基于FPGA的LED旋转显示屏设计+电路图+PCB图(3)
随着时代的发展，传统的LED显示屏慢慢已经不能满足人们对于美观，信息传递等上面的要求，相信这种新型的旋转LED显示屏会在不远的将来逐步代替传统的LED旋转显示屏。
2 总体设计方案与论证
2.1 总体设计
旋转LED显示屏最基本的就是LED显示模块（即LED驱动芯片），又由于是旋转显示屏，所以电机模块也必不可少。其次，要控制LED显示所以还需要控制芯片。再者，为了便于更改显示内容且需要其在电机高速旋转的情况下更改，所以又需要无线通讯模块。当然电源模块必不可少。总结之后总体结构框图如下所示：
图2.1 总体设计框图
2.2 主控芯片的选择
本次设计是高速旋转的LED显示屏，驱动芯片若采用DM633的话，假设没转一圈更新数据300次，电机转速保500 r/min，则DM633的最小时钟频率为
=13.824MHz ①
所以说选择芯片时最主要的依据就是要能满足该时钟频率的要求。
对于主控芯片的旋转主要有两种，一种就是采用STM32F103系列的ARM芯片，另外一种就是采用FPGA。
下面对于这两张芯片做一下简要的比较，见表2.1
表2.1 STM32F103xx与FPGA比较（商业级）
芯片 STM32F103xx FPGA
最高主频 72MHz 350MHz
最大IO口翻转率（MHz） 8M（定时器可达72M） 350MHz
可用IO口 76个（除去配置引脚） 91个（除去配置引脚）
操作温度 -40~105°C 0~85°C
功耗 434mW（LQFP100） 有动态功耗(一般W级别)
抗干扰能力 较弱 较强，稳定性好
编程难以 较复杂 较简单
价格 28元 38元
STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品。但实测IO口翻转频率最高只能达到5M左右，网上资料也表示若直接用汇编操作寄存器，最高IO翻转频率也只能达到8M。由公式 ①可以知道，8M的翻转频率远远不够，且STM32操作起来延时较高，对应本次设计的高速要求有很大的影响，而且STM32在强磁场环境下的稳定性不入FPGA，所以该方案暂时放弃。（后来了解到，STM32若用内部定时器操作IO口，翻转频率可以达到72MHz，但由于已经着手FPGA并且取得了部分进展，所以还是没有采用该方案。）
FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。目前以硬件描述语言（Verilog 或 VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至 FPGA 上进行测试，是现代 IC 设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。跟stm32相比，速度更高、稳定性更好、操作起来更方便，所以最终确定选用FPGA作为主控芯片。