementedin,itinthework2shopwell.ThepaperemphasizestheconnectionsofhardwareandKeywords:embedded;bigLEDscreen;design1　引　言

LED,而且随着应用的

HC138的输出,他的输入为HangQ[2..0];而列信号给

具体这一行的数据信号接的是一个74HC595的输出,如图2

所示。

普及,更多新式的LED显示屏会应用在更多的场合,所以研究嵌入式大屏幕点阵LED的显示很有实际意义。

但是现在市场上的多种LED显示屏在显示性能上良莠不齐,并且大多需要上位机对显示过程进行实时控制。本文提出一种优化的高性能高可靠性的嵌入式大屏幕

LED显示系统,只需要用1片FPGA和2片SRAM就可

以实现大屏幕LED显示的驱动和内容更换,可以说其性能已经大有改善。本设计可以应对多种大屏幕显示的场合。

2　系统硬件设计与实现

硬件连接的方式多种并且灵活,其连接方式直接影响到显示的性能。下面给出的硬件连接方式是最优的方式,能够达到高性能的显示,并且使软件编写变得简单。

每个8×8的LED点阵块称为最小模块。每16个

8×8的LED点阵块为一个基模块,一个基模块横向有8个,纵向有2个最小模块,如图1所示。图中每个小方格

图1　

基模块

图2　最小模块

74HC595是移位锁存芯片,他内部有一个移位寄存

代表一个最小模块。

每个最小模块控制信号为8个行信号H1～H8和

8个数据信号R1～R8。行信号接一个3

收稿日期:20060511

器,还有一个数据移入引脚(DS)、一个数据移出引脚

(Q8)、8个数据输出引脚(Q1～Q8),另外还有脉冲信号(CLK)和数据锁存信号(ST)。他的工作原理是当脉冲信

8译码器

号作用时将移入引脚的数据移入芯片内部的移位寄存器,当移满8位数据以后,第8位的数据就会出现在数据移出

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SRAM芯片,每块的容量为128kB,他们都用来存放显示

引脚上,再给一个脉冲信号,这一位数据就会被移出同时也有新的数据移入。当数据锁存信号有效时,芯片内部的的移位寄存器就将8位数据就锁存到8个数据输出引脚上,从而实现数据输出。

对于一个最小模块,当数据信号R有效后,时钟信号

TSCK就将该数据移入74HC595的内部寄存器,内部寄

的数据(见图3)

。

存器的8位全部移满数据后,锁存信号TLOCK有效,就能将移满的数据全部送到8个数据信号R1～R8上。这个时候,再用HangQ[2..0]选中其中的某一行信号,行锁存信号TLEDEN有效后,就可以在这个8×8的点阵列上实现数据显示。因为在一个特定的时间只能在这个8×8的LED点阵块上显示其中的一行,所以将第一行到第8行依次循环显示,只要速度足够快,人眼看起来就是连续的。

对于一个基模块,因为每个最小模块都有一个

74HC595移位锁存芯片,只要将各个最小模块的74HC595串联起来,也就是将前一个74HC595的数据移

图3　控制模块

工作时,FPGA在一个特定的时间只从2块SRAM的其中一块取出显示的数据进行显示,而同时另外一块

SRAM与MPU进行数据交换,MPU会写入新的数据,以

出引脚接到下一个74HC595的数据移入引脚上,而

74HC595的脉冲信号和数据锁存信号都接同一个信号,

便FPGASRAM的数据,以此,即一块SRAM里,SRAM写数据,MPU工作。一帧32kB,远小于SRAM的容量,所以可以在编写程序的时候加入一些显示的技巧,比如从上往下显示等。

由以上所知,FPGA有2个基本作用,一个是从一块

SRAM中取出数据并显示在显示屏上;另外一个是将MPU给的数据写到另一块SRAM中。

就可以实现一个基模块的数据显示。与最小模块一样,在一个特定的时间只能显示基模块中的所有最小模块的某一行。只要在8,看不出闪烁。

制信号从右边进入,64×16的LED点阵块,512×512点阵,所以要将横向有8个,竖向有32个最小模块连接起来。而在实际的设计中分为上半屏和下半屏显示,分别为

512×256。当数据装满上半屏后再装下半屏,数据锁存信

3　软件设计

软件设计要根据硬件的连接情况编写,主要分为显示部分和写RAM部分(见图4)

。

号和行锁存信号最后给出,从而实现整屏的最小模块的某一行显示。当然要实现整屏数据的显示,只有循环显示整屏中最小模块的8行。

在上半屏显示中,又将其分为8个512×32的块,这样的块叫单独显示模块,也就是说将横向的2行基模块看成一个单独的模块并用单独的一组信号进行控制,上半屏就要8组信号控制。这8组信号除了数据信号R不同外,其他的信号都是一样的。也就是说,在上半屏显示中8条数据线同时给上半屏的8个单独显示模块串打数据,当然只是给单独显示模块中的最小模块的某一行打满数据,然后再给下半屏打入数据。所以下半屏的情况与上半屏基本一样,除了8组数据信号R不同外,还有时钟信号也不一样。输入数据时,上半屏的时钟信号首先有效,根据基模块的理论要输入2048个脉冲以后上半屏的数据才被灌满;然后下半屏的数据才有效,从而输入下半屏的数据,情况与上半屏完全一样。

在显示控制方面,使用一块ALTERA公司的FPGA芯片,型号为EPF10K20TC14444

4,另外还使用了2块

图4　软件框图

在扫描显示中,首先上半屏的8组控制信号的时钟脉冲信号有效,并且在这个过程中,8组控制信号的数据信号R有效,所以就可以先将上半屏的8个单独显示模块中的最小模块的某一行灌满数据。然后用同样的方法将下半屏的8个单独显示模块中的最小模块的某一行灌满数据,当然上半屏和下半屏灌满的都是最小模块的相同的一行。最后数据锁存信号和行锁存信号有效,使其显示。在这个过程中要注意的是数据信号R,因为要显示整屏的数据,在软件编写的过程中要将某个位置显示的数据准确的

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显示在该位置,就要从内存中准确的取出这个数据。

每一帧显示的数据大小为32768B,对于2块RAM交替工作的情况是完全符合要求的。并且SRAM的存取速度快,换帧的时候也能够很好地显示出预期的数据。程序中用一个RAM选择模块,用来选择某个时间是读出哪一块RAM,还是写入哪一块RAM。…… 此处隐藏：4284字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……