摘 要：提出了一種基于FPGA和SOPC技術實現旋轉LED屏控制系統設計的新方法。該設計以Altera公司的EP2C20為核心，通過在單片FPGA中集成NIOS軟核處理器，SDRAM控制器和EPCS控制器等外圍控制器件，配合紅外接收模塊，LED控制模塊等自定義的Avalon接口模塊實現旋轉位置感應，紅外無線控制，彩色LED控制等功能。這種設計方案的主要優勢在與集成化和可擴展性，只需要對該方案進行少量修改，便可以實現具有更多功能的控制系統，以適應不同的旋轉LED屏設計的需要。

　　一、引言

　　LED（1ight emitting diode）顯示屏由發光二極管陣列構成。發光二極管（LED）是一種電流控制器件，具有亮度高、體積小、單色性好、響應速度快、驅動簡單、壽命長等優點，能勝任各種場合實時性、多樣性、動態性的信息發布任務，因此得到了廣泛的應用。LED大屏幕是通過一定的控制方式，用于顯示文字、圖像行情等各種信息以及電視、錄像信號，并由LED器件陣列組成的顯示屏幕。LED大屏幕作為現代信息發布的重要媒體，正受到社會各界尤其是商業界、廣告界的極大重視，被廣泛應用于上業、交通、商業、廣告、金融、體育比賽、電子景觀等。

　　目前市場上的LED屏基本上均為平板LED屏，這種屏具有顯示穩定，顯示內容易修改的優點。但是平板顯示屏的原理決定了顯示屏上的每一像素點均與單獨的LED一一對應，這必然造成平板顯示系統造價過高顯示控制系統龐大的等缺點，而且由于幾何機構的限制，決定了平板顯示屏的視場較小。而新型的旋轉柱式LED屏可以克服平板LED屏的上述不足-它以機械轉動掃描方式代替逐行掃描，使用的LED數量大大減少，這使成本大大減低，而且可是屏幕范圍達到了360°。

　　SOPC是嵌入式設計的一個新的方向，利用SOPC技術可以將多個功能模塊集成到一塊可編程芯片上構成可編程芯片上。將SOPC技術和旋轉LED控制有機結合起來可以實現結構緊湊，功能穩定的旋轉LED控制系統，同時也有利于控制系統的功能升級和維護。

　　二、旋轉LED屏基本原理及關鍵技術

　　2.1 LED陣列旋轉顯示

　　旋轉LED顯示屏是一種通過同步控制發光二極管（LED）位置和點亮狀態來實現圖文顯示的新型顯示屏，因其結構新穎，成本低廉，可視范圍達360°而得到了迅速的發展，其核心技術在于精確控制LED位置與發光狀態的同步。旋轉LED屏的顯示器件只有一列，并且這一列LED由轉速恒定的LED帶動進行旋轉， 同時由控制電路對LED的點亮狀態進行同步控制，使電機每轉過一定角度，這一列LED的顯示內容就改變一次，在旋轉到任何一個位置都有唯一確定的顯示內容，也就是說旋轉LED屏是采用逐列顯示的，并且采用了機械轉動來替代替代掃描顯示，下圖中a，b，c，d是旋轉LED屏在不同時刻的顯示狀態，d是人眼視覺看到的完整的畫面“3”。

　　2.2 三基色LED的顏色灰度控制

　　本設計采用了三基色LED來實現彩色像素的顯示，為了能實現豐富多彩的顏色顯示，需要對LED的顏色灰度進行控制。這主要有兩種即驅動電流控制法和驅動脈沖占空比控制法，但前一種方法實現難度較大成本較高，而后者原理簡單，容易采用數字設計方法實現，因此本文的LED灰度控制采用了占空比控制法。

　　占空比控制法控制LED的亮度實際上是控制LED點亮的時間。周期性地改變LED在一個周期內的點亮時間的長短，從而實現LED的亮度變化。在工作狀態下連續地改變LED在循環周期中的點亮時間就可以實現LED亮度灰度等級的連續變化。對于256色顯示，只需要采用8bit色度數據來控制LED的灰度，列數據位與占空比關系如下圖2所示：