基于FPGA的LED点阵显示控制系统设计

摘要

在日新月异的信息时代，对信息的实时掌握和交互显得尤为重要。电视，广播等传统通信方式已经无法满足人们对信息掌握的渴求。随之而生的便是信息屏的产生。人们通过体育场，车站，码头等地方的显示屏了解重要信息。在各种各样的显示屏之中，LED显示屏表现的尤为突出。它以其功耗低，性能稳定，视角广，寿命长，可在多种环境下使用，亮度高等种种优点成为应用最为广泛的主流显示器。但是目前普遍使用的LED显示屏并非完美无缺，它的控制系统多采用单片机。由于单片机接口少，集成度低，造成外围电路较复杂，以无法满足显示屏屏体的不断增大的需求。而且通信方式过于单一，容易受外界干扰，稳定性低。
　　 本控制系统采用FPGA开发板对LED显示进行控制，就能很好的解决单片机作为控制系统时存在的问题。将CPU和单片机要完成的功能在一块FPGA芯片上就能实现。这样大大减低了外围电路的复杂性。只需要将NIOSⅡ软核嵌入至FPGA芯片之中，然后在芯片上设计各个模块并将其编译以实现对LED显示控制的硬件逻辑。由于NIOSⅡ软核可根据用户需求自己灵活配置，故而在修改硬件电路时只需在SOPC Builder内进行修改而不用实物修改，免去很多麻烦并且降低了开发成本和开发周期。
　　 本控制系统主要由显示屏及其驱动电路、控制板和PC上位机三大部分构成。上位机部分是利用MFC工具，以VC++语言编写代码，生成简洁明了的人机交互界面。用户可通过界面输入待显示信息。这些经字模提取之后的字模信息以及控制命令传至下位机。控制板主芯片采用Altera公司Cyclone系类的EP2C8Q208C芯片，通过对SDRAM控制模块、FLASH接口、epcs模块、时钟控制模块、I/O接口模块、UART串口接口模块及其显示驱动模块定制，搭建系统硬件平台。与在NIOSⅡIDE中编辑好显示控制代码一起经过验证测试，片上调试之后形成了整个控制系统的核心。上位机传来的信息通过这个控制核心控制，传递至LED显示屏驱动模块，通过驱动LED显示屏对待显示汉字信息进行相应的显示。此控制系统可对汉字滚动方式、亮度、滚动速度进行控制。
　　 显示结果表明，利用FPGA芯片设计实现LED显示屏控制系统具有成本低、开发周期短、软硬件升级方便、控制性能好等特点，优势明显。基于FPGA的LED显示控制系统的研究开发，必然推动LED显示系统的进一步发展。