基于SOPC的LED点阵控制系统设计

【前言】基于SOPC的LED点阵控制系统设计由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1 系统设计方案 LED点阵屏控制系统由SOPC控制单元、行驱动电路、列驱动电路、显示电路和上位机接口电路组成。基于FPGA的嵌入式NiosⅡ软核处理器控制整个电路的运行。行、列驱动电路将显示控制信号调理，放大，增强驱动电流。上位机接口电路将计算机发送的数据信号经电...

摘要：点阵屏显示常用于广告牌，交通指示牌等信息，在实际生活中应用非常广泛。LED点阵屏显示控制是一个典型的EDA设计，以往都是用硬件描述语言VHDL或Verilog HDL编写程序，在FPGA芯片上用纯硬件逻辑来实现。本设计是基于sopc系统设计实现的，利用Altera公司提供的NiosII软核在Cyclone II FPGA芯片上验证实现功能。

关键词：点阵屏 FPGA SOPC NiosII

中图分类号：TP304 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0003-02

led点阵显示屏简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行等公共场所，发展前景极为广阔。

现有的FPGA项目大多是基硬件描述语言来设计，HDL语言语法抽象，模型建立较为复杂。为此设计了一款基于FPGA嵌入式IP软核的SOPC系统，这类系统解决硬件描述语言控制芯片时序的难点，在Quartus II和SOPC Builder中根据设计要求对Nios II软核及其设备进行选择和构建，使嵌入式系统在硬件结构、资源利用、功能特点等方面满足设计需求。

1 系统设计方案

LED点阵屏控制系统由SOPC控制单元、行驱动电路、列驱动电路、显示电路和上位机接口电路组成。基于FPGA的嵌入式NiosⅡ软核处理器控制整个电路的运行。行、列驱动电路将显示控制信号调理，放大，增强驱动电流。上位机接口电路将计算机发送的数据信号经电平转换后，传输给控制器，更新点阵显示内容，系统框图如图1所示。

2 SOPC控制平台的硬件设计

可编程片上系统SOPC（System On a Programmable Chip）是一种特殊的嵌入式系统，用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上。首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能。其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。

2.1 NiosII软核的构架

基于NiosII的SOPC控制系统是一个软硬件复合的系统，在设计时可以分为硬件和软件两个部分。而本设计是通过SOPC Builder开发包定制一个基于NiosII软核的SOPC系统，实现NiosII系统配置，然后编写动态扫描程序对PIO进行操作来完成点阵屏显示的功能。本设计通过使用SOPC Builder定制一个包含“cpu、on_chip_ram、pio”的NiosII系统，从而完成处理器硬件开发。然后，使用NiosII IDE编写应用程序，采取C语言编程，编译完成软件开发。然后运行ModelSim进行仿真，最后用QuartusII为FPGA映射管脚，编译、下载在EPCS存储器，完成NiosII系统的整个开发过程。基于NiosII软核的构架框图如图2所示。

2.2 电路设计

设计中点阵采用1088BS点阵模块，行列线各有8根，其内部结构图如图3所示。对应的行为高电平控制，列为低电平控制。

由于LED点阵屏工作需要较大电流，而处理器的引脚输出电流有限，故需要增加电流驱动设备。设计中，点阵屏的行列驱动器采用74HC573芯片来驱动，74HC573包含八进制3态非反转透明锁存器，与标准CMOS输出兼容。

3 SOPC控制平台的软件设计

系统软件设计采用C语言编程，由主程序、UART接收程序、点阵扫描程序组成。默认状态下，点阵屏显示预设的字符。当处理器接收计算机通过UART发来的字符数据，更新点阵屏显示的内容。

4 结语

该点阵控制系统是基于Altera公司的FPGA芯片EP2C8Q 208C8N开发的，通过搭载NiosII软核处理器，把FPGA芯片构建成一款通用型嵌入式处理器，具有功能强，硬件资源占用少，开发周期短、灵活高效易于扩展的特点，随着电子系统的发展，SOPC技术将得到广阔的应用。

参考文献

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