基于FPGA的大型LED显示屏系统设计

平时表示从A向B转换，A0~A7用于输入数据信号，B0~B7用于输出转换后的数据信号。

图4 74HC245驱动电路2.4显示板的驱动电路

LED显示板的面积很大，它的正面由LED 显示块级联而成，背面是驱动电路。由于LED的驱动电流相对较大，驱动电路应尽量和LED点阵模块靠近。因此行列驱动器一般都安装在屏体的背面。LED显示板的驱动电路中采用了74HC595芯片，是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，具有8位串入并出的移位、并行锁存和三态输出功能。移位寄存器和锁存器使用独立的时钟，数据SDATA 在SCLK的上升沿输入移位寄存器，在LT的上升沿进入的锁存器中去。当使能信号OE为低电平时，锁存器的数据输出到LED.74HC595芯片可以解决数据显示和数据串行传输在时间上的冲突问题，在显示1行各列数据的同时，可以准备下1列的LED数据。以1/16行扫描为例，LED显示板的驱动电路如图5所示。

CLK是移位寄存器时钟，每个脉冲将引起1位数据移入74HC595中，当1行的数据全部移完后，锁存信号LT控制数据从74HC595的寄存器移入锁存器。A、B、C、D是行扫描信号，其中A是最低位，通过4/16译码器控制LED屏的行扫描。OE是消影信号，它可以选择控制行信号或列信号，用于LED点阵是否能被点亮和控制整屏的亮度。如果OE控制列信号，它接74HC595芯片的OE端，因为只有当OE为低电平时74HC595的输出才有效，否则输出三态。如果OE控制行信号，它接到4/16译码器的使能端，低电平时行扫描不起作用。

图5 LED显示板的驱动电路

3 系统软件设计

整个系统的软件包括2部分：上位机应用软件和嵌入制单元软件。上位机软件编辑在LED显示屏上显示的数息，并实现与下位机的通信；嵌入式控制单元软件实现了接收和存储、数据输出和图像显示方式变换，从而实现LED屏的控制。

3.1上位机应用软件

上位机应用软件用Visual C++编写，主要实现显示的编辑与通讯的功能。该软件运行于WindowsXP环境中，方便用户使用。完成的功能有：（1）对显示信息进行编辑、修改功能，也可以直接调用Windows中的256色画图文件（*.bmp）；（2）在上位机上对显示的内容进行预览，以保证有较好的显示效果；（3）依照上位机与I2C接口模块的协议，将信息传输给系统以I2C接口模块，从而实现显示数据的更新。

3.2嵌入式控制单元的软件

嵌入式控制单元的软件实现以下3大功能：数据接收和存储、数据输出和图像显示方式变换。（1）依照显示屏与上位机之间的通讯协议，与上位机进行通讯，接收显示数据，存入Flash存储器。（2）将待显示的数据从Flash存储器中取出，对数据进行处理，实现上移、下移、左移、右移等丰富多彩的图像显示效果。（3）通过SPI接口将数据传输给扫描控制模块，FPGA通过串并转换等将数据转换成适合LED屏驱动电路格式的数据，然后传到LED屏幕上显示出来，仿真如图6,7所示。

图6 软件模拟显示效果

图7 LED显示屏实际显示效果

4 结语

与传统的基于单片机的LED屏控制系统相比较，该系统在不增加系统成本的情况下，可支持256灰度级的全彩图文信息的显示，可以播放全彩动画；可存储较大容量的数据（64MB）；通过I2C接口快速传输数据，为显示区域较大、显示内容切换频繁的大屏幕LED显示控制系统提供良好的解决方案。