CN103295526B - 一种led显示控制系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED显示控制系统及其方法，系统包括：LED控制单元、处理单元、LED显示屏、显示存储单元、LED驱动单元和扫描切换开关。处理单元依据相关协议接收显示信息，并将显示信息以汉字内码的形式通过LED控制单元存储至显示存储单元，LED控制单元基于FPGA或CPLD。LED控制单元从显示存储单元中读取数据，将数据转换成汉字点阵数据，并通过输出端口控制LED驱动单元实时将数据输出至LED显示屏上。LED控制单元与扫描切换开关相连，控制扫描切换开关为LED显示屏提供扫描信号。本发明利用FPGA的逻辑功能实现复杂的LED阵列显示，FPGA对时序的掌控能力和编程的灵活性，使得整个系统简单、可靠、适用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示控制系统及其方法，特别是涉及一种基于FPGA（FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列）的LED（LightEmittingDiode，发光二极管）控制系统及其方法。
背景技术
LED信息显示器是80年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示器，它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性价比高、使用成本低等特点，现在已经迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。为高速动车组而设计的LED信息显示器是动车组上的重要显示设备之一，它安装在列车内车厢两端，用于实时发布列车的运行情况、车厢号、到站信息、紧急通知，新闻资讯和天气预报等信息。
LED信息显示器通常包括电源模块、主控制模块、显示屏体及机械结构和布线等部分。其中，主控制模块是LED信息显示器的控制中枢，是其核心部分。主控制模块的工作过程一般为：接收到车辆信息控制装置传输过来的指令以及显示内容，将其显示在LED显示屏体上。主控制模块目前的方案是采用两块CPU处理器，一块负责与车辆信息控制装置的通信，依据相关协议接收正确的信息并将汉字的内码存储在DPRAM。另一块CPU则从DPRAM中读取数据，然后转换成汉字点阵数据，通过CPU的GPIO口控制LED驱动芯片来实时将数据输出到显示屏体上。但是，由于CPU的GPIO翻转的速率有限，无法快速完成高分辨率的数据信号的显示更新，造成LED屏的显示信息量不能太大，很多显示效果无法完成。
发明内容
本发明的目的是提供一种LED显示控制系统及其方法，本发明利用FPGA的逻辑功能实现复杂的LED阵列显示，FPGA对时序的掌控能力和编程的灵活性，使得整个系统简单、可靠、适用性强。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种LED显示控制系统的技术实现方案，一种LED显示控制系统，包括：LED控制单元、处理单元、LED显示屏、显示存储单元、LED驱动单元和扫描切换开关。所述处理单元依据相关协议接收显示信息，并将所述显示信息以汉字内码的形式通过所述LED控制单元存储至所述显示存储单元。所述LED控制单元基于现场可编程门阵列（FPGA）或复杂可编程逻辑器件（CPLD），所述LED控制单元从所述显示存储单元中读取数据，将数据转换成汉字点阵数据，并通过输出端口控制所述LED驱动单元实时将数据输出至所述LED显示屏上。所述LED控制单元还与所述扫描切换开关相连，控制所述扫描切换开关为所述LED显示屏提供扫描信号。
优选的，所述处理单元进一步通过GPIO端口与所述LED控制单元相连，所述LED控制单元的输出端口翻转速率高于所述处理单元的GPIO端口翻转速率。
优选的，所述LED显示控制系统进一步应用于动车组LED显示。
优选的，所述处理单元进一步与动车组上的车辆信息控制装置相连，与所述车辆信息控制装置通信，所述LED显示控制系统采用RS485通信接口与动车组上的车辆信息控制装置进行通信。
优选的，所述LED驱动单元进一步采用恒流源LED驱动器。
优选的，所述LED驱动单元进一步采用工业标准移位寄存器加锁存器形式的串行接口。
优选的，所述LED驱动单元进一步采用MAXIM恒流源LED驱动器芯片MAX6969。
优选的，所述LED驱动单元进一步采用多片恒流源LED驱动器芯片级联同时锁存所述LED显示屏的一行数据，同时显示。
优选的，所述LED控制单元进一步采用XilinxSPARTANIII系列FPGAXC3S400。
优选的，所述处理单元进一步采用基于ARM7内核的32位RISC处理器。
优选的，所述显示存储单元进一步采用512K×16bit的高速SRAM或SDRAM。
本发明还另外具体提供了一种LED显示控制方法，LED显示控制系统包括：LED控制单元、处理单元、LED显示屏、显示存储单元、LED驱动单元和扫描切换开关，所述方法包括以下步骤：
所述处理单元与动车组上的车辆信息控制装置通信，依据相关协议接收来自所述车辆信息控制装置的显示信息，并将所述显示信息以汉字内码的形式存储至所述显示存储单元；
所述LED控制单元基于现场可编程门阵列，所述LED控制单元从所述显示存储单元中读取数据，将数据转换成汉字点阵数据，并通过输出端口控制所述LED驱动单元实时将数据输出至所述LED显示屏上；
所述LED控制单元控制所述扫描切换开关为所述LED显示屏提供扫描信号；
当所述LED显示屏进行静态显示时：
S101：先将所述LED控制单元读取的地址清零；
S102：扫描来自所述显示存储单元的一行数据；
S103：所述LED驱动单元锁存该行数据；
S104：所述LED驱动单元向所述LED显示屏输出该行数据；
S105：所述扫描切换开关给出行扫描切换信号；
S106：所述LED显示屏显示该行数据；
S107：重复上述步骤S102至步骤S106，直至所述LED显示屏的最后一行数据显示完成；
S108：重复上述步骤S101至步骤S108；
当所述LED显示屏进行动态显示时：
S201：先将所述LED控制单元读取的地址清零；
S202：将所述LED控制单元读取的首地址加1；
S203：扫描来自所述显示存储单元的一行数据；
S204：所述LED驱动单元锁存该行数据；
S205：所述LED驱动单元向所述LED显示屏输出该行数据；
S206：所述扫描切换开关给出行扫描切换信号；
S207：判断一屏数据是否扫描完成，如果未完成，则执行步骤S203；
S208：判断整屏数据是否移动完成，如果未完成，则执行步骤S201；
S209：重复上述步骤S201至步骤S208。
优选的，所述LED控制单元进一步采用状态机读出所述显示存储单元中存储的数据并进行处理，并根据状态机的状态切换来产生时钟信号、所述扫描切换开关的行切换信号，以及所述控制LED驱动单元的控制信号。
本发明还具体提供了的另一种LED显示控制方法的技术实现方案，一种LED显示控制方法，LED显示控制系统包括：LED控制单元、处理单元、LED显示屏、显示存储单元、LED驱动单元和扫描切换开关，所述方法包括以下步骤：
S10：上电启动，状态跳转至状态S11；
S11：接受所述处理单元的字长信息来判断显示数据是静止还是移动，若静止，状态跳转至S111，若移动，状态跳转至S211；
S111：将所述显示存储单元的地址清零，状态跳转至S112；
S112：进行行扫描，所述LED控制单元的时钟发生器产生一个时钟脉冲，状态跳转至S113；
S113：进行行扫描，所述LED控制单元输出LED显示数据，同时所述显示存储单元的行地址自增，状态跳转至S114；
S114：判断整行扫描是否完成，若整行扫描未完成，状态跳转至S112，继续扫描；若整行扫描完成，状态跳转至S115；
S115：向所述LED驱动单元发出锁存信号，将扫描完的整行数据锁存，状态跳转至S116；
S116：对所述扫描切换开关赋值为该行地址，状态跳转至S117；
S117：对所述LED驱动单元发出显示信号，将扫描完的整行数据显示，状态跳转至S118；
S118：切换至下一行地址，状态跳转至S119；
S119：判断整屏是否显示完毕，若显示完毕，状态跳转至S120；若未显示完毕，扫描下一行，状态跳转至S112；
S120：重复显示，状态跳转至S111；
S211：将所述显示存储单元的地址清零，状态跳转至S212；
S212：首地址自动加1，第一遍的首地址为0，状态跳转至S213；
S213：进行行扫描，所述LED控制单元的时钟发生器产生一个时钟脉冲，状态跳转至S214；
S214：进行行扫描，所述LED控制单元输出LED显示数据，且行地址自动加1，状态跳转至S215；
S215：判断整行扫描是否完成，若整行扫描未完成，状态跳转至S213，继续扫描；若整行扫描完成，状态跳转至S216；
S216：对所述LED驱动单元发出锁存信号，将扫描完的整行数据进行锁存，状态跳转至S217；
S217：对所述扫描切换开关赋值为该行地址，状态跳转至S218；
S218：对所述LED驱动单元发出显示信号，将扫描完的整行数据进行显示，状态跳转至S219；
S219：行地址切换至下一行的地址，状态跳转至S220；
S220：判断整屏是否显示完毕，若显示完毕，状态跳转至S221；若未显示完毕，扫描下一行，状态跳转至S213；
S221：判断所有数据是否移动完毕，若移动完毕，状态跳转至S222；若未移动完毕，继续移动，状态跳转至S212；
S222：接收所述处理单元的遍数信息来判断是否移动显示完指定遍数，若显示完毕，状态跳转至S223；若未显示完毕，重新进行显示，状态跳转至S211；
S223：显示结束，关闭所述LED驱动单元的显示使能信号。
通过实施上述本发明一种LED显示控制系统及其方法的技术方案，具有以下技术效果：
（1）本发明控制系统及其方法采用串行数据输出的方式，使得系统对硬件的要求较为简单；
（2）本发明控制系统及其方法通过约定显示内容地址分配方式，利用FPGA的逻辑功能能够实现复杂的LED阵列显示；
（3）本发明控制系统及其方法中FPGA对时序的掌控能力较强，编程十分灵活，使得整个系统简单、可靠、适用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明LED显示控制系统一种具体实施方式的系统结构框图。
图2是本发明LED显示控制系统一种具体实施方式中LED驱动单元的内部结构原理图。
图3是本发明LED显示控制方法一种具体实施方式的程序流程图。
图4是本发明LED显示控制方法一种具体实施方式的功能模块与控制信号流图。
图5是本发明LED显示控制方法一种具体实施方式的状态机控制程序流程图。
图中：1-LED控制单元，2-处理单元，3-LED显示屏，4-显示存储单元，5-LED驱动单元，6-扫描切换开关。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：
DPRAM：DualPartMemory，双端口存储器的简称，DPRAM是在一个SRAM存储器上具有两套完全独立的数据线、地址线和读写控制线，并允许两个独立的系统同时对该存储器进行随机性的访问。即共享式多端口存储器；
GPIO：GeneralPurposeInputOutput，通用输入/输出的简称；
LED：LightEmittingDiode，发光二极管的简称，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光；
FPGA：Field－ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列的简称；
CPLD：ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件的简称；
CPU：CentralProcessingUnit，中央处理器的简称；
SRAM：StaticRandomAccessMemory，静态随机存取存储器的简称；
SDRAM：SynchronousDynamicRandomAccessMemory，同步动态随机存取存储器的简称；
MOS：MetalOxidSemiconductor：金属—氧化物—半导体场效应晶体管的简称。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1至附图5所示，给出了本发明一种LED显示控制系统及其方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如附图1所示，具体实施方式以一种LED显示控制系统在动车组LED显示领域的具体应用对本发明的具体技术方案进行了详细说明，但是本领域一般技术人员可以预见，本发明不仅可以应用于动车组LED显示，还可以应用于其他领域的LED显示。LED显示控制系统包括：LED控制单元1、处理单元2、LED显示屏3、显示存储单元4、LED驱动单元5和扫描切换开关6。处理单元2依据相关协议接收显示信息，并将显示信息以汉字内码的形式通过LED控制单元1存储至显示存储单元4。LED控制单元1基于现场可编程门阵列（FPGA）或复杂可编程逻辑器件（CPLD），LED控制单元1从显示存储单元4中读取数据，将数据转换成汉字点阵数据，并通过输出端口控制LED驱动单元5实时将数据输出至LED显示屏3上。LED控制单元1还与扫描切换开关6相连，控制扫描切换开关6为LED显示屏3提供扫描信号。作为本发明一种典型的实施方式，LED控制单元1（现场可编程门阵列）选用的Xilinx公司的SPARTANIII系列XC3S400FPGA芯片，处理单元2（CPU）选用的NXP公司基于ARM7TMDI-S内核的32位RISC处理器LPC2294，显示存储单元4选用一块512K×16bit的高速SRAM或SDRAM。扫描切换开关6进一步采用行选MOS管开关。
当本发明LED显示控制系统应用于动车组LED显示时，处理单元2与动车组上的车辆信息控制装置相连，与车辆信息控制装置通信，LED显示控制系统采用RS485通信接口与动车组上的车辆信息控制装置进行通信。本发明LED控制系统依据由车辆信息控制装置传输过来的指令以及显示内容进行显示。本发明具体实施方式描述的LED控制系统采用CPU+FPGA+SRAM的方案，CPU负责与车辆信息控制装置的通信，依据相关协议接收正确的信息并将汉字的内码存储在高速SRAM上，FPGA从高速SRAM中读取数据，然后转换成汉字点阵数据，通过输出口控制LED驱动单元5来实时将数据输出到LED显示屏3上。处理单元2通过GPIO端口与LED控制单元1相连，LED控制单元1的输出端口翻转速率远高于处理单元2的GPIO端口翻转速率。因此，本发明可以快速完成高分辨率数据信号的显示更新，以及实现移动等显示效果。
LED驱动单元5芯片从电流角度上看主要可分为非恒流源源驱动和恒流源源驱动两种方式。一般情况下，对于非恒流源源驱动方式，流经的电流大一些发光晶体亮度会高一些，流经的电流小一些发光晶体亮度会暗一些，从而导致显示屏体显示的亮度不均匀。本发明具体实施方式中的LED驱动单元5采用恒流源LED驱动器，通过采用恒流源源驱动芯片，LED驱动单元5的发光二极管流经的电流大小基本一致，发送给驱动芯片的驱动时钟是通过扫描状态机本身产生，可以严格做到扫描一个地址即可产生一个时钟脉冲，可满足数据的输出同步，并且稳定可靠。状态机转换的频率和延时都以精确的外部时钟源作为标准，可以做精确的定时控制，使整屏的扫描频率稳定，亮度一致。LED驱动单元5进一步采用工业标准移位寄存器加锁存器形式的串行接口。作为本发明一种典型的实施方式，LED驱动单元5进一步采用MAXIM恒流源LED驱动器芯片MAX6969。LED驱动单元5采用多片恒流源LED驱动器芯片级联同时锁存LED显示屏3的一行数据，同时显示。如附图2所示，是本发明LED显示控制系统一种具体实施方式中LED驱动单元5采用的MAX6969芯片的内部结构原理图。LED驱动单元5采用的MAX6969芯片是一款16端口恒流源LED驱动器，并采用工业标准移位寄存器加锁存器形式的串行接口。数据通过数据输入端口DIN和时钟输入端口CLK移入驱动器的16位移位寄存器。在16个时钟周期后，输入端的数据便出现在输出端DOUT上。该驱动芯片有一个特点是可以实现多个芯片级联，利用该特性采用芯片组级联方式可以同时锁存LED显示屏3的一行数据，同时对该数据进行显示。
本发明LED显示控制系统的工作原理为：LED控制单元1与显示存储单元4、处理单元2、LED驱动单元5相连接。处理单元2将要显示字符的数据按照约定的地址经由LED控制单元1存入显示存储单元4，LED控制单元1操作LED驱动单元5和扫描切换开关6，将显示存储单元4的数据按照时序逐位送出，并同时通过控制LED驱动单元5的控制脚和行切换信号来实现字符的智能显示。通过采用动态扫描法，利用人眼的视觉暂留的特点，当整屏的刷新频率大于24Hz时，人眼就察觉不出显示屏的画面更迭。显示方式为逐行扫描，首先送入第一行显示数据，选通第一行，然后送第二行数据，选通第二行，如此依次显示，即可完成整屏信息显示。
LED显示屏3采用一个32行×512列的LED灯矩阵，一共有16384个像素点，每个汉字字符由32×32个像素点组成，一屏可以显示16个汉字字符，可根据要求实现不同的显示方式。LED显示屏3在同一时刻只能显示1行。首先，LED控制单元1将第1行的数据按照时序发送给LED驱动单元5，LED驱动单元5再把这行的512个LED灯显示数据进行锁存，同时显示。其次，LED显示屏3要迅速进行行切换，换作将第2行的数据按上述过程显示出来。当经过32次的上述数据输入、锁存和显示过程后，32行逐行扫描完成，由于视觉暂留原理，展示给人眼的是一整屏完整的图像。此时只需继续重复进行相同显示内容的32行的逐行扫描，整屏图像便能持续显示。
如附图3所示的一种LED显示控制方法的具体实施方式，LED显示控制系统包括：LED控制单元1、处理单元2、LED显示屏3、显示存储单元4、LED驱动单元5和扫描切换开关6，该方法包括以下步骤：
处理单元2与动车组上的车辆信息控制装置通信，依据相关协议接收来自车辆信息控制装置的显示信息，并将显示信息以汉字内码的形式存储至显示存储单元4；
LED控制单元1基于现场可编程门阵列，LED控制单元1从显示存储单元4中读取数据，将数据转换成汉字点阵数据，并通过输出端口控制LED驱动单元5实时将数据输出至LED显示屏3上；
LED控制单元1控制扫描切换开关6为LED显示屏3提供扫描信号；
当LED显示屏3进行静态显示时：
S101：先将LED控制单元1读取的地址清零；
S102：扫描来自显示存储单元4的一行数据；
S103：LED驱动单元5锁存该行数据；
S104：LED驱动单元5向LED显示屏3输出该行数据；
S105：扫描切换开关6给出行扫描切换信号；
S106：LED显示屏3显示该行数据；
S107：重复上述步骤S102至步骤S106，直至LED显示屏3的最后一行数据显示完成；
S108：重复上述步骤S101至步骤S108；
当LED显示屏3进行动态显示时：
S201：先将LED控制单元1读取的地址清零；
S202：将LED控制单元1读取的首地址加1；
S203：扫描来自显示存储单元4的一行数据；
S204：LED驱动单元5锁存该行数据；
S205：LED驱动单元5向LED显示屏3输出该行数据；
S206：扫描切换开关6给出行扫描切换信号；
S207：判断一屏数据是否扫描完成，如果未完成，则执行步骤S203；
S208：判断整屏数据是否移动完成，如果未完成，则执行步骤S201；
S209：重复上述步骤S201至步骤S208。
本发明采用FPGA来实现LED控制器的功能。一方面，FPGA作为CPU和SRAM之间的桥梁，对SRAM进行写操作。另一方面，如附图4所示，LED控制单元1采用状态机读出显示存储单元4中存储的数据并进行处理，并根据状态机的状态切换来产生时钟信号、扫描切换开关6的行切换信号，以及控制LED驱动单元5的控制信号。
如附图5所示是本发明LED显示控制方法的另一种具体实施方式，LED显示控制系统包括：LED控制单元1、处理单元2、LED显示屏3、显示存储单元4、LED驱动单元5和扫描切换开关6。LED显示控制方法进一步包括以下步骤：
S10：上电启动，状态跳转至状态S11；
S11：接受处理单元2的字长信息来判断显示数据是静止还是移动，若静止，状态跳转至S111，若移动，状态跳转至S211；
S111：将显示存储单元4的地址清零，状态跳转至S112；
S112：进行行扫描，LED控制单元1的时钟发生器产生一个时钟脉冲，状态跳转至S113；
S113：进行行扫描，LED控制单元1输出LED显示数据，同时显示存储单元4的行地址自增，状态跳转至S114；
S114：判断整行扫描是否完成，若整行扫描未完成，状态跳转至S112，继续扫描；若整行扫描完成，状态跳转至S115；
S115：向LED驱动单元5发出锁存信号，将扫描完的整行数据锁存，状态跳转至S116；
S116：对扫描切换开关6赋值为该行地址，状态跳转至S117；
S117：对LED驱动单元5发出显示信号，将扫描完的整行数据显示，状态跳转至S118；
S118：切换至下一行地址，状态跳转至S119；
S119：判断整屏是否显示完毕，若显示完毕，状态跳转至S120；若未显示完毕，扫描下一行，状态跳转至S112；
S120：重复显示，状态跳转至S111；
S211：将显示存储单元4的地址清零，状态跳转至S212；
S212：首地址自动加1，第一遍的首地址为0，状态跳转至S213；
S213：进行行扫描，LED控制单元1的时钟发生器产生一个时钟脉冲，状态跳转至S214；
S214：进行行扫描，LED控制单元1输出LED显示数据，且行地址自动加1，状态跳转至S215；
S215：判断整行扫描是否完成，若整行扫描未完成，状态跳转至S213，继续扫描；若整行扫描完成，状态跳转至S216；
S216：对LED驱动单元5发出锁存信号，将扫描完的整行数据进行锁存，状态跳转至S217；
S217：对扫描切换开关6赋值为该行地址，状态跳转至S218；
S218：对LED驱动单元5发出显示信号，将扫描完的整行数据进行显示，状态跳转至S219；
S219：行地址切换至下一行的地址，状态跳转至S220；
S220：判断整屏是否显示完毕，若显示完毕，状态跳转至S221；若未显示完毕，扫描下一行，状态跳转至S213；
S221：判断所有数据是否移动完毕，若移动完毕，状态跳转至S222；若未移动完毕，继续移动，状态跳转至S212；
S222：接收处理单元2的遍数信息来判断是否移动显示完指定遍数，若显示完毕，状态跳转至S223；若未显示完毕，重新进行显示，状态跳转至S211；
S223：显示结束，关闭LED驱动单元5的显示使能信号。
LED显示屏3用来显示动车组上的乘客信息，由LED显示屏3的显示原理可知，一整屏刚好能显示16个字符。而本发明具体实施方式中要求一条完整的字符信息最大可以包含256个字符。当字符数超过16个时，字符从屏幕右边起始平滑向左移动，直到最后一个字符在屏上消失，第一个字符再从屏右边移出，周而复始。为实现循环显示，整个显示系统做了如下地址分配约定：对每个显示点分配固定的地址，最大256个字，那么一行就是256×32=8192个像素点，地址范围为0～1FFF，32行就是32×8192个点，地址范围是0～3FFFF。处理单元2按上述地址分配将数据写入显示存储单元4，LED控制单元1根据该地址分配约定将地址读出并传送至LED显示屏3。显示存储单元4中的地址分配如下表1所示，表中的地址采用十六进制进行表示。
表1显示存储单元4地址分配表
要实现屏显内容的移动，只要将每一屏显示的列数进行累加即可：先显示第1列到第512列，再显示第2列～第513列，依次递加。列数的累加，即是地址的累加，在LED控制单元1中做出地址取值的状态转换的状态机便可实现该目的。LED控制单元1的显示状态机主要流程如附图4所示，可以根据处理单元2的CPU写入LED控制单元1的FPGA的标志位来决定显示内容是静态显示还是移动显示。这个过程是自动完成的，一屏一次最多显示16个字，小于等于16个字就是静态显示，大于16个字就是移动显示。LED控制单元1在功能结构上可以分为：CPU数据交互、SRAM数据交互、显示状态机、数据传输、时钟发生、LED驱动锁存、行切换等部分。
综上，可以对整个软件的架构进行如下划分：CPU数据交互模块、SRAM数据交互模块、时钟发生模块、数据传输模块、显示状态机模块、LED驱动锁存、显示控制模块、LED行切换控制模块。本发明采用CPU+FPGA+SRAM的方式组成整个LED显示控制系统，采用高速SRAM作为显示存储单元4，能快速大量的存储显示数据。采用ARM处理器与车辆信息控制装置进行通信，依据相关协议接收正确的信息并将汉字的内码存储在显示存储单元4中。采用FPGA实现LED控制单元1的功能，完成时序仲裁控制，通过输出口控制LED驱动单元5来实时将数据输出到LED显示屏3上，并通过FPGA来完成快速移动等显示效果。同时，本发明具体实施方式描述的技术方案采用串行数据输出的方式，使得硬件系统要求简约，而通过约定显示内容地址分配方式，利用FPGA的逻辑功能实现复杂的LED阵列显示。FPGA对时序的掌控能力和编程的灵活性，使得整个系统简单、可靠、适用性强。
需要特别指出的是，在本发明具体实施方式当中，任何自带本地总线的CPU均适合本发明LED控制系统。
另外，本发明具体实施方式所描述的技术方案中，主要以FPGA为例描述了LED控制单元1，LED控制单元1还可以通过使用CPLD来实现。
本发明具体实施方式采用高速SRAM来完成显示存储单元4的设计，同时也可使用SDRAM作为显示存储器。本发明中的控制对象以LED阵列作为特定的LED显示屏3，可以通过时序控制显示内容，LED动态显示过程可以有水平运动、垂直运动、圆周运动等方式，在本发明具体实施方式描述的技术方案中仅以水平运动的行扫描，即以扫描线垂直运动为例进行了介绍，本发明还可以配合其他扫描方式实现包括垂直运动、圆周运动等方式的动态显示。
专业人员还可以进一步意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、各种可编程逻辑器件、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或本技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。执行软件模块的处理器可以是中央处理器（CPU）、嵌入式处理器、微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）、单片机、片上系统（SOC）、可编程逻辑器件，以及本技术领域内所公知的任意其他形式的具有控制、处理功能的器件。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (14)
1.一种LED显示控制系统，其特征在于，包括：LED控制单元（1）、处理单元（2）、LED显示屏（3）、显示存储单元（4）、LED驱动单元（5）和扫描切换开关（6），所述处理单元（2）依据相关协议接收显示信息，并将所述显示信息以汉字内码的形式通过所述LED控制单元（1）存储至所述显示存储单元（4），所述LED控制单元（1）基于现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件，所述LED控制单元（1）从所述显示存储单元（4）中读取数据，将数据转换成汉字点阵数据，并通过输出端口控制所述LED驱动单元（5）实时将数据输出至所述LED显示屏（3）上，所述LED控制单元（1）还与所述扫描切换开关（6）相连，控制所述扫描切换开关（6）为所述LED显示屏（3）提供扫描信号；
当所述LED显示屏（3）进行静态显示时：
S101：先将所述LED控制单元（1）读取的地址清零；
S102：扫描来自所述显示存储单元（4）的一行数据；
S103：所述LED驱动单元（5）锁存该行数据；
S104：所述LED驱动单元（5）向所述LED显示屏（3）输出该行数据；
S105：所述扫描切换开关（6）给出行扫描切换信号；
S106：所述LED显示屏（3）显示该行数据；
S107：重复上述步骤S102至步骤S106，直至所述LED显示屏（3）的最后一行数据显示完成；
S108：重复上述步骤S101至步骤S108；
当所述LED显示屏（3）进行动态显示时：
S201：先将所述LED控制单元（1）读取的地址清零；
S202：将所述LED控制单元（1）读取的首地址加1；
S203：扫描来自所述显示存储单元（4）的一行数据；
S204：所述LED驱动单元（5）锁存该行数据；
S205：所述LED驱动单元（5）向所述LED显示屏（3）输出该行数据；
S206：所述扫描切换开关（6）给出行扫描切换信号；
S207：判断一屏数据是否扫描完成，如果未完成，则执行步骤S203；
S208：判断整屏数据是否移动完成，如果未完成，则执行步骤S201；
S209：重复上述步骤S201至步骤S208。
2.根据权利要求1所述的一种LED显示控制系统，其特征在于：所述处理单元（2）通过GPIO端口与所述LED控制单元（1）相连，所述LED控制单元（1）的输出端口翻转速率高于所述处理单元（2）的GPIO端口翻转速率。
3.根据权利要求1或2所述的一种LED显示控制系统，其特征在于：所述LED显示控制系统应用于动车组LED显示。
4.根据权利要求3所述的一种LED显示控制系统，其特征在于：所述处理单元（2）与动车组上的车辆信息控制装置相连，与所述车辆信息控制装置通信，所述LED显示控制系统采用RS485通信接口与动车组上的车辆信息控制装置进行通信。
5.根据权利要求1、2、4中任一权利要求所述的一种LED显示控制系统，其特征在于：所述LED驱动单元（5）采用恒流源LED驱动器。
6.根据权利要求5所述的一种LED显示控制系统，其特征在于：所述LED驱动单元（5）采用工业标准移位寄存器加锁存器形式的串行接口。
7.根据权利要求6所述的一种LED显示控制系统，其特征在于：所述LED驱动单元（5）采用MAXIM恒流源LED驱动器芯片MAX6969。
8.根据权利要求7所述的一种LED显示控制系统，其特征在于：所述LED驱动单元（5）采用多片恒流源LED驱动器芯片级联同时锁存所述LED显示屏（3）的一行数据，同时显示。
9.根据权利要求6、7、8中任一权利要求所述的一种LED显示控制系统，其特征在于：所述LED控制单元（1）采用XilinxSPARTANIII系列FPGAXC3S400。
10.根据权利要求9所述的一种LED显示控制系统，其特征在于：所述处理单元（2）采用基于ARM7内核的32位RISC处理器。
11.根据权利要求10所述的一种LED显示控制系统，其特征在于：所述显示存储单元（4）采用512K×16bit的高速SRAM或SDRAM。
12.一种LED显示控制方法，其特征在于，LED显示控制系统包括：LED控制单元（1）、处理单元（2）、LED显示屏（3）、显示存储单元（4）、LED驱动单元（5）和扫描切换开关（6），所述方法包括以下步骤：
所述处理单元（2）与动车组上的车辆信息控制装置通信，依据相关协议接收来自所述车辆信息控制装置的显示信息，并将所述显示信息以汉字内码的形式存储至所述显示存储单元（4）；
所述LED控制单元（1）基于现场可编程门阵列，所述LED控制单元（1）从所述显示存储单元（4）中读取数据，将数据转换成汉字点阵数据，并通过输出端口控制所述LED驱动单元（5）实时将数据输出至所述LED显示屏（3）上；
所述LED控制单元（1）控制所述扫描切换开关（6）为所述LED显示屏（3）提供扫描信号；
当所述LED显示屏（3）进行静态显示时：
S101：先将所述LED控制单元（1）读取的地址清零；
S102：扫描来自所述显示存储单元（4）的一行数据；
S103：所述LED驱动单元（5）锁存该行数据；
S104：所述LED驱动单元（5）向所述LED显示屏（3）输出该行数据；
S105：所述扫描切换开关（6）给出行扫描切换信号；
S106：所述LED显示屏（3）显示该行数据；
S107：重复上述步骤S102至步骤S106，直至所述LED显示屏（3）的最后一行数据显示完成；
S108：重复上述步骤S101至步骤S108；
当所述LED显示屏（3）进行动态显示时：
S201：先将所述LED控制单元（1）读取的地址清零；
S202：将所述LED控制单元（1）读取的首地址加1；
S203：扫描来自所述显示存储单元（4）的一行数据；
S204：所述LED驱动单元（5）锁存该行数据；
S205：所述LED驱动单元（5）向所述LED显示屏（3）输出该行数据；
S206：所述扫描切换开关（6）给出行扫描切换信号；
S207：判断一屏数据是否扫描完成，如果未完成，则执行步骤S203；
S208：判断整屏数据是否移动完成，如果未完成，则执行步骤S201；
S209：重复上述步骤S201至步骤S208。
13.根据权利要求12所述的一种LED显示控制方法，其特征在于：所述LED控制单元（1）采用状态机读出所述显示存储单元（4）中存储的数据并进行处理，并根据状态机的状态切换来产生时钟信号、所述扫描切换开关（6）的行切换信号，以及所述控制LED驱动单元（5）的控制信号。
14.一种LED显示控制方法，其特征在于，LED显示控制系统包括：LED控制单元（1）、处理单元（2）、LED显示屏（3）、显示存储单元（4）、LED驱动单元（5）和扫描切换开关（6），所述方法包括以下步骤：
S10：上电启动，状态跳转至状态S11；
S11：接受所述处理单元（2）的字长信息来判断显示数据是静止还是移动，若静止，状态跳转至S111，若移动，状态跳转至S211；
S111：将所述显示存储单元（4）的地址清零，状态跳转至S112；
S112：进行行扫描，所述LED控制单元（1）的时钟发生器产生一个时钟脉冲，状态跳转至S113；
S113：进行行扫描，所述LED控制单元（1）输出LED显示数据，同时所述显示存储单元（4）的行地址自增，状态跳转至S114；
S114：判断整行扫描是否完成，若整行扫描未完成，状态跳转至S112，继续扫描；若整行扫描完成，状态跳转至S115；
S115：向所述LED驱动单元（5）发出锁存信号，将扫描完的整行数据锁存，状态跳转至S116；
S116：对所述扫描切换开关（6）赋值为该行地址，状态跳转至S117；
S117：对所述LED驱动单元（5）发出显示信号，将扫描完的整行数据显示，状态跳转至S118；
S118：切换至下一行地址，状态跳转至S119；
S119：判断整屏是否显示完毕，若显示完毕，状态跳转至S120；若未显示完毕，扫描下一行，状态跳转至S112；
S120：重复显示，状态跳转至S111；
S211：将所述显示存储单元（4）的地址清零，状态跳转至S212；
S212：首地址自动加1，第一遍的首地址为0，状态跳转至S213；
S213：进行行扫描，所述LED控制单元（1）的时钟发生器产生一个时钟脉冲，状态跳转至S214；
S214：进行行扫描，所述LED控制单元（1）输出LED显示数据，且行地址自动加1，状态跳转至S215；
S215：判断整行扫描是否完成，若整行扫描未完成，状态跳转至S213，继续扫描；若整行扫描完成，状态跳转至S216；
S216：对所述LED驱动单元（5）发出锁存信号，将扫描完的整行数据进行锁存，状态跳转至S217；
S217：对所述扫描切换开关（6）赋值为该行地址，状态跳转至S218；
S218：对所述LED驱动单元（5）发出显示信号，将扫描完的整行数据进行显示，状态跳转至S219；
S219：行地址切换至下一行的地址，状态跳转至S220；
S220：判断整屏是否显示完毕，若显示完毕，状态跳转至S221；若未显示完毕，扫描下一行，状态跳转至S213；
S221：判断所有数据是否移动完毕，若移动完毕，状态跳转至S222；若未移动完毕，继续移动，状态跳转至S212；
S222：接收所述处理单元（2）的遍数信息来判断是否移动显示完指定遍数，若显示完毕，状态跳转至S223；若未显示完毕，重新进行显示，状态跳转至S211；
S223：显示结束，关闭所述LED驱动单元（5）的显示使能信号。
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