基于FPGA的点阵LED显示屏控制器的设计

1 国内研究现状

如今，FPGA技术正处于高速发展时期，芯片的集成度越来越高，处理速度也越来越快，但成本却越来越低。低端的FPGA正在逐步的取代传统的数字元件，而高端的FPGA也在不断在与ASIC争夺市场份额。随着科技的进步和半导体制造工艺的不同改进，FPGA的集成度将不断提高，芯片的成本将不断降低，FPGA的应用前景将日趋光明。

传统的LED屏控制器的电路设计通常是基于单片机的，单片机作为其主控制器，控制协调LED屏的整个显示系统的显示，这种控制器在控制单色或双色点阵是绰绰有余的，但由于工作频率的原因，若是使用基于单片机的控制器来驱动高分辨率的LED屏或者是高灰度级的LED屏等，在这些对数据的处理速度要求很高场合下，单片机的处理速度是远远无法满足其要求。

若是使用FPGA设计LED屏控制器则可以很好的解决上面的问题。如今最快的单片机的处理速度最快也就300MHZ左右，而FPGA的处理速度最快这可以达到上GHZ，所以在上面那些对数据处理速度要求很高的场合下，FPGA能很轻松的胜任。此外，FPGA设计的控制器除了解决传统单片机在处理速度上的不足外，在传输上方面，它还可以通过网络来进行长距离数据传输，最远的传输距离可达100米;在控制显示方面，它可实现灰度级的显示。这使的该控制器在LED屏市场上有很大的优势以及实用性。

2 系统设计

基于FPGA的点阵LED显示屏控制器系统的设计要求是引入FPGA，实现LED屏自动扫描的功能，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文、英文字符、图形以及视频信息。

该系统主要包含PC主机、FPGA控制、显示驱动、LED显示屏等，如下图1所示。

图1 系统总体框图

由上图可知，系统主要以FPGA控制模块和LED点阵显示屏为硬件平台，利用PC主机将所要显示的字符、图形以及视频信息传输给FPGA控制器，FPGA控制器将这些信息进行转换后，再通过驱动模块把数据传输到LED屏显示。在本系统中，FPGA控制器是最核心的部分。PFGA控制器系统正常工作的配置需包括FPGA主芯片、存储器、程序下载接口、电源模块、复位电路以及时钟模块等，如下图2所示：