本系統考慮對于傳輸視頻數據大小和驅動LED大屏幕刷新頻率的要求，LED發送卡、接收卡均采用FPGA作為核心處理器，筆者選擇Xilinx公司基于90nm工藝制造的XC3S250E-FTG256，內有25萬邏輯門，最高頻率可以達到600MHz，完全可以滿足系統速度的要求在系統中作為掃描控制單元，同時以MCU芯片為主控制單元。采用該方案可以有效簡化顯示屏的電路結構，從而提高了整個控制系統的靈活性和可靠性。

1 系統的組成和工作原理

該系統采用89C51單片機和SDRAM 組成控制中心，由基于Xilinx公司的FPGA的90nm工藝制造的XC3S250E-FTG256和RAM 組成掃描控制模塊，以FLASH作為存儲器模塊，采用以太網傳輸數據，組成LED屏的控制系統。系統結構如圖1所示。其工作原理為：主機通過TFTP協議將圖片傳輸給系統以太網接口模塊，以太網接口模塊解析協議，接收圖片數據，然后將數據傳輸給MCU，MCU 將接收到的數據寫入存儲模塊NAND FLASH.在顯示時，MCU讀取FLASH 中的數據，通過SPI接口將數據傳輸給FPGA掃描控制模塊，經掃描控制模塊處理后傳輸到LED屏幕上顯示。

圖1 基于FPGA和MCU的LED顯示屏控制系統框圖

2 硬件系統設計

2.1存儲器電路設計

本系統中需要用2片RAM 芯片作為緩存來存儲視頻數據，并以乒乓方式進行快速讀寫操作。目前主要有動態存儲器（DRAM）和靜態存儲器（SRAM），SRAM 的讀寫時間短，靜態功耗比較低，總線利用率高，它不需要刷新電路就能保存內部存儲的數據，但是它的集成度較低，相同的容量占用體積大，價格較高，主要用于性能要求較高的領域。

DRAM 只能將數據保持很短的時間，它使用電容存儲，必須經常刷新電路來保存數據，它的讀寫過程比較復雜，時間較長，動態功耗較大，總線利用率比較低。不過DRAM 的存儲容量大，價格便宜，被大量用在服務器和電腦中。由于DRAM 讀寫過程比較復雜，本系統要求存儲器有快速的讀寫響應，所以設計中選用SRAM 作為存儲器。本系統所用的LED屏大小為512×64，每個像素數據（RGB）占用24bit，則一場畫面的數據量為512×64×24=768kbits.本設計選用ISSI公司的IS61LV25616芯片來存儲視頻數據。SAA7111輸出16bit視頻信號，16位數據線正好方便存儲數據。它的容量為256×1 024×16bit，足夠存儲一場視頻數據，并有留有充足的容量供系統以后的升級。SRAM 的電路設計如圖2所示。

圖2 SRAM 電路

2.2 FPGA的硬件設計

FPGA的硬件設計如圖3所示。FPGA 需要提供大量的I/O引腳和高速的顯示控制信號，所選用的基于Xilinx公司的FPGA 的90nm 工藝制造的XC3S250E-FTG256可以滿足設計的要求。

圖3 FPGA的硬件結構