一種基于MCU+FPGA的LED大屏幕控制系統的設計

　　3.4 譯碼器

　　譯碼器模塊主要是產生16路的分區信號（低電平有效）分別控制16個鎖存器，把16個分區的顯示數據分別鎖存在相應的鎖存器中。

　　3.5 數據鎖存器組及移位寄存器組模塊

　　數據鎖存器組模塊由16個8位鎖存器組成鎖存器組，鎖存16個分區的數據。移位寄存器組模塊由16個8位移位寄存器組成，把各路鎖存器中8位并行數據轉換成同時輸出的16路串行數據，驅動LED顯示屏，實現數據的并串轉換。

　　其生成的元件符號如圖6所示。其中，DATA_IN[70]為每個分區的8位并行數據輸入，SCLK為移位時鐘，CLR為清零信號，LOAD為數據鎖存信號，CS[150]為16分區的輸入信號（接譯碼器的輸出），DATA_OUT[150]為16路的串行數據輸出。

　　圖6 并串轉換元件符號圖

　　3.6 脈沖發生器

　　系統采用1/16的掃描方式，把數據分為16分區，16分區數據同時傳送。假設刷新的頻率為60 Hz（即周期為16.67 ms），每一行顯示的時間約為16.67 ms/16=1.04 ms。每行有1024位，則移位脈沖周期為1.04/1024=102 μs，即移位頻率為0.983 MHz以上才能滿足要求。由于移位脈沖是數據讀取模塊時鐘的2分頻，因此系統的時鐘至少1.97 MHz以上，本系統采用50 MHz時鐘源。其時序圖如圖7所示。

圖7 時鐘產生時序圖

　　其中，RDCLK為FPGA讀取數據時鐘；SCLK是串行輸出的移位時鐘，是RDCLK的2分頻；LOAD是數據鎖存信號，每次讀完16個分區中的某個字節數據DATA后產生鎖存信號，數據鎖存在數據鎖存器組中，其時鐘是RDCLK的16分頻。

　　4 FPGA控制模塊的仿真測試

　　在QuartusII 5.1中建立一個工程，并建立原理圖文件，把單片機與FPGA接口及數據讀寫模塊、讀地址發生器、譯碼器、行地址發生器、數據鎖存器、移位寄存器、脈沖發生器等單元模塊所生的模塊元件符號連接起來，構成總控制模塊邏輯圖并對其功能仿真。仿真結果如圖8所示，從存儲器中讀取16字節數據，經并串轉換輸出16路的串行數據。從波形圖分析，功能正確，且各輸出端口信號均符合時序要求。

　　圖8 FPGA控制模塊仿真圖

　　5 結語

　　FPGA是在線可編程芯片，可以根據不同的用戶要求進行不同的編程， 縮短了系統的開發周期并節約了硬件的開發成本。本文以FPGA為主芯片，較完整地設計了大屏幕LED單色圖文顯示屏控制系統。隨著LED顯示屏技術的發展，FPGA與ARM或DSP 等芯片的組合，必將在雙色顯示屏和彩色顯示屏領域獲得廣泛的應用。