基于SOPC的旋轉LED屏控制系統設計方案

FPGA及其配置電路，FPGA電路整個控制系統的核心，是實現Nios II處理器及相關功能模塊的載體。

彩色LED陣列驅動控制電路，主要由LED的驅動芯片及相關器件組成。LED驅動芯片在控制器的控制下按照相應的順序、顏色和亮度顯示圖形文字內容。

外圍存儲電路，包括SDRAM和CF卡。SDRAM作為Nios II處理器的程序運行空間，而大容量的CF卡則用于存儲LED屏要顯示的圖像或者文字內容。

旋轉位置感應電路，由一片集成的霍爾感應器件及相關器件組成，用于感應LED屏旋轉的位置，使得輸出內容與旋轉位置相對應。

無線控制電路，由紅外(irDA)接收芯片和手持式紅外遙控器組成，主要實現對旋轉LED顯示內容的切換紅外遙控。

實時時鐘電路(RTC)，由外接實時時鐘芯片組成，實現顯示時鐘的功能。

4.2 LED驅動控制模塊設計

LED驅動控制模塊是旋轉LED屏控制系統的最重要部分，主要分為Avalon接口子模塊，雙口RAM子模塊，串行移位輸出子模塊，輸出同步子模塊，灰度控制子模塊等組成，其結構圖如下圖4所示。

在設計中，雙口RAM子模塊可以使系統可以在輸出顯示圖像的同時，可以同步更新顯示內容數據。旋轉LED屏有四個顯示LED列陣，整個顯示柱面分為四個區，每個區占1/4個柱面。為了實現四個區的同步掃描，需要有四個獨立的雙口RAM,其位寬為24bit,剛好可以存儲一個像素數據，使R、G、B各占8bit,以滿足256顯示的需要。雙口RAM使用QuartusII 軟件內嵌的MegaCore生成，每個RAM的大小為768x24bit.

串行移位輸出子模塊和輸出同步控制子模塊是用于將并行的圖像數據從RAM中取出，并在霍爾感應器輸入的位置信號的同步控制下把數據串行化輸出的。圖像灰度控制的方法是采用前文提到的占空比控制法來實現的，灰度控制子模塊主要由計數器和比較器組成，計數器在灰度時鐘GRY_CLK上升沿計數，當計數值>=0并小于比較器的值時，灰度控制輸出信號GRY為高，否者為低，該信號送往驅動芯片74HC595的使能端EN用于控制LED燈的點亮時間，可控制色彩灰度和在兩列圖像顯示列中增加黑的時隙。

五、系統軟件設計

整個旋轉LED屏的控制電路的控制核心是Nios處理器，圖像數據的讀取，旋轉位置的感應，以及LED的顯示驅動都是由Nios處理器來實現控制調度的。對于Nios軟核處理器來說，其軟件開發是在SOPC Builder下的Nios IDE集成開發環境下完成的。Nios處理器軟件的流程結構如下圖5所示：

六、總結

旋轉LED屏作為一種新型的LED顯示屏以其成本低，可視范圍大等獨特優點，也越來越受到人們的重視。本文根據旋轉LED屏的工作原理以及設計要求，將基于Nios軟核的SOPC技術引入到設計中來，實現了基于SOPC的彩色旋轉LED屏的設計。該設計把微處理器和用戶邏輯接口都集成在一塊FPGA芯片上，其接口可以靈活地被編程人員定義，用戶能根據顯示屏的大小靈活調整硬件邏輯設計以實現對屏的控制，而不需要改變其原有硬件構成，因此具有很大的靈活性，是旋轉LED屏控制電路設計的一個新方向。

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