脱机的LED显示控制系统设计

摘  要: LED显示屏作为高科技产品广泛应用于诸多领域，但在应用中也逐渐暴露出不足，如每台LED文字显示屏需要一台计算机控制等。提出了一种不携带计算机的低成本LED文字显示屏的控制系统，并给出完整可行的系统硬件设计方案。
关键词： LED显示屏; 控制电路; 硬件设计
   1 系统简述
     LED图文显示屏系统主要包括主控电路和LED屏体驱动电路两部分。主控电路负责接收、更新、存储以及处理待显示的信息，刷新显示RAM内容，向LED屏体驱动电路传送数据；LED屏体驱动电路负责点阵的逐行动态扫描，以及扫描控制信号、列数据信号的功率驱动。
1.1  LED显示屏系统组成
     在硬件控制电路中，采用了DSP+CPLD/FPGA的设计结构，使主控系统具有较高的集成度，去掉了计算机部分。本设计的LED控制系统以TMS320LF2407为核心控制芯片，以可编程逻辑器件EP1K30为辅助控制芯片来实现系统功能，系统框图如图1所示。
   
   1.2 LED显示屏驱动电路设计
　在LED显示屏中利用视觉惰性改善驱动电路的设计，形成动态扫描驱动方式。由于显示数据通常以字节的形式顺序存放在控制系统的存储器中，因此，在行扫描列控制显示时，把显示数据从存储器中取出传送到每一行对应的列驱动器上。由于本系统中LED显示屏列数较多，因此从控制电路到列驱动器的数据传输采用串行传输方式[1]。
　对于串行传输来说，数据要经过并行到串行和串行到并行两次变换，因此列数据的准备时间可能相当长；在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就少一些，影响到LED的亮度，为此采用重叠处理的方法：即在显示本行各列数据的同时，准备下一行的列数据，这就需要列数据的显示具有锁存功能，本系统采用74HC595来实现。
1.3 基于DSP系统的LED显示屏控制电路硬件设计
　本系统采用DSP+RAM+FPGA结构来设计脱机LED显示控制系统,系统总体方案如图2所示， 选用TMS320
LF2407A[2]芯片作为LED显示屏控制系统的微处理器。
   
   　其中的通信模块和信息存储器主要完成显示信息的存储和更新；汉字库用于存储各种字体的国标汉字，采用查表的方式调用需要显示的汉字点阵数据，数据/程序存储器用于数据缓存以及系统调试时的程序存储；可编程逻辑器件产生显示控制逻辑、访问显示缓冲区的读写控制逻辑以及各个模块之间进行切换的控制逻辑，将显示数据从显示存储器内读出并写入相应的显示驱动器进行动态显示。
1.3.1 串行通信模块设计
　TMS320LF2407A自带的SCI模块[3]，支持CPU与其他使用标准格式的异步外设之间的数字通信。在主控系统，设计了RS232异步串行通信方式和基于GSM模块的短消息无线传输方式。
1.3.2 外部存储器的扩展和信息存储模块的设计
　    在DSP中有32 KB的Flash程序存储器，544 B双口RAM和2 KB的单口RAM。为避免从信息显示存储器提取数据送屏幕显示时存在大量的高速数据搬移，出现上一次数据还没有处理完，下一次搬移就发生，从而造成数据丢失，因此在高速数据搬移时需要采取缓冲技术。本设计选用CYPRESS公司的型号为CY7C1021的静态RAM作为缓存器。而系统的存储模块采用AM29F016D，由于AT89C55外扩的数据存储器可寻址地址范围是0x0000-0xFFFF，而LED显示系统需要的存储空间远大于64 KB，因此采用分页寻址。
2 基于FPGA的系统时序电路设计
     基于系统整体考虑，该控制系统时序的原理框图如图3所示，根据读写转换开关中的地址选择器、读写信号产生器、读写选择器来决定写数据、写地址以及读数据与读地址的连接，同时产生相应的扫描控制信号。