LED显现屏是运用LED点阵模块或像素单元组成的一种现代平面显现屏幕，具有发光效率高、运用寿命长、视角规模大、颜色丰厚以及对室内外环境习惯能力强等长处。20世纪80年代后期，它在全世界敏捷发展起来，并很快成为大屏幕平板显现的代表性主流产品;近年来，跟着蓝色LED产品价格的快速下降，全五颜六色LED显现屏的价格逐渐下降，市场需求急剧增加，运用日益遍及。现在的LED显现屏操控体系多选用ARM处理器来完结整个体系的功用，这种操控体系在数据处理速度上存在很大的限制，影响显现作用的连续性。基于此，在剖析了STM32微处理器总线结构特色的基础上，提出了STM32+FPGA的操控体系计划，该计划充分了运用STM32微处理器的灵敏的储器操控技能和可编程逻辑器件的灵敏性，提高了体系数据处理的速度，并且简化了电路结构，便利调试。
1 体系整体计划规划
体系结构框图如图1所示。
图1 体系结构框图
体系选用新一代的32bitRISC处理器STM32作为主控芯片，经过以太网传输数据，以FLASH作为存储模块，由FPGA完结对LED显现屏的高速扫描改写。体系作业时，运用上位机修改显现信息，经过以太网接口将显现信息传输给微处理器，微处理器接纳数据信息后写入FLASH存储器。在显现时，微处理器读取FLASH中的数据，经过总线将数据以并行方法发送给FPGA，FPGA处理后将数据传输到LED显现屏显现。
2 体系硬件规划
本体系选用ST公司新推出的32位微处理器STM32F103ZET6作为主控芯片，STM32F103ZET6运用了先进架构的ARMCortex-M3内核，其灵敏的静态存储器操控器使得它能很便利的和许多存储器和外设衔接，一起STM32片上外设丰厚，能够简化体系外围电路的规划。
2.1 FLASH存储器电路规划
FLASH选用的是三星公司的K9F1G16U0M，它是一种NAND型FLASH，存储容量为64M16位，作业电压3.3V，体系中STM32F103ZET6与K9F1G16U0M的衔接如图2所示。FLASH存储器的IO0~IO7和FMSC数据总线的低8位相连，STM32处理器经过FSMC拜访存储器;FLASH存储器的片选信号nCE和FSMC的FSMC_NCE2相衔接，这样存储器的地址空间为0x70000000~077FFFFFFFF;FLASH存储器的R/nB衔接至STM32处理器的FSMC_NWAIT管脚，处理器将R/nB作为一个中止源运用，因而能够在存储器的等候周期内履行其他的使命。
图2NANDFLASH与STM32F103ZET6衔接图
2.2 以太网接口电路规划
选用以太网接口代替传统的串口，加快了数据传输的速度，一起能够完结长途操控。因为STM32F103ZET6片内没有集成以太网MAC和PHY功用，但其FSMC支撑扩展以太网操控芯片，本体系在FSMC上扩展一片DAVICOM公司的DM9000A芯片对STM32F103ZET6进行以太网扩展，DM9000A与STM32F103ZET6的衔接如图3所示。
图3 DM9000A与STM32F103ZET6衔接图
STM32F103ZET6经过FSMC拜访DM9000A，关于STM32F103ZET6来说，DM9000A便是一个静态存储器外设。DM9000A选用16位形式，数据线SD0~SD15直接与FMSC数据线低16位FSMC_D0~FSMC_D15相连;DM9000A片选信号线nCS衔接至FSMC片选信号FSMC_NE4，这样DM9000A端口地址为0x6c000000;DM9000A的中止信号线INT可直接衔接至STM32F103ZET6的IO口，在程序中激活处理器IO口的中止复用功用，STM32以中止方法接纳网卡数据。
2.3 扫描驱动电路规划
扫描驱动电路是整个操控体系的重要组成部分，体系中它由一块FPGA和双体RAM组成，其结构如图4所示，首要完结灰度数据读取、上屏数据的发生与传输、移位和锁存时钟的发生、行选信号的发生、灰度操控信号的发生等功用。
图4 扫描驱动电路结构图
扫描驱动输出信号的仿真波形如图5所示，其间en是灰度操控信号，用来操控显现时刻，发生灰度作用;row_sel是行选信号，显现时用于确认点亮哪一行;sck是移位时钟，lck是锁存时钟，ds_red、ds_blue、ds_green是上屏红、蓝、绿数据的输入端。仿真时红、蓝、绿显现数据别离设定为01交织、全1、全0。能够看到，在移位时钟的作用下数据移位正确，移位完结后，lck变为高电平，将数据锁存输出到LED屏上显现。
图5 输出信号的仿真波形
3 体系软件规划
整个体系的软件包含3个部分：上位机运用软件、微处理器操控软件和FPGA操控软件。3个部分协同作业，完结对LED显现屏的操控。
3.1 上位机运用软件
上位机运用软件用于人机交互，是操控体系对用户的接口，要求界面友爱、操作简略。软件选用VisualC++编写，完结的首要功用包含：图画文字信息的修改、图画的解码以及依据通讯协议将数据发送给下位机。
3.2 微处理器操控软件
微处理器在整个体系中起着中心调度的作用，它操控着体系各功用模块的作业状况，程序包含TCP/IP协议栈的移植、DM9000A网卡驱动程序等，完结的首要功用有：硬件初始化，上位机与下位机的以太网通讯，显现形式算法规划等。
3.3 FPGA操控软件
FPGA操控软件的规划是在QuartusII环境下完结的，选用硬件描绘言语Verilog编写。首要功用是依据微处理器的操控，对存储器进行切换，完结乒乓操作;完结图画数据的重构，把数据转换为能直接用于LED扫描显现的含有灰度信息的??0和??1组成的编码系列，并依据显现屏驱动芯片的时序，将编码系列传输到显现屏上显现。
4 总结
本规划选用32位嵌入式微处理器STM32F103ZET6和可编程逻辑器件EP1C6Q240C8规划了全五颜六色LED显现屏操控体系，并在试验室验证，完结了LED显现屏的五颜六色显现，图6(a)为一幅实践图画，图6(b)是在显现屏上的显现作用。
图6 图画的灰度显现
试验结果表明，体系运转安稳，显现画面明晰、流通。体系该体系能满意异步全五颜六色LED显现屏高处理速度，大容量数据存储的要求，支撑256灰度级全彩图画、动画的显现，一起经过改动FPGA内部的硬件逻辑可便利地对体系进行晋级，结构简略、可靠性高，可代替市场上同类规划产品，运用远景广泛。
