下载文档原格式
基于CPLDR的LED点阵显示屏的设计LED显示以其组构方式灵活、亮度高、技术成熟、成本低廉等特点在证券、运动场馆及各种室内/外显示场合得到广泛的应用．随着集成电路技术的发展，数字系统迅速朝更高集成度、超小型化、高性能、高可靠性和低功耗的方向发展．用CPLD的引入，实现了LED屏自动扫描的功能，大幅提高LED屏的频率，同时分担了CPU 的任务，提高了CPU 的处理能力．LED点阵显示屏使用高亮度LED发光管构成点阵，通过编程控制可以显示中英文字符、图形及视频动态图形．1 LED 点阵显示屏驱动机制在加油系统中引入了点阵显示，主要用来显示加油的价格和计量，也可以用来显示时间和广告．用于发布消息、显示汉字的点阵式LED显示屏通常由若干块LED点阵显示模块组成；用于显示的8×8单色LED显示点阵模块，每块有64个LED；为了减少引脚且便于封装，LED显示点阵模块采用阵列形式排布，即在行列线的交点处接有显示LED．因此，LED 点阵显示模块的显示驱动只能采用动态驱动方式，每次最多只能点亮一行LED(共阳形式LED 显示点阵模块)或一列LED(共阴形式LED显示点阵模块)．微机通过总线操作控制来完成对每一个LED点阵显示模块内每个LED显示点的亮、暗控制操作．以此类推，可实现整屏LED 点阵的亮、暗控制，从而实现LED显示屏汉字或图像的显示控制操作．以一个由8个LED点阵显示模块组成的点阵显示屏为例(如图1)，移位寄存器的输入端是data引脚，pulse引脚接入移位寄存器的移位脉冲．点阵显示控制板计算出显示图形的点阵码，通过控制data和pulse引脚，输入某行的数据，然后选通该行，LED显示屏将得到该行的点阵显示．这样逐行扫描，得到整屏显示效果．以显示“A7我”的图形为例，显示的点阵码是“/*--A--*/0x00，0x00，0x00，0x10，0x10，0x18，0x28，0x28，0x24，0x3C，0x44，0x42，0x42，0xE7，0x00，0x00/*--7--*/0x00，0x00，0x00，0x7E，0x44，0x44，0x08，0x08，0x10，0x10，0x10，0x10，0x10，0x10，0x00，0x00/*--我--*/0x06，0x40，0x38，0x50，0x08，0x48，0x08，0x48，0x08，0x40，0xFF，0xFE，0x08，0x40，0x08，0x48，0x0E，0x28，0x38，0x30，0xC8，0x20，0x08， 0x50， 0x09，0x92，0x08，0x0A，0x28，0x06，0x10，0x02”。
嵌入式大屏幕L ED 显示屏的设计与实现熊雨凯,吴光敏(昆明理工大学理学院 云南昆明 650093)摘 要:鉴于传统的L ED 显示规模小、可靠性差、需要上位机实时控制的问题,提出一种基于FP GA 和2片SRAM 的嵌入式大屏幕L ED 显示的方法,其显示规模达到512×512点阵列,并且可以在完全不需要上位机控制的情况下实时独立的工作。
本设计已经实际使用在现场厂房中,能够较好地对厂房中的生产情况进行实时显示。
着重讨论该系统最底层的硬件连接及相应的软件设计,并给出其软、硬件实现。
关键词:嵌入式;L ED 大屏幕;设计优化;FP GA中图分类号:TN702 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2006)2204303Design and Implementation of the Embedded G rand L ED ScreenXION G Yukai ,WU Guangmin(School of Physics ,Kunming University of Science and Technology ,Kunming ,650093,China )Abstract :On regard of the tradional L ED screen which scale is relatively small ,reliability is poor and to be controlled by desktop ,the paper hands out a way which is based on one FP GA and two SRAMs ,could implement the scale 512x512,and be able to work independently.The design has been implemented in workshop ,it can display the work circumstance in the work 2shop well.The paper emphasizes the connections of hardware and the design of software.K eywords :embedded ;big L ED screen ;design optimization ;FP GA收稿日期:200605111 引 言L ED 显示屏的应用已经比较普遍,而且随着应用的普及,更多新式的L ED 显示屏会应用在更多的场合,所以研究嵌入式大屏幕点阵L ED 的显示很有实际意义。
基于CPLD的LED大屏幕显示控制系统郭志冬【摘要】应用EDA技术,采用高度集成的复杂可编程逻辑器件（CPLD）,用编写软件的方法来实现LED显示屏硬件功能,系统具有电路简单、应用方便等优点。
%With EDA technique, the Complex Programmable Logic Device （CPLD） is used to realize the LED display function by programming. The system is simple and convenient.【期刊名称】《长春工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(033)004【总页数】5页(P437-441)【关键词】可编程逻辑器件;LED显示;超高速描述语言;QuartusⅡ【作者】郭志冬【作者单位】三门峡职业技术学院机电工程系,河南三门峡472000【正文语种】中文【中图分类】TN4020 引言LED电子显示屏是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术以及视频技术于一体的高科技大屏幕显示系统。
它具有色彩鲜艳、亮度高、工作电压低、耗电量少、寿命长、驱动简单、动态范围广、性能稳定等优点，广泛应用在军事、铁路、民航、宾馆、体育、会议厅堂、广告宣传、高速公路、商场、文化广场、银行、证券市场等多个领域[1]。
LED电子显示屏的发光部分由LED发光二极管点阵拼装组成的，即构成LED阵列。
随着社会发展的需要和科技的进步，LED显示屏的超大规模要求日益突出，显示实时性要求也越来越高。
本设计将给出一种能满足大规模要求和实时性要求的系统模型，通过CPLD的引入，实现了LED屏自动扫描的功能，大幅提高了LED屏的频率，同时分担了CPU的任务，提高了CPU的处理能力[2]。
1 点阵显示原理本设计采用的LED点阵模块是由4块点阵共16×16＝256个LED发光二极管组成，可以用来显示汉字、英文、字母及简易图形。
基于微处理器与CPLD共同控制的LED大屏幕显示系统的设计与实现的开题报告一、选题的背景和意义随着科技的飞速发展和人们生活水平的提高，越来越多的场合需要使用大屏幕进行信息展示。
特别是在体育赛事、演出、商业展示等领域，LED大屏幕已经成为最为流行的展示方式之一。
因此，本课题选取了基于微处理器与CPLD共同控制的LED大屏幕显示系统的设计与实现作为研究对象。
二、选题的主要内容本课题将利用微处理器和CPLD两种芯片的优势，设计一种高效、稳定、可靠的LED大屏幕显示系统。
具体而言，本课题主要包括以下几个方面的内容：1. 硬件设计本课题将设计LED大屏幕显示系统的硬件电路，包括显示模块、控制模块和通信模块等。
其中显示模块将采用高亮度的LED灯珠作为显示元件，控制模块将采用微处理器和CPLD芯片共同实现屏幕显示的控制和管理，通信模块将采用串口通信方式与外部设备进行数据交互。
2. 软件设计本课题将设计LED大屏幕显示系统的软件部分，包括程序的编写、调试和优化等。
其中，程序的编写将分为控制程序、通信程序和显示程序三个部分。
控制程序将负责处理外部控制指令，通信程序将负责处理外部通信命令，显示程序将根据接收到的数据进行屏幕显示。
3. 系统测试本课题将对LED大屏幕显示系统进行全面的功能测试和性能测试，包括对硬件和软件进行单元测试、集成测试和系统测试等，以保证系统的稳定性和可靠性。
三、研究方法和技术路线本课题将采用以下几种研究方法和技术路线：1. 文献调研法通过查阅相关的技术文献和专业资料，了解当前LED大屏幕显示系统的发展现状、研究热点和关键技术。
2. 实验仿真法通过使用仿真软件进行实验仿真，模拟系统运行过程中的各种情况，并对硬件和软件进行性能测试和优化。
3. 实验验证法通过搭建实验平台进行实验验证，在实际环境下对系统进行测试，并对系统进行可靠性、稳定性等指标进行评估。
四、拟解决的关键问题和研究意义本课题主要关注于采用微处理器和CPLD共同控制的LED大屏幕显示系统的设计和实现，旨在解决以下关键问题：1. 如何合理设计硬件电路，提高LED大屏幕的亮度和稳定性？2. 如何设计简单易用、高性能的控制程序和通信程序，能够实现与外部设备进行数据交互？3. 如何实现LED大屏幕的全面功能测试和性能测试？本课题的研究意义在于：1. 提高LED大屏幕显示系统的功能和性能，推动LED大屏幕技术的发展。
第08卷 第7期 中 国 水 运 Vol.8 No.7 2008年 7月 China Water Transport July 2008
收稿日期：2008-04-07 作者简介：管 琼（1970-）
，武汉铁路局江岸机务段技术科工程师。
嵌入式技术和ＣＰＬＤ技术在ＬＥＤ显示屏
设计中的实现
管 琼
（武汉铁路局江岸机务段技术科，湖北 武汉 430071）
摘 要：目前，大部分LED 显示屏采用的是8位或准16位的微控制器，很难实现在信息容量和处理速度上要求很高的动态特技显示和灰度显示。
为解决上述问题，我们采用了嵌入式技术、CPLD 技术和三星公司的ARM S3C4510B 微处理器；对基于S3C4510B 的系统进行了网络接口扩展设计，设计了l0M/100M 以太网接口电路，为以太网提供了接入通道；利用VHDL 开发了复杂可编程逻辑器件CPLD，完成LED 显示板的时序功能，实现了对显示屏的灰度控制。
关键词：LED 显示屏；嵌入式技术；CPLD 技术；S3C4510B；VHDL
中图分类号：TW946 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2008）07-0113-02
一、LED 显示屏开发中存在的问题
在以往的LED 点阵系统中，采用单板控制系统，由于单片机执行指令受时间的限制，当显示画面较大时，单片机的速度往往难以满足要求。
传统的方案中，显示画面的数据预先存贮在ROM 中；程序运行时，CPU 依序将ROM 中存储的画面数据输出。
当用户希望改动画面时，需重新编写程序，极不方便。
此外，LED 显示屏的传输控制有通讯传输和视频传输两种。
通讯传输采用标准的RS232或RS485计算机数据串行通讯方式，其传输的速率最大为1Mbit/s，这种控制方式的显示屏的功能比较单一，适用于简单文字、图形显示，不适用于显示的信息量较大和需较高的数据传输速率的场合。
视频传输方式则是把LED 显示屏与多媒体技术结合起来，采用成对的专用长线传输接口电路，实现在LED 显示屏上实时显示计算机监视器上的内容，但对传输线的要求很高、接口电路设计复杂。
另要实现系统图像显示需要对红、绿、蓝LED 器件进行灰度调节。
如三色都能实现8位灰度可调，则形成256×256×256共16.8百万种颜色。
控制LED 的灰度主要是采用占空比法，有非常复杂的时序逻辑，功能只能由大规模集成电路来实现，通常LED 显示屏使用的是CPLD/FPGA，也有采用专用的芯片，能够完成LED 显示屏的数据传输控制、灰度控制，系统控制等。
因此，我们需设计一种具有通信功能、可以受PC 控制、可以组网的点阵显示系统。
这样实现高显示频率和灵活的显示方式。
二、新的系统设计方案
系统硬件以嵌入式芯片S3C4510B 为核心，拥有串口模块、网络模块、LED 驱动模块、时钟模块等部分。
CPLD 中固化的数字逻辑负责产生屏幕显示控制信号：串行移位时钟、行信号、行选通信号、消影信号等，同时从SDRAM 中读取
图像数据，并将其输出到相应颜色的信号数据总线上，同时与微控制器异步通信实现双SDRAM 读写数据区的切换。
如图1所示，是点阵显示系统控制板的主体硬件设计概要。
图1 点阵显示控制板硬件总体设计
三、处理器S3C4510B 与网络接口
在本文所设计的系统中，处理器采用Samsung 公司的S3C4510B，它是基于以太网应用系统的高性价比16/32位RISC 微控制器，内含一个由ARM 公司设计的16/32位ARM7TDMI RISC 处理器核，最适合用于对价格及功耗敏感的应用场合。
以太网接口电路主要由MAC 控制器和物理层接口（Physical Layer）两大部分构构成，目前常见的以太网接口芯片主要有RTL8019、RTL8029、RTL8039、CS8900、DM9008等。
由于S3C4510B 片内己有带MII 接口的MAC 控制器，但并未提供物理层接口，因此需要一片物理层芯片以提供以太网的接入通道。
本系统物理层、网络接口层的通信用RTL8201以太网控制芯片完成，RTL8201芯片是由台湾Realtek 公司生产的以太网控制器，由于其优良的性能、低廉的价格，使其在市场上l0Mbps 网卡中占有相当的比例，在嵌入式系统接入Internet 中，大部分使用RTL8201芯片。
RTL8201也提供了MII（Media Independent Interface
114 中 国 水 运 第08卷
介质无关接口），各种信号的定义也很明确，因此RTL8201与S3C4510B 地连接比较简单。
图2为RTL8201的实际应用电路。
图2 RTL8201实际应用电路 四、CPLD 技术与硬件描述语言VHDL
CPLD 是可编程逻辑器件，它是在PAL、GAL 等逻辑器件的基础之上发展起来的。
同以往的PAL、GAL 等相比较，CPLD 的规模比较大，适合于时序、组合等逻辑电路应用场合，它可以替代几十甚至上百块通用IC 芯片。
这样的CPLD 实际上就是一个子系统部件。
这种芯片具有可编程性和实现方案容易改动的特点。
由于芯片内部硬件连接系的描述可以存放在磁盘、ROM、PROM 或EPROM 中，因而在可编程门阵列芯片及外围电路保持不动的情况下，换一块EPROM 芯片，就能实现一种新的功能。
VHDL 是一种快速的电路设计工具，功能涵盖了电路描述、电路合成、电路仿真等三大电路的设计工作。
对CPLD 的编程正是采用的VHDL，开发软件采用的是Altera 公司的MAX+PLusII。
五、LED 显示屏控制控制系统的实现
在本屏幕的设计中，LED 的驱动采用扫描驱动，LED 的亮度控制采用占空比的形式，因为这在数字电路设计中是很容易实现的，LED 的控制器件选用CPLD，它具有很好的组合和时序逻辑功能，能够完成LED 显示所需要的扫描控制和占空比控制信号。
1．屏幕的驱动设计过程如下：
（1）扫描分组，LED 显示屏驱动电路多采用扫描的方式实现图文显示，有1/4、1/8、1/16等扫描方式，其中每行显示时间占扫描周期的1/n。
只要整屏的刷新速率大于50HZ，利用人眼的视觉暂留效应，可形成一幅完整的画面。
我们就把这n 行称为一组，本设计对应的屏体是1/16扫描方式，以16行为一组。
（2）灰度控制的实现，灰度值发生器的主要功能，是提供与灰度值各bit 权值相对应的不同占空比的信号。
以8bit 灰度值为例，进行说明。
用两片74Ls161组成8bit 计数器，对时钟信号CLK 进行计数，可以得到0-255共计256计数值。
当一个时钟信号CLK 的周期为T（频率为f 时，上述计数值对应1T－256T，8bit 计数器的各位输出d0－d7的权值分别为1，2，4，8，16，32，64，128，其波形图如图3所示。
）
图3 权值比波形图
（3）各种时钟信号，LED 显示屏的时序信号分成帧频、行频、权值切换频率、灰度频率及总线频率。
帧频（ffrm）一般要大于25HZ，人们才能够看到比较连续的画面，通常人们要求屏幕的频率达到125左右，行频（fh）是由扫描分组数确定的，如果扫描分组数为N，则行频为ffrm·N。
权值切换信号是控制灰度发生器在各个位权上的切换信号，对于8bit 的灰度信号，权值切换频率（fsw）是fh·8，灰度频率（fhui）为系统实现灰度时的最低权位的显示时间，其值为128，在时间关系统上为fsw·128，总线频率（f bus）为系统时钟的总频率及传输数据的频率，它大于或等于fhui。
2．下面是一个32×128显示屏的设计细则：
（1）扫描分组的确定，分组数为2，则扫描行数为N=32/2=16；
（2）设灰度值的位数为8位；
（3）控制信号的频率确定。
帧频，按照一般的显示屏的要求，设LED 帧频为ffrm＝125Hz，则行频为fh ＝ffrm2=250Hz，权值切换频率为fsw＝fh·8=2KHz，灰度频率fhui＝fsw·128=256KHz；
（4）总线的传输宽度32位，LED 显示屏以行扫描的方式显示，而且数据的传送与显示同时进行。
一行的数据量大小为128×3×8，在32位总线宽度下的时钟周期为128×3×8/32=96，因此在96个总线频率下一行的数据可以传输完毕，所以总线频率定义为fbus=fhui。
按照上述要求，LED 显示屏的扫描程序分成以下几个进程： a）、时钟进程，产生各种频率的信号；
b）、读RAM 进程，在这个进程里面把显示的数据发送到LED 显示屏里面去；
c）、数据锁存进程，把送到LED 显示屏上的数据锁存到屏上的数据锁存器里面；
d）、灰度实现进程，为每种颜色实现256级灰度； e）、行选通进程，选通每行的扫描控制信号； f）、控制微控制器传输数据的控制信号。
六、总结
本文针对LED 显示屏开发应用中需要解决的问题提出了相应的解决对策和方案，把嵌入式技术和CPLD 技术引入到LED 显示屏的应用设计中，解决了数据传输和屏幕驱动方面的问题，大大地缩短了产品的开发周期和成本，成功地实现了LED 显示屏的彩色显示，该方案已投入到生产应用中。
（参考文献略）。
