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1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

如今，FPGA技術(shù)正處于高速發(fā)展時期，芯片的集成度越來越高，處理速度也越來越快，但成本卻越來越低。低端的FPGA正在逐步的取代傳統(tǒng)的數(shù)字元件，而高端的FPGA也在不斷在與ASIC爭奪市場份額。隨著科技的進(jìn)步和半導(dǎo)體制造工藝的不同改進(jìn)，F(xiàn)PGA的集成度將不斷提高，芯片的成本將不斷降低，F(xiàn)PGA的應(yīng)用前景將日趨光明。

傳統(tǒng)的LED屏控制器的電路設(shè)計通常是基于單片機(jī)的，單片機(jī)作為其主控制器，控制協(xié)調(diào)LED屏的整個顯示系統(tǒng)的顯示，這種控制器在控制單色或雙色點陣是綽綽有余的，但由于工作頻率的原因，若是使用基于單片機(jī)的控制器來驅(qū)動高分辨率的LED屏或者是高灰度級的LED屏等，在這些對數(shù)據(jù)的處理速度要求很高場合下，單片機(jī)的處理速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足其要求。

若是使用FPGA設(shè)計LED屏控制器則可以很好的解決上面的問題。如今最快的單片機(jī)的處理速度最快也就300MHZ左右，而FPGA的處理速度最快這可以達(dá)到上GHZ，所以在上面那些對數(shù)據(jù)處理速度要求很高的場合下，F(xiàn)PGA能很輕松的勝任。此外，F(xiàn)PGA設(shè)計的控制器除了解決傳統(tǒng)單片機(jī)在處理速度上的不足外，在傳輸上方面，它還可以通過網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行長距離數(shù)據(jù)傳輸，最遠(yuǎn)的傳輸距離可達(dá)100米;在控制顯示方面，它可實現(xiàn)灰度級的顯示。這使的該控制器在LED屏市場上有很大的優(yōu)勢以及實用性。

2 系統(tǒng)設(shè)計

基于FPGA的點陣LED顯示屏控制器系統(tǒng)的設(shè)計要求是引入FPGA，實現(xiàn)LED屏自動掃描的功能，LED點陣顯示屏使用高亮度LED發(fā)光管構(gòu)成點陣，通過編程控制可以顯示中文、英文字符、圖形以及視頻信息。

該系統(tǒng)主要包含PC主機(jī)、FPGA控制、顯示驅(qū)動、LED顯示屏等，如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

由上圖可知，系統(tǒng)主要以FPGA控制模塊和LED點陣顯示屏為硬件平臺，利用PC主機(jī)將所要顯示的字符、圖形以及視頻信息傳輸給FPGA控制器，F(xiàn)PGA控制器將這些信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，再通過驅(qū)動模塊把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃ED屏顯示。在本系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA控制器是最核心的部分。PFGA控制器系統(tǒng)正常工作的配置需包括FPGA主芯片、存儲器、程序下載接口、電源模塊、復(fù)位電路以及時鐘模塊等，如下圖2所示：

圖2 PFGA控制器系統(tǒng)圖

以上為保證FPGA控制器正常工作的最低配置要求，該系統(tǒng)還有很強(qiáng)的擴(kuò)展功能，例如還可以給它擴(kuò)展VGA視頻接口進(jìn)而來控制點陣屏來顯示視頻信息;還可以為其擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)接口，從而可以通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸要顯示的信息，甚至還可以通過網(wǎng)絡(luò)來對FPGA進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)在線編程等等。