由于目前很多單片機(jī)的I/O口具備了15mA以上的驅(qū)動(dòng)能力且價(jià)格比較便宜,因此在大屏幕的設(shè)計(jì)中也采用多處理器方案。系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是:一個(gè)顯示組中有多個(gè)處理器,包括一個(gè)主CPU和多個(gè)子CPU,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示。主CPU的任務(wù)是通過數(shù)據(jù)采集或與外界通信等獲取顯示信息,再傳輸給子CPU,主CPU還負(fù)責(zé)行掃描和發(fā)送顯示同步信息等。子CPU接收主CPU的數(shù)據(jù)信息并存放到內(nèi)部RAM.中,再根據(jù)主CPU發(fā)出的控制信息選擇適當(dāng)?shù)牧休敵隹谶M(jìn)行列掃描。假設(shè)每個(gè)子CPU可用作輸出口的最多引腳數(shù)為m,而每塊LED矩陣的列數(shù)為n,則每塊芯片所能驅(qū)動(dòng)的LED塊最大數(shù)為m/n 這樣,每個(gè)單片機(jī)負(fù)責(zé)一塊或幾塊》LED塊,靈活性強(qiáng),便于擴(kuò)展,同時(shí)減輕了主CPU的負(fù)擔(dān),提高了點(diǎn)陣的刷新頻率。
圖3 多CPU控制電路結(jié)構(gòu)示意圖
在多畫面顯示的大屏幕設(shè)計(jì)中,這種方案較為理想,對(duì)不同的顯示畫面采用單獨(dú)的子CPU進(jìn)行列掃描,再通過主CPU進(jìn)行統(tǒng)一的行掃描,雖然控制電路使用的元件較多,但電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)。
2.2 基于CPLD/FPGA的控制電路設(shè)計(jì)方案
頻圖像信號(hào)頻率高:數(shù)據(jù)量大,要求實(shí)時(shí)處理,加之LED大屏幕電路的數(shù)字邏輯相當(dāng)復(fù)雜,采用CPLD/FPGA設(shè)計(jì)控制電路,可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),便于調(diào)試。 圖3是CPLD/FPGA設(shè)計(jì)控制電路的原理圖。采用CPLD/FPGA器件對(duì)其中的同步控制、主從控制、讀寫控制和灰度調(diào)制等大量電路進(jìn)行了集成,使圖像數(shù)據(jù)處理更為快速,圖像更加穩(wěn)定,而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,工作可靠性有所提高。
虛線以外的其它功能模塊均有CPLD/FPGA編程實(shí)現(xiàn),將復(fù)雜的硬件電路設(shè)計(jì)通過軟件編程來取代。與圖2的單片機(jī)控制電路對(duì)比來看,電路結(jié)構(gòu)明顯更簡(jiǎn)潔,電路的面積減小及可靠性增強(qiáng),調(diào)試也更為簡(jiǎn)單,由于CPLD/FPGA可以并行處理多個(gè)進(jìn)程,比起單片機(jī)對(duì)任務(wù)的順序處理效率更高,點(diǎn)陣的刷新頻率也隨之提高。
此外,可編程邏輯器件的片內(nèi)資源越來越豐富,許多器件內(nèi)部都集成了RAM塊,以Altera公司推出的高性價(jià)比FPGA颶風(fēng)EP1C6為例,它的內(nèi)部就集成了20塊RAM.模塊,每塊容量為4Kbit,這些RAM塊可通過軟件設(shè)置成單端口RAM.,雙端口RAM,F(xiàn)IFO等,滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理的需要。比如在設(shè)計(jì)灰度調(diào)制器時(shí),色彩再現(xiàn)的灰度等級(jí)越高,在保持相同的刷新頻率的情況下,對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度越高,此時(shí),可以將FPGA的內(nèi)部RAM.塊設(shè)置成一個(gè)雙端口RAM.作為灰度調(diào)制的緩沖區(qū),在讀取幀存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)的同時(shí),將上次讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰度調(diào)制,二者交替進(jìn)行,加快了數(shù)據(jù)的處理速率。在顯示系統(tǒng)集成度和穩(wěn)定性要求較高:圖像灰度級(jí)較多的大屏幕設(shè)計(jì)中,采用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)控制電路更方便。
另有一些控制電路的設(shè)計(jì)方案綜合運(yùn)用了單片機(jī)技術(shù)和EDA技術(shù),利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和通信功能,CPLD/FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的灰度調(diào)制、掃描顯示等功能。這種方案對(duì)單片機(jī)和CPLD/FPGA的資源要求都不是很高,電路設(shè)計(jì)也相對(duì)較容易,既保證了顯示效果,又節(jié)約了設(shè)計(jì)成本。#p#分頁標(biāo)題#e#
2.3嵌入式系統(tǒng)在大屏幕設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
由于嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)具有單片機(jī)無法比擬的優(yōu)點(diǎn):指令執(zhí)行速度比普通單片機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí),支持大容量的存儲(chǔ)空間:寬范圍的存儲(chǔ)器接口類型,高位寬的數(shù)據(jù)總線,多種外設(shè)通信接口,特別是嵌入式操作系統(tǒng)的使用可以更為有效的管理系統(tǒng)資源的分配,通過其高效的調(diào)度算法,使得整個(gè)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)可以采用多任務(wù)的方式實(shí)現(xiàn),極大地提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度和可靠性。 基于Linux的嵌入式系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì)如圖5所示。
圖5 基于Linux的嵌入式系統(tǒng)控制電路原理圖
2.4大屏幕顯示的驅(qū)動(dòng)方案
LED大屏幕的驅(qū)動(dòng)方案主要有三種#串行控制驅(qū)動(dòng)方式:并行控制驅(qū)動(dòng)方式以及應(yīng)用高度集成專用芯片驅(qū)動(dòng)。 串行控制驅(qū)動(dòng)方式是將顯示的數(shù)據(jù)通過串行方式送入點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)電路,其特點(diǎn)是線路連接簡(jiǎn)單,調(diào)試方便,單元的可靠性也較高,串行控制驅(qū)動(dòng)方式可選用的芯片有:MC4094,74LS595,9094等,行驅(qū)動(dòng)要求功率較大,一般采用大功率三極管來驅(qū)動(dòng),行掃描可用三-八譯碼器等控制,由于串入并出芯片可級(jí)聯(lián),為L(zhǎng)ED單元的級(jí)聯(lián)提供了支持。
并行控制驅(qū)動(dòng)方式將顯示的數(shù)據(jù)通過并行方式送入點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電路,其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)的刷新速率快。 并行驅(qū)動(dòng)方式可選74LS374這類的鎖存芯片,采用首尾相連的方式將控制:驅(qū)動(dòng)一并形成。 并行驅(qū)動(dòng)方案控制方便,系統(tǒng)投入成本低。 高度集成的專用驅(qū)動(dòng)芯片例如ZQL9701集行:列控制及一些外圍驅(qū)動(dòng)電路于一身,使單元的控制:驅(qū)動(dòng)更為簡(jiǎn)單,系統(tǒng)的穩(wěn)定性更為可靠,采用ZQL9701將使系統(tǒng)的顯示灰度達(dá)到256級(jí),但系統(tǒng)成本較高。 對(duì)于中小規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用應(yīng)以前兩種驅(qū)動(dòng)方案為主,規(guī)模化生產(chǎn)以及要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合可選用專用集成芯片驅(qū)動(dòng)。
3 結(jié)束語
LED大屏幕控制電路的設(shè)計(jì)方案各具特色,實(shí)際工程應(yīng)用中可根據(jù)需要選擇不同的設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)單色及灰度等級(jí)不高的大屏幕時(shí),可采用基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案,要實(shí)現(xiàn)高難度圖文動(dòng)態(tài)特技顯示和多灰度級(jí)顯示時(shí),則應(yīng)選擇基于可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)方案或基于嵌入式技術(shù)的設(shè)計(jì)方案。#p#分頁標(biāo)題#e#
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