基于cyclone EP1C6的LED大屏設計方案
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主控板結構如圖3所示，上位機發送的數據通過雙絞傳送到RS422接收模塊[2]，經轉換后送至單片機，由單片機的IOB7口以UART中斷的方式接收上位機發送的數據。單片機將接收的串口數據以兩個字節為單位逐一寫入內置的FLASH中。單片機內部的2K字SRAM在此作為一個緩存區，每次單片機要向FPGA中寫一屏新的數據時，先按特定的地址從FLASH中讀出數據并存放到SRAM中，再將SRAM的數據并行寫到FPGA的雙口RAM中。
FPGA在其內部配置一個雙口RAM緩存單片機寫入的數據，同時將這些數據按照大屏的結構和掃描電路的特點，從雙口RAM中有選擇性地讀出，并將讀出的數據由并轉串，按照一定的時序對大屏點陣進行、列掃描，這個時序也是由FPGA產生的。掃描數據和時序控制信號從FPGA的I/O口輸出后，經過一個由74LS245構成的隔離驅動電路送至大屏幕。
2.3基于FPGA的雙口RAM的配置
基于FPGA的雙口RAM的配置是本設計的獨特之處。RAM作為中介將單片機送來的數據在LED電子屏上顯示出來，由于數據顯示是一種動態掃描方式，若采用一個RAM 區，單片機在寫RAM 時，FPGA只能處于等待狀態，FPGA讀RAM時，單片機寫數據也無法同時進行，導致屏幕刷新頻率降低，動態掃描不連續，影響屏幕的顯示效果。因此設計了兩個同樣大小的RAM 區：A區和B區。當單片機寫A區時， FPGA讀B區的數據，單片機寫B區時，FPGA讀A區的數據。此外，由于FPGA掃描模塊可以達到很高的掃描速率，而單片機的運行速率則相對較低，且兩個模塊間有大量的數據交換，為此選擇高速雙口RAM,一方面保證單片機和FPGA同時讀寫數據，另一方面保證了數據的處理速度。
cyclone EP1C6提供了20個具有異步p雙端口p帶寄存器輸入口p可選擇的帶寄存器輸出口的存儲模塊―M4K模塊，每個M4K模塊的存儲容量為4Kbit。在QUARTUS軟件中進行簡單的設置，就可以將M4K模塊配置成雙口RAM,數據和地址的位寬可根據實際需要進行選擇。本文設計的RAM可容納兩屏的數據，數據位寬為16位，地址為12位，其中地址的最高位作RAM分區用，每個區存儲一屏的數據，兩屏讀寫同時進行，雙口RAM的配置如圖4所示。
本文引用地址：http://www.104case.com/article/169530.htm其中wren是單片機往FPGA中寫入數據的寫使能信號，wraddress[11..0]是寫的地址信號， wrclock是寫時鐘，data[15..0]是寫的數據，rdaddress[11..0]是讀的地址信號，rdclock是讀數據的時鐘信號，q[15..0]是讀出的數據。
2.4基于FPGA的獨立掃描單元
點陣模塊是紅色LED共陰模塊，4塊16×16點陣模塊連接成64×16點陣作為一個單元進行控制，整個大屏有3×8個這樣的單元。將LED的公共接口作為行控制，行掃描信號同時控制著一行中多個LED的通斷，以每個LED流過的電流為10mA計算，一個單元有64列,行掃描信號至少得提供1A左右的電流，因此，在掃描信號送到LED之前必須經過一個三極管以提高驅動能力。三極管選用高速中功率達林頓管TIP127，它的集電極吸收電流最大可達5A，保證行驅動能力。由于點陣的每行需要一個三極管驅動，所以一個64×16的單元塊需要16個TIP127。行掃描電路采用帶鎖存的移位寄存器74LS595來控制，每片74LS595控制 8行點陣的選通與否。由于采用的掃描方式為每隔8行數據同時掃描，一片74LS595每次只能點亮一行的數據，每行點亮的時間相等即占空比為1/8，因此屏幕亮度非常均衡。
列掃描電路的功能是把要顯示的行對應的列數據送到LED的陰極，列掃描也是由74LS595控制的。本文設計的屏幕的硬件結構特點是：每8行LED的陰極是連在一起的，每片74LS595控制8列數據，每隔8行同時掃描，對于一個64×16的點陣單元，共需要8×2個74LS595控制，每行上的74LS595都是級聯起來的。每完成一次列掃描，FPGA都要輸出一個鎖存信號給74LS595以鎖存列數據，接著輸出行掃描信號點亮對應的行，再對行掃描數據進行鎖存，如此循環往復實現整個大屏幕的動態實時顯示功能[4]。
由于FPGA在行列掃描之前已經對數據進行并串轉換，數據都是串行輸出的，每隔8行同時掃描，整個屏幕行掃描只需占用1個I/O口，列掃描只需占用16個I/O口，從而大大減少了對I/O的占用。采用FPGA設計掃描邏輯，掃描的關鍵不在是硬件連接，而是對芯片資源的配置。
3 軟件設計
系統的軟件設計由三部分組成：上位機圖象/文字編輯與發送軟件設計，單片機控制單元軟件設計，FPGA控制單元軟件設計。
3.1 上位機軟件設計
上位機的圖象/文字編輯與發送軟件由Visual Basic編寫，只須在界面中將屏幕大小設置為192×128，串口選擇COM1或COM2，波特率設置為9600，設置每屏起始地址和要發送的屏數，調入包含相關信息的文件，點擊“發送”按鈕即可。該軟件適用于任何大小彩色/單色屏，提供了豐富的圖形/文字編輯p修改功能，也可以直接調用WINDOWS中的16色畫圖文件（*.bmp）。
3.2 單片機控制單元軟件設計
單片機控制單元的軟件設計主要實現三大功能：串行數據接收和存儲、數據輸出和圖象顯示方式變換。串行數據接收部分主要是通過UART中斷接收并保存數據。圖象顯示方式變換部分實現圖象的變換如上移、下移、左移、右移等以實現豐富多彩的圖象顯示效果。單片機軟件設計是在凌陽科技的集成開發環境unSP IDE下完成的，主要由一個C文件和一個ASM文件組成，C文件包括5屏數據的循環送顯和圖像顯示方式變換，匯編文件包括中斷服務子程序和其他函數調用的子程序。
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