基于cyclone EP1C6 的LED大屏设计方案

文章摘要：[3]。SPCE061A是凌阳科技推出的一款16位微控制器，内嵌32K字FLASH和2K字SRAM，并集成了ICE仿真电路接口﹑通用I/O端口﹑定时器/计数器﹑中断控制﹑CPU时钟﹑模数转换器A/D﹑DAC输出﹑通用异步串行输入输出接口、串行输入输出接口﹑低电压检测/低电压复位﹑看门狗等功能。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[1]。 2.2主控板结构及功能 主控板结构如图3所示，上位机发送的数据通过双绞传送到RS422接收模块[2]，经转换后送至单片机，由单片机的IOB7口以UART中断的方

基于cyclone EP1C6 的LED大屏设计方案,标签：显示及光电,光电显示技术,http://www.88dzw.com
[3]。

SPCE061A是凌阳科技推出的一款16位微控制器，内嵌32K字FLASH和2K字SRAM，并集成了ICE仿真电路接口﹑通用I/O端口﹑定时器/计数器﹑中断控制﹑CPU时钟﹑模数转换器A/D﹑DAC输出﹑通用异步串行输入输出接口、串行输入输出接口﹑低电压检测/低电压复位﹑看门狗等功能。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^[1]。

        2.2主控板结构及功能

        主控板结构如图3所示，上位机发送的数据通过双绞传送到RS422接收模块^[2]，经转换后送至单片机，由单片机的IOB7口以UART中断的方式接收上位机发送的数据。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FLASH中。单片机内部的2K字SRAM在此作为一个缓存区，每次单片机要向FPGA中写一屏新的数据时，先按特定的地址从FLASH中读出数据并存放到SRAM中，再将SRAM的数据并行写到FPGA的双口RAM中。

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的结构和扫描电路的特点，从双口RAM中有选择性地读出，并将读出的数据由并转串，按照一定的时序对大屏点阵进行、列扫描，这个时序也是由FPGA产生的。扫描数据和时序控制信号从FPGA的I/O口输出后，经过一个由74LS245构成的隔离驱动电路送至大屏幕。

        2.3基于FPGA的双口RAM的配置

        基于FPGA的双口RAM的配置是本设计的独特之处。RAM作为中介将单片机送来的数据在LED电子屏上显示出来，由于数据显示是一种动态扫描方式，若采用一个RAM 区，单片机在写RAM 时，FPGA只能处于等待状态，FPGA读RAM时，单片机写数据也无法同时进行，导致屏幕刷新频率降低，动态扫描不连续，影响屏幕的显示效果。因此设计了两个同样大小的RAM 区：A区和B区。当单片机写A区时， FPGA读B区的数据，单片机写B区时，FPGA读A区的数据。此外，由于FPGA扫描模块可以达到很高的扫描速率，而单片机的运行速率则相对较低，且两个模块间有大量的数据交换，为此选择高速双口RAM,一方面保证单片机和FPGA同时读写数据，另一方面保证了数据的处理速度。

       cyclone EP1C6提供了20个具有异步﹑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模块，每个M4K模块的存储容量为4Kbit。在QUARTUS软件中进行简单的设置，就可以将M4K模块配置成双口RAM,数据和地址的位宽可根据实际需要进行选择。本文设计的RAM可容纳两屏的数据，数据位宽为16位，地址为12位，其中地址的最高位作RAM分区用，每个区存储一屏的数据，两屏读写同时进行，双口RAM的配置如图4所示。

图4   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[11..0]是写的地址信号， wrclock是写时钟，data[15..0]是写的数据，rdaddress[11..0]是读的地址信号，rdclock是读数据的时钟信号，q[15..0]是读出的数据。

        2.4基于FPGA的独立扫描单元

        点阵模块是红色LED共阴模块，4块16×16点阵模块连接成64×16点阵作为一个单元进行控制，整个大屏有3×8个这样的单元。将LED的公共接口作为行控制，行扫描信号同时控制着一行中多个LED的通断，以每个LED流过的电流为10mA计算，一个单元有64列,行扫描信号至少得提供1A左右的电流，因此，在扫描信号送到LED之前必须经过一个三极管以提高驱动能力。三极管选用高速中功率达林顿管TIP127，它的集电极吸收电流最大可达5A，保证行驱动能力。由于点阵的每行需要一个三极管驱动，所以一个64×16的单元块需要16个TIP127。行扫描电路采用带锁存的移位寄存器74LS595来控制，每片74LS595控制 8行点阵的选通与否。由于采用的扫描方式为每隔8行数据同时扫描，一片74LS595每次只能点亮一行的数据，每行点亮的时间相等即占空比为1/8，因此屏幕亮度非常均衡。

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