畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于fpga的彩色點(diǎn)陣控制器設(shè)計(jì)

1、<p>　　編號(hào)： </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書</p><p>　　題 目： 基于FPGA的彩色點(diǎn)陣 </p><p>　　控制器設(shè)計(jì) </p><p>　　系 別： 電子工程系 </p><p>　　專 業(yè)：

2、 電子信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： xx </p><p>　　職 稱： 講師 </p>

3、<p>　　題目類型：理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開(kāi)發(fā) 應(yīng)用研究</p><p><b>　　2013年6月1日</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　LED顯示屏工藝發(fā)展很快，使得LED顯示屏有很多優(yōu)異特性。由于其優(yōu)異的特性，在生活應(yīng)用很廣泛。例如

4、：手機(jī)屏、筆記本電腦顯示屏、廣告牌、數(shù)碼相機(jī)、大屏電視機(jī)以及軍事領(lǐng)域等等都有應(yīng)用，因而得到了業(yè)界廣泛的關(guān)注。LED 發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)從最初的單色屏發(fā)展到現(xiàn)在的全彩顯示屏，而且隨著LED工藝制作技術(shù)發(fā)展，從以前的單個(gè)LED燈到現(xiàn)在的大屏的LED顯示屏，從最早的無(wú)灰階單色屏靜態(tài)驅(qū)動(dòng)，到現(xiàn)在彩色顯示屏動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)，所以對(duì)驅(qū)動(dòng)控制電路有了更高的要求。</p><p>　　本課題研究的是當(dāng)今行業(yè)流行的雙基色LED顯示屏驅(qū)動(dòng)控制

5、器技術(shù)，以FPGA為核心結(jié)合顯示屏控制電路驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣屏。設(shè)計(jì)采用的FPGA芯片是目前較為流行的Altera FPGA系列為EP2C5T144C8N芯片。根據(jù)LED顯示屏的特性和內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)，選定需要用的驅(qū)動(dòng)控制芯片，設(shè)計(jì)一款該LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路。本課題設(shè)計(jì)的是基于FPGA的LED顯示屏控制器設(shè)計(jì)，需要選用什么樣的軟件開(kāi)發(fā)工具，設(shè)計(jì)LED顯示屏的掃描控制程序。本課題設(shè)計(jì)選用的是Verilog語(yǔ)言編寫軟件部分。結(jié)合Verilog 語(yǔ)言設(shè)計(jì)

6、的特點(diǎn)和編寫程序的規(guī)則再結(jié)合硬件電路編寫對(duì)LED顯示屏的掃描控制部分。</p><p>　　所以，本課題設(shè)計(jì)是通過(guò)結(jié)合點(diǎn)陣塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和特性的分析和理解，設(shè)計(jì)出了對(duì)LED顯示屏控制電路的設(shè)計(jì)方案。結(jié)合FPGA開(kāi)發(fā)板、硬件電路和軟件工程設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)LED顯示屏的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：FPGA；雙基色LED顯示屏；Verilog 語(yǔ)言</p>&

7、lt;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　LED display technology developing rapidly, making the LED display has many excellent properties. Because of its excellent properties, is widely applied in life.

8、 For example, mobile phone screen, notebook screen, billboards, digital camera, a big TV and etc are used in the military field, thus gets widely attention. LED development up to now, already from the original monochrome

9、 screen development up to now, full-color display, and with the development of LED technology of the production process,</p><p>　　This topic research is the industry popular technology, dual color LED displa

10、y driver controller with FPGA as the core in combination with lattice screen display control circuit drive. This topic design USES the FPGA chip is currently more popular Altera FPGA series for EP2C5T144C8N chip. Accordi

11、ng to the characteristics of LED display and internal structure, need to use the selected drive control chip, and design a driving circuit of the LED display. This topic design is design of LED display c</p><p

12、>　　So, this topic is designed by combining lattice screen to the internal structure of the analysis and understanding of the characteristics and properties, design the design scheme of LED display control circuit. Com

13、bining the FPGA development board, hardware circuit and software design, finally achieved the LED display control system design.</p><p>　　Key words: FPGA ; Double color LED display; Verilog language</p>

14、;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　1 方案論證2</b></p><p>　　1.1 整體設(shè)計(jì)論證2</p><p>　　1.2 硬件模塊設(shè)計(jì)論證3</p>

15、<p>　　1.2.1LED顯示屏驅(qū)動(dòng)控制方案的比較3</p><p>　　1.2.2LED顯示屏驅(qū)動(dòng)方式芯片選定3</p><p>　　1.3 軟件控制模塊設(shè)計(jì)論證4</p><p>　　2 硬件驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)5</p><p>　　2.1 硬件總體電路設(shè)計(jì)思路5</p><p>　　2.2

16、硬件電路總體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)5</p><p>　　2.3 硬件電路制作過(guò)程5</p><p>　　2.4 硬件行驅(qū)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)7</p><p>　　2.5 硬件列驅(qū)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)9</p><p>　　2.6 點(diǎn)陣屏模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)10</p><p>　　3 軟件掃描控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)12</p&g

17、t;<p>　　3.1 軟件設(shè)計(jì)總體思路12</p><p>　　3.2 軟件總體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)12</p><p>　　3.3 軟件設(shè)計(jì)過(guò)程12</p><p>　　3.4 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的模塊12</p><p>　　3.5 顯示屏掃描控制模塊17</p><p>　　3.6 LED顯示屏灰度實(shí)現(xiàn)19

18、</p><p>　　4 彩色LED顯示屏控制器整體實(shí)現(xiàn)21</p><p>　　4.1 設(shè)計(jì)要求21</p><p>　　4.2 彩色點(diǎn)陣屏控制器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)22</p><p>　　4.3 整體方案實(shí)現(xiàn)效果22</p><p>　　5 硬件與軟件調(diào)試20</p><p>　　5.

19、1 硬件設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程23</p><p>　　5.2 軟件設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程25</p><p>　　5.3 硬件與軟件設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程的小總結(jié)27</p><p><b>　　6 結(jié)論27</b></p><p><b>　　謝辭29</b></p><p><b&

20、gt;　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　附錄31</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　LED顯示屏Light Emitting Diodede：又叫電子顯示屏。隨著現(xiàn)代的進(jìn)步，LED顯示屏在制作工藝有很大的改善，并且在性能上有了很大的進(jìn)步。雖然在市場(chǎng)上顯

21、示屏的種類各式各樣，從各式各樣的型號(hào)到各式各樣的種類從對(duì)顯示驅(qū)動(dòng)原理到驅(qū)動(dòng)方式再到實(shí)際應(yīng)用范圍都各不相同，但LED顯示屏作為現(xiàn)代顯示器技術(shù)的發(fā)展的產(chǎn)物，在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域擁有一席之位。目前，在國(guó)外很多國(guó)家的街道上隨處可見(jiàn)，作為信息傳輸?shù)墓ぞ?，在?shí)際應(yīng)用和顯示的效果都很好。LED顯示屏顯示畫面清晰，色彩豐富艷麗，在國(guó)外的各個(gè)行業(yè)都有了廣泛應(yīng)用。如廣告宣傳、交通信號(hào)燈、汽車、教育系統(tǒng)、火車站、證券公司、大型商場(chǎng)等。但是在控制技術(shù)方面還有很多不足

22、。由于LED顯示屏發(fā)出的光很亮，并且閃爍對(duì)人眼睛刺激很大，這是由于技術(shù)的不成熟所導(dǎo)致的，所以國(guó)外對(duì)LED顯示屏技術(shù)還處在發(fā)展段。目前，在國(guó)內(nèi)LED顯示屏受到很多個(gè)體戶和企業(yè)廣泛的研究和應(yīng)用從而得到迅速的發(fā)展。這是因?yàn)長(zhǎng)ED顯示本身所具有高亮度、低功耗、環(huán)保、可大型化、使用壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)異的特性。在國(guó)內(nèi)LED顯示屏在實(shí)際應(yīng)用，主要是作為傳輸信息的工具。如電子顯示屏門牌，墻式電視機(jī)等。而</p><p>　　本

23、課題設(shè)計(jì)的是基于FPGA的彩色點(diǎn)陣控制器。彩色點(diǎn)陣屏制作工藝發(fā)展迅速，在性能上也有很大的提高，這樣對(duì)控制電路的要求也越來(lái)越高。由于LED顯示屏的亮度太高，色彩豐富等優(yōu)越特性，本課題結(jié)合LED顯示屏的一些特性，制作一款性能優(yōu)越的LED顯示屏控制電路。要想制作出一款彩色顯示屏控制器在性能上有更高的要求，可以從LED顯示屏色彩豐富和低功耗著手，使得LED顯示的顏色更艷麗，畫面更生動(dòng)，耗能更少。在國(guó)內(nèi)外有很多人對(duì)LED顯示屏控制器有研究，但是設(shè)

24、計(jì)出來(lái)的控制器控制顯示屏顯示的效果還不是很好。如出現(xiàn)閃爍，屏體太亮，顯示的顏色不夠豐富，畫面不夠生動(dòng)等缺點(diǎn)。</p><p>　　所以本課題研究是結(jié)合LED顯示屏的優(yōu)越特性設(shè)計(jì)的一款控制器。根據(jù)對(duì)LED點(diǎn)陣屏發(fā)光的特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成分析。再根據(jù)LED顯示屏的特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選定需要使用的驅(qū)動(dòng)控制芯片。結(jié)合芯片的工作原理從而設(shè)計(jì)一款LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)控制電路。最后，結(jié)合Verilog 語(yǔ)言設(shè)計(jì)的特點(diǎn)再結(jié)合硬件電路

25、設(shè)計(jì)編寫軟件LED顯示屏掃描控制程序。由于本課題設(shè)計(jì)使用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的掃描技術(shù)。動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)必須選用移位寄存器，必須在時(shí)間上控制數(shù)據(jù)的移位，可以讓畫面產(chǎn)生動(dòng)態(tài)。靜態(tài)掃描技術(shù)以靜態(tài)鎖存器掃描方式，把所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)送到鎖存器并且打入屏體中顯示，并且充分保證LED亮度。綜合上所述，結(jié)合對(duì)LED顯示屏的種種因素的影響和利用LED的優(yōu)越特性設(shè)計(jì)出對(duì)LED顯示屏控制器的掃描程序，再結(jié)合FPGA開(kāi)發(fā)板功能和驅(qū)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED點(diǎn)陣屏的控制，從

26、而可以顯示文字信息和圖文信息等動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信息。</p><p><b>　　1 方案論證</b></p><p>　　本章節(jié)是從理論上分析LED顯示屏控制器的方案，包括方案對(duì)比、芯片選擇、軟件設(shè)計(jì)模塊論證。</p><p>　　1.1 整體設(shè)計(jì)論證</p><p>　　根據(jù)對(duì)LED顯示屏的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)有了一定的研究。本

27、節(jié)分析對(duì)LED顯示屏的基本結(jié)構(gòu)和工作流程。其中包括設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)與硬件控制系統(tǒng)通過(guò)FPGA開(kāi)發(fā)板的結(jié)合，和對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的顯示。首先，對(duì)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行分析；其次對(duì)對(duì)硬件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行理論分析；最后，對(duì)軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行理論的分析。LED圖文顯示屏系統(tǒng)由軟件控制系統(tǒng)、硬件控制系統(tǒng)、LED顯示點(diǎn)陣、電源、FPGA開(kāi)發(fā)板等部分組成。</p><p>　　根據(jù)LED顯示屏的特性，并且經(jīng)過(guò)實(shí)際的驗(yàn)證來(lái)了解LED顯示屏的特性，結(jié)

28、合LED顯示屏其特性和經(jīng)過(guò)測(cè)試的LED顯示屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)選定需要用什么樣的驅(qū)動(dòng)控制芯片，設(shè)計(jì)一款該LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)控制電路，并且使用protel 99 畫圖軟件設(shè)計(jì)出LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)控制電路原理圖，制作一塊LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件。由于本課題設(shè)計(jì)的是基于FPGA的LED顯示屏控制器設(shè)計(jì)，所以在選用FPGA系列芯片是要考慮很多方面的問(wèn)題。例如，邏輯單元數(shù)、存儲(chǔ)單元數(shù)等等。結(jié)合這些問(wèn)題本設(shè)計(jì)使用Altera FPGA系列為EP2C5T

29、144C8N芯片制作的FPGA最小系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板。在對(duì)軟件設(shè)計(jì)時(shí)需要了解開(kāi)發(fā)板的相關(guān)知識(shí)并且確定選用什么樣的軟件開(kāi)發(fā)工具，設(shè)計(jì)軟件掃描控制部分。本課題設(shè)計(jì)選用的是Verilog語(yǔ)言編寫軟件掃描控制部分。最后，結(jié)合Verilog 語(yǔ)言設(shè)計(jì)的特點(diǎn)再結(jié)合設(shè)計(jì)的硬件電路的特點(diǎn)在Quartus Ⅱ開(kāi)發(fā)軟件上編寫Verilog HDL程序?qū)ED顯示屏的軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)LED顯示屏的掃描控制部分。結(jié)合前兩個(gè)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)加上軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)就可以制作出彩色

30、點(diǎn)陣控制器。圖1.1為彩色點(diǎn)陣控制器基本結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖1.1 彩色點(diǎn)陣控制器基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.2 硬件模塊設(shè)計(jì)論證</p><p>　　查找與LED顯示屏相關(guān)資料并了解，接下來(lái)需要確定使用什么芯片去驅(qū)動(dòng)LED顯示屏。本課題設(shè)計(jì)使用的是雙基色LED顯示屏，需要對(duì)LED顯示屏的行和列進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而且要選擇使用什么樣的驅(qū)動(dòng)控制方案非常重要

31、。</p><p>　　1.2.1 LED顯示屏驅(qū)動(dòng)控制方案的比較</p><p>　　方案一：串行控制驅(qū)動(dòng)方式通過(guò)一個(gè)串行輸入并行輸出的驅(qū)動(dòng)芯片。把將要顯示的數(shù)據(jù)通過(guò)串行的傳輸方式發(fā)送入驅(qū)動(dòng)芯片寄存器中寄存，通過(guò)程序?qū)π酒氖鼓苄盘?hào)端控制，控制數(shù)據(jù)的顯示。其特點(diǎn)是在制作電路板的時(shí)候線路連接簡(jiǎn)單點(diǎn)。這樣給電路板的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的方便，同時(shí)給調(diào)試電路板電路的時(shí)候減少了工作量。串行控制驅(qū)動(dòng)方式

32、芯片可選的有：74HC595和74LS595等等。但由于這些芯片在工作時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力很差，一般都用于對(duì)LED顯示屏列的驅(qū)動(dòng)。串行控制驅(qū)動(dòng)方式還有一個(gè)難點(diǎn)就是在軟件設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，進(jìn)行時(shí)鐘控制，對(duì)應(yīng)的把每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸，送入寄存器寄存。對(duì)于行驅(qū)動(dòng)方式相對(duì)比較容易，只要把在LED顯示屏的數(shù)據(jù)分時(shí)順序送出去，但是其驅(qū)動(dòng)能力就很弱，由于對(duì)LED顯示屏驅(qū)動(dòng)能力要大，可以在驅(qū)動(dòng)芯片和LED顯示屏之間加上三極管或者CMOS管來(lái)增強(qiáng)其驅(qū)動(dòng)能力。<

33、/p><p>　　方案二：并行控制驅(qū)動(dòng)方式是將顯示的數(shù)據(jù)通過(guò)并行口輸入到顯示屏，每送一個(gè)字節(jié)就能完成一個(gè)整個(gè)顯示屏一行的輸入。并行控制驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)刷新顯示屏的頻率快，這樣就降低對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求了。同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度上的加快相應(yīng)的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，想要使得系統(tǒng)更穩(wěn)定在制作電路的時(shí)候要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整線路的寬度?？梢圆捎?4HC373級(jí)聯(lián)的方式控制。而并行控制驅(qū)動(dòng)在制作電路板的時(shí)候工作量很大，由于輸入輸出的引腳數(shù)

34、相同，在焊孔和電路的數(shù)目上都有大量的增加，同時(shí)，也給調(diào)試電路板的時(shí)候帶了很大的難度。</p><p>　　根據(jù)本課題設(shè)計(jì)所買的LED顯示屏是共陽(yáng)的接法，并且考慮在制作電路板和調(diào)試帶來(lái)方便，本課題設(shè)計(jì)選用串入并出的控制方式設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.2 LED顯示屏驅(qū)動(dòng)方式芯片選定</p><p>　　通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)方式的比較，本課題設(shè)計(jì)選用了74HC59

35、5和74HC138芯片。在制作LED顯示屏的列驅(qū)動(dòng)芯片一般都使用74HC595芯片。74HC595是一款串行輸入并行輸出數(shù)據(jù)的移位寄存器芯片。74HC595芯片是通過(guò)11、12、13組合邏輯來(lái)控制對(duì)數(shù)據(jù)輸入、移位、儲(chǔ)存、輸出。制作16×16雙基色點(diǎn)陣屏?xí)r，要用到四片74HC595芯片，因?yàn)槭屑t燈和十六列綠燈，所以需要兩片74HC595芯片對(duì)16列為紅燈和兩片74HC595芯片對(duì)16位綠燈進(jìn)行亮滅的控制。對(duì)于LED顯示屏行的

36、控制驅(qū)動(dòng)芯片可以有很多選擇性?？梢愿鶕?jù)點(diǎn)陣屏的特點(diǎn)和自己的需求進(jìn)行選擇。對(duì)于共陽(yáng)的LED顯示屏使用74HC138芯片，結(jié)合用三極管設(shè)計(jì)的一個(gè)反相器電路，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED點(diǎn)陣屏的行進(jìn)行控制。對(duì)于共陰的LED顯示屏有很多種選擇，并且可以不用加反相器電路就可以對(duì)LED顯示屏的行進(jìn)行控制。</p><p>　　1.3 軟件控制模塊設(shè)計(jì)論證</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)使用的是FPGA開(kāi)發(fā)板最小系

37、統(tǒng)，所以使用了編程語(yǔ)言是Verilog。要通過(guò)Verilog語(yǔ)言描述對(duì)驅(qū)動(dòng)控制芯片進(jìn)行控制，如圖1.2為軟件控制整體設(shè)計(jì)思路圖。</p><p>　　圖1.2 軟件控制整體設(shè)計(jì)思路圖</p><p>　　注意：由于顯示屏不能在同一時(shí)刻顯示出來(lái)漢字，必須通過(guò)硬件控制電路和軟件控制系統(tǒng)的完美的結(jié)合才能顯示一個(gè)完整的漢字。為了能更好的顯示一個(gè)完整的漢字，必須用漢字取模軟件進(jìn)行取模，在數(shù)據(jù)傳輸

38、的時(shí)候要排整要發(fā)送數(shù)據(jù)的順序。同時(shí)在傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間上也要控制好，利用人眼視覺(jué)的惰性調(diào)整，讓每一次刷新顯示屏的時(shí)間剛好讓人眼感覺(jué)不出LED顯示屏有間斷性的亮滅。如果時(shí)間沒(méi)有調(diào)整好就會(huì)出現(xiàn)閃爍，造成顯示的效果不是很好。在確定使用什么驅(qū)動(dòng)方式后，結(jié)合LED顯示屏和芯片來(lái)分析數(shù)據(jù)的顯示，圖1.3為數(shù)據(jù)顯示等效圖。</p><p>　　圖1.3數(shù)據(jù)顯示等效圖</p><p>　　2 硬件驅(qū)動(dòng)電路設(shè)

39、計(jì)實(shí)現(xiàn)</p><p>　　從理論上分析LED顯示屏控制器后，根據(jù)選用的芯片設(shè)計(jì)一款控制器。從硬件電路的總體設(shè)計(jì)到個(gè)個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.1 硬件總體電路設(shè)計(jì)思路</p><p>　　經(jīng)過(guò)查找74HC138芯片的相關(guān)資料對(duì)其進(jìn)行研究，根據(jù)自己的研究在腦海里形成設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)使用74HC138芯片的7腳和9至15腳譯碼器八位數(shù)據(jù)輸出作為顯示屏行控制信

40、號(hào)輸出，控制顯示屏一行燈的亮滅；1至3腳二進(jìn)制編碼輸入端作為行控制信號(hào)的輸入，通過(guò)74HC138內(nèi)部電路的譯碼，控制行的亮滅；4腳和5腳輸入控制端和6腳輸入控制端作為芯片工作的使能控制端，控制74HC138芯片譯碼。使用74HC595芯片的15腳和1至7腳并行八位數(shù)據(jù)輸出作為顯示屏列數(shù)據(jù)的輸出，來(lái)控制顯示屏的十六列燈的亮滅；9腳級(jí)聯(lián)輸出端作為數(shù)據(jù)輸入；10腳復(fù)位端，因?yàn)榈碗娖接行В恍枰褦?shù)據(jù)清除，把復(fù)位端直接VCC；11腳移位寄存器數(shù)

41、據(jù)移位時(shí)鐘輸入端作為移位寄存器芯片控制數(shù)據(jù)移位信號(hào)；12腳移位寄存器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入端作為移位寄存器芯片數(shù)據(jù)寄存信號(hào)控制端；13腳移位寄存器使能作為輸入的數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上，因?yàn)槭鼓芸刂菩盘?hào)是低電平有效，為了使電路設(shè)計(jì)和在編寫程序簡(jiǎn)單，把13腳直接GND；14腳串行數(shù)據(jù)輸出端作為芯片級(jí)聯(lián)端，實(shí)現(xiàn)更多數(shù)據(jù)的級(jí)聯(lián)。</p><p>　　2.2 硬件電路總體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本課題設(shè)

42、計(jì)用的是8×8的雙基色點(diǎn)陣屏，使用四塊點(diǎn)陣屏經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)組合成的16×16 LED點(diǎn)陣屏用來(lái)顯示漢字和圖片，所謂的16×16，是每一個(gè)漢字在縱、橫行各用16像素點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)顯示，滿足了本次設(shè)計(jì)的要求。由于本次使用的點(diǎn)陣屏是雙基色的，所以要用四個(gè)74HC595芯片通過(guò)級(jí)聯(lián)的方式控制十六列紅和十六列綠燈的亮滅，再用兩塊74HC138芯片級(jí)聯(lián)的方式組合成4-16譯碼器對(duì)十六行進(jìn)行控制。用兩片74HC138芯片的4腳和6

43、腳相連對(duì)兩塊74HC138進(jìn)行片選，而兩片74HC138芯片的八位輸出管腳與點(diǎn)陣屏的十六行的控制腳相連。由于本課題設(shè)計(jì)使用的雙基色點(diǎn)陣屏是共陽(yáng)的接法，所以對(duì)點(diǎn)陣屏行控制輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行取反，經(jīng)過(guò)取反再輸出，輸出的數(shù)據(jù)就能對(duì)點(diǎn)陣屏依次進(jìn)行某一行的控制。通過(guò)四片74HC595芯片上的11腳聯(lián)在一起，再加上12腳并聯(lián)。而四塊74HC595是通過(guò)9腳級(jí)聯(lián)十四腳實(shí)現(xiàn)了32位數(shù)據(jù)的輸入。所以通過(guò)74HC595芯片的9腳、11腳和12腳組合在一起，就能

44、對(duì)LED點(diǎn)陣屏的16列紅色和綠色的LED燈的亮滅進(jìn)行控制。</p><p>　　2.3 硬件電路制作過(guò)程</p><p>　　使用protel 99 畫圖軟件畫硬件原理圖，protel 99軟件是ProklTechnology公司開(kāi)發(fā)的一款畫圖軟件，它可以進(jìn)行電路原理圖設(shè)計(jì)和單層或雙層印刷電路板設(shè)計(jì)。該軟件中的元器件的封裝是有限的，再加上現(xiàn)在市面上的器件的形狀各種各樣，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和PC

45、B電路圖設(shè)計(jì)時(shí)，必須先畫好相應(yīng)的元器件封裝并更新到元器件庫(kù)當(dāng)中，才能完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)。圖2.1為硬件電路開(kāi)發(fā)流程。</p><p>　　圖2.1硬件電路開(kāi)發(fā)流程</p><p>　　設(shè)計(jì)原理圖：根據(jù)選用的74HC138和74HC595芯片的功能設(shè)計(jì)一款驅(qū)動(dòng)控制電路。打開(kāi)protel 99軟件新建一個(gè)原理圖文件，根據(jù)課題設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的原理圖，在左側(cè)的元器件庫(kù)中找到相應(yīng)的元器件圖，按照一定的順序

46、排列。排列好后，把相應(yīng)的管腳連接，雙擊原理圖中器件圖，彈出對(duì)話框，如圖2.2所示，在Footprint選項(xiàng)中填入相應(yīng)的元器件封裝的名字。把每一個(gè)器件的封裝設(shè)定好后，更新PCB，點(diǎn)擊設(shè)計(jì)標(biāo)題欄下的子標(biāo)題，完成了電路圖PCB更新。</p><p>　　圖2.2 封裝管腳設(shè)置</p><p>　　設(shè)計(jì)PCB圖：更新PCB圖后，對(duì)PCB圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，把器件進(jìn)行布局，再根據(jù)自己的需要對(duì)電源線和信號(hào)線進(jìn)

47、行參數(shù)設(shè)置。設(shè)置GND和VCC線的線寬，再對(duì)其它線的線寬進(jìn)行設(shè)置，并且要對(duì)焊孔和線的進(jìn)行安全距離設(shè)置。一般GND和VCC的線寬比其它線要寬，這樣通電效果更好，線太細(xì)，很微小的一個(gè)斷開(kāi)的地方人肉眼是很難看出來(lái)的，在對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候很難發(fā)現(xiàn)，給電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)帶來(lái)困難，而且通電信號(hào)不太好。設(shè)置好線寬后，再設(shè)置焊孔的大小，如果焊孔設(shè)置的太小，在打孔的時(shí)候會(huì)把銅邊打沒(méi)，焊接就非常困難。設(shè)置好這些后，開(kāi)始進(jìn)行布線，布線時(shí)要注意不要走直線。因?yàn)楸?/p>

48、課題設(shè)計(jì)的線路比較多，如果采用單面布局就有很多的跳線，所以選擇了制作雙面板布局的方式。</p><p>　　轉(zhuǎn)印PCB：把設(shè)計(jì)的PCB原理圖打印時(shí)，要注意本課題設(shè)計(jì)制作的是雙層板，在打印頂層電路圖時(shí)，要對(duì)頂層電路進(jìn)行鏡像處理，這樣做是為了把頂層電路的所用焊孔與地層電路焊孔對(duì)應(yīng)，如果沒(méi)有對(duì)頂層電路進(jìn)行鏡像處理，就不能使其對(duì)應(yīng)。把打印好的地層PCB圖轉(zhuǎn)印到銅板上，需要高溫轉(zhuǎn)印機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)印。再根據(jù)制作雙面板的步驟，在一面

49、已經(jīng)轉(zhuǎn)印好的電路板上，打幾個(gè)固定的孔(至少三個(gè)點(diǎn))，再在頂層的PCB圖紙找到與電路板上對(duì)應(yīng)的孔，用鐵絲穿過(guò)PCB圖紙中對(duì)應(yīng)的孔，再穿過(guò)電路板上的孔。完成后，就固定PCB圖紙并把它放入高溫轉(zhuǎn)印機(jī)上轉(zhuǎn)印。</p><p>　?。?）腐蝕和打孔：完成后就開(kāi)始腐蝕電路板，腐蝕后涂上松香，是為了防止氧化線路。腐蝕完后開(kāi)始打孔，根據(jù)前面設(shè)置好的焊盤大小選用相應(yīng)的打孔針打孔，在打孔時(shí)要注意對(duì)準(zhǔn)焊盤的中心，不然會(huì)把焊盤打沒(méi)，這樣

50、會(huì)給焊接帶來(lái)困難。雙面板進(jìn)行對(duì)孔的時(shí)候是有偏差的，所以在打孔的時(shí)候需要看焊孔是否有線連接。如果一面有線連接另一面沒(méi)有線連接，就對(duì)有線連接的那一面進(jìn)行打孔，這樣能為焊接帶來(lái)方便。如果只針對(duì)一面打孔，由于轉(zhuǎn)印雙層電路圖產(chǎn)生的誤差，在打孔時(shí)，把另一面需要焊接的焊盤打掉，焊接困難。打孔完后，再一次確定焊孔是否去不都打了沒(méi)，確定無(wú)誤后才可進(jìn)行下一步驟。</p><p>　?。?）焊接元器件：本次硬件制作的是雙面板，首先必須

51、把所有兩面需要焊接的焊孔。對(duì)照原理圖，用鐵絲把每個(gè)兩面需要焊接的焊孔用鐵絲接好，對(duì)其進(jìn)行焊接，在焊接時(shí)為了確保每個(gè)焊空都是導(dǎo)通的，焊接完一個(gè)必須用萬(wàn)用表對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。焊完后，再對(duì)照原理圖，把相應(yīng)的器件插入相應(yīng)的位置，對(duì)器件進(jìn)行焊接。要特別注意個(gè)個(gè)元器件的管腳的是否對(duì)應(yīng)，確定無(wú)誤后才能開(kāi)始焊接。</p><p>　　2.4 硬件行驅(qū)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)用到了兩片

52、74HC138芯片控制16行的選通，查找相關(guān)資料并分析了該芯片的管腳功能。根據(jù)本課題設(shè)計(jì)的要求把兩片74HC138芯片通過(guò)級(jí)聯(lián)的方式連接：把第一片74HC138芯片5腳和6腳分別接GND和VCC；第二片74HC138芯片的4腳和5腳接GND；兩片74HC138芯片的4腳和6腳聯(lián)起引出一根輸入腳D，其它三根腳為A、B、C，組合成4-16譯碼器，如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 4-16譯碼器</

53、p><p>　　當(dāng)給兩片74HC138組合設(shè)計(jì)出的4-16譯碼器的A至D腳二進(jìn)制編碼輸入端輸入0至15的二進(jìn)制值，通過(guò)兩片74HC138組合設(shè)計(jì)出的4-16譯碼器通過(guò)譯碼，就能對(duì)LED顯示屏的十六行進(jìn)行控制。如圖2.3所示，想要先讓U21進(jìn)行譯碼，給D置0就可以對(duì)其進(jìn)行譯碼控制。想要讓U22進(jìn)行譯碼，給D置1，就可以對(duì)其進(jìn)行譯碼控制。結(jié)合A、B、C三根二進(jìn)制輸入端賦值，再結(jié)合設(shè)計(jì)的反相器電路，如圖2.4所示。就可以完

54、整的控制共陽(yáng)點(diǎn)陣屏的十六行的掃描。</p><p><b>　　VCC</b></p><p><b>　　Vin </b></p><p><b>　　RL</b></p><p><b>　　GND </b></p><p&g

55、t;　　圖2.4 反相器電路圖</p><p>　　當(dāng)給B極Vin輸入端一個(gè)高電平，由于三極管的E極接VCC是的三極管不能導(dǎo)通，當(dāng)在E極和B極之間加上一個(gè)很大的上拉電阻，通過(guò)上拉電阻的作用把B極的高電平變?yōu)榈碗娖?，從而使得三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，使得接在LED顯示屏上的C極輸出低電平。反之，則輸出低電平。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)使用的點(diǎn)陣顯示屏是共陽(yáng)的接法，所以還需要設(shè)計(jì)一款反相器電路

56、（如圖2.4所示）對(duì)譯碼器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行取反。通過(guò)反相器電路與74HC138芯片的結(jié)合才能使得顯示屏顯示并對(duì)其行進(jìn)一行一行的控制，表2.1為兩片74HC138芯片結(jié)合反相器電路輸出的真值表。 </p><p>　　表2.1 兩片74HC138芯片結(jié)合反相器輸出的真值表</p><p>　　2.5 硬件列驅(qū)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)使用四片74

57、HC595芯片并行輸出32位數(shù)據(jù)用于控制16列紅燈和16列綠燈的亮滅，通過(guò)查找相關(guān)資料對(duì)該芯片的管腳功能進(jìn)行分析。根據(jù)本課題設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求把四片74HC595芯片通過(guò)級(jí)聯(lián)的方式連接：四片74HC595芯片的11腳聯(lián)在起引出一根移位時(shí)鐘輸入腳SCK；四片74HC595芯片的12腳聯(lián)在起引出一根存儲(chǔ)器鐘輸入腳RCK；第一片芯片的9腳和第二片的14腳相連，第二片芯片的9腳和第三片的14腳，第三片芯片的9腳和第四片的14腳相連。相連組合成對(duì)32

58、位數(shù)據(jù)的移位寄存器，接法如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 32位數(shù)據(jù)的移位寄存器</p><p>　　當(dāng)給14腳輸入32位串行數(shù)據(jù)后，給以為控制信號(hào)SCK輸入一個(gè)高電平，通過(guò)調(diào)用延時(shí)程序，32位數(shù)據(jù)通過(guò)移位控制信號(hào)，分別移入四片74HC595芯片中。數(shù)據(jù)移完后，給寄存控制信號(hào)RCK一個(gè)高電平把32位數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，通過(guò)13腳使能控制信號(hào)端接GND就把數(shù)據(jù)并行輸出。</p&

59、gt;<p>　　2.6 點(diǎn)陣屏模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)</p><p>　　隨著科技的進(jìn)步和迅速發(fā)展，使得半導(dǎo)體材料的制造技術(shù)和對(duì)半導(dǎo)體材料加工技術(shù)的不斷成熟和完善，從而在制造各種不同的半導(dǎo)體材料越來(lái)越容易，使得LED顯示屏的種類很多，從型號(hào)到種類再到像素的大小。目前，在市場(chǎng)上見(jiàn)到的LED點(diǎn)陣屏有單基色和雙基色、三基色。顯示屏用紅、綠、藍(lán)作為制作顯示屏顏色的基礎(chǔ)，在軟件的控制下，使用一種特定的控制方式可以使雙

60、基色顯示屏和三基色顯示屏顯示出很多種不同的顏色。三基色顯示屏可顯示由黑到白的可見(jiàn)光，色彩飛非常豐富。由于LED點(diǎn)陣屏有多種規(guī)格，可以根據(jù)自己的需要選擇，這樣為制作多大型的顯示屏帶來(lái)了方便。根據(jù)組成LED顯示屏顏色的數(shù)目可分為單色、雙色、三色，根據(jù)顏色的不同可以選擇制作單色顯示屏還是彩色顯示屏。如果想顯示一種顏色的字，可以選用單色點(diǎn)陣屏制作顯示屏；如果顯示多種顏色文字額圖片，可以雙色和三色矩陣塊制作的顯示屏。單色有很多種顏色，如紅、綠、黃

61、，藍(lán)色等單色。雙色和三色顯示屏顯示內(nèi)容的顏色可以根據(jù)不同顏色的發(fā)光二極體組合，如紅和綠組合可顯示黃色或橙色，這是根據(jù)自己設(shè)計(jì)的軟件而定的。目前使用較多的軟件控制方式為脈沖寬度控制法，是控制脈沖的占空大小的方式控制二極體的點(diǎn)亮</p><p>　　圖2.6 單色LED矩陣的接法</p><p>　　點(diǎn)陣屏的雙基色和三基色按電路的接法分為共陰和共陽(yáng)兩種接法。不同的接法對(duì)于驅(qū)動(dòng)芯片和設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路

62、也有不同的要求，所以在制作驅(qū)動(dòng)大型的點(diǎn)陣屏必須知道點(diǎn)陣內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。下面以雙基色的接法為例，如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 LED點(diǎn)陣共陽(yáng)接法</p><p>　　共陽(yáng)雙基色點(diǎn)陣屏共有24根管腳，8根共陽(yáng)端，8根是控制紅燈亮，8根是控制綠燈亮。而共陰的接法剛好與共陽(yáng)的接法相反。當(dāng)把共陽(yáng)的雙基色點(diǎn)陣屏8根接共陽(yáng)一端接一定的高電平，另外十六根管腳給低電平，就會(huì)顯示橙色的。<

63、/p><p>　　本課題設(shè)計(jì)使用了四塊8×8點(diǎn)陣屏。通過(guò)對(duì)點(diǎn)陣屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析，點(diǎn)陣屏按內(nèi)部結(jié)構(gòu)接法可分為共陰和共陽(yáng)兩種接法。通過(guò)使用萬(wàn)用表測(cè)試出本課題設(shè)計(jì)使用點(diǎn)陣屏為共陽(yáng)的接法，如圖2.7所示。通過(guò)對(duì)使用的芯片的分析，再結(jié)合點(diǎn)陣屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出用四塊8×8矩陣塊實(shí)現(xiàn)16×16的點(diǎn)陣屏，如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 顯示屏的接法</p&g

64、t;<p>　　本課題設(shè)計(jì)用的是紅和綠兩種顏色組成的雙色點(diǎn)陣。如圖2.8所示，R1-R16為紅色發(fā)光二級(jí)管的控制引腳；G1-G16為綠色發(fā)光二級(jí)管的控制引腳；L1-L16為紅色綠發(fā)光二級(jí)管共陽(yáng)的控制引腳。當(dāng)個(gè)紅色發(fā)光二極管的控制引腳低電平，給紅色和綠色共陽(yáng)的控制引腳高電平，發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)出紅色的光。當(dāng)個(gè)綠色發(fā)光二極管的控制引腳低電平，給紅色和綠色共陽(yáng)的控制引腳高電平，發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)出綠色的光。當(dāng)個(gè)紅色和綠色發(fā)光二極管的

65、控制引腳低電平，給紅色和綠色共陽(yáng)的控制引腳高電平，發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)出橙色或黃色的光。顏色的不同是與發(fā)光二極管的亮度有關(guān)。</p><p>　　測(cè)試共陽(yáng)和共陽(yáng)的步驟：</p><p>　?。?）把萬(wàn)用表轉(zhuǎn)到二極檔位；</p><p>　?。?）把萬(wàn)用表的任意表筆接在8×8點(diǎn)陣塊的任意引腳；</p><p>　?。?）把另一只表筆依次在

66、8×8點(diǎn)陣塊的所有引腳接觸，看是否有發(fā)光二極管點(diǎn) 亮。如果只有一種顏色的燈亮，則把兩只表筆對(duì)換；</p><p>　?。?）把對(duì)換的表筆依次在8×8點(diǎn)陣塊所有引腳接觸，看是否有兩種顏色的燈亮。如果有，則看是哪只表筆接在固定腳的一端。如果是紅色表筆，則是共陽(yáng)的接法；如果是黑色表筆，則是共陰的接法。</p><p>　　3 軟件掃描控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)</p&

67、gt;<p>　　本課題設(shè)計(jì)使用了FPGA最小系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板，F(xiàn)PGA系列為EP2C5T144C8N芯片。為了能夠更好地設(shè)計(jì)出LED顯示屏掃描控制部分，必須對(duì)FPGA最小系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板有一定的了解。FPGA系列為EP2C5T144C8N芯片擁有89個(gè)可編引腳可用于輸入和輸出；2個(gè)鎖相環(huán)，用于分配和倍頻用。本課題設(shè)計(jì)就要用到時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，而且是個(gè)難點(diǎn)；8個(gè)時(shí)鐘輸入端（50MHz），用于時(shí)鐘的輸入，對(duì)編寫的程序和電路設(shè)計(jì)運(yùn)

68、行進(jìn)行控制；119808比特隨機(jī)存儲(chǔ)器，用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，可以隨意取出或存入數(shù)據(jù)；4608個(gè)邏輯單元，可以對(duì)數(shù)據(jù)或文件資源進(jìn)行訪問(wèn)。FPGA最小系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板上配置了EPROM芯片使用EPCS4，大小為4Mbit：用來(lái)存儲(chǔ)下載后程序文件了，連接在AS下載口。下載程序后，可保存到EPROM中，只要不對(duì)其進(jìn)行擦除，可循環(huán)使用；50MHz有源晶振一片：可以供給程序的時(shí)鐘輸入；八個(gè)貼片發(fā)光二極管，可用于測(cè)試程序調(diào)試；復(fù)位開(kāi)關(guān)：對(duì)下載的程序進(jìn)行清空，但

69、對(duì)EPROM中的數(shù)據(jù)不能清空；電容，用于電源濾波，穩(wěn)壓。JTGA下載口和AS下載口，對(duì)已編譯完成的程序或電路設(shè)計(jì)進(jìn)行下載，還有兩塊穩(wěn)壓芯片給輸出的電壓進(jìn)</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)語(yǔ)言使用的是Verilog語(yǔ)言編寫軟件程序設(shè)計(jì)軟件部分，經(jīng)過(guò)查找相關(guān)書籍了解到Verilog語(yǔ)言編程的特點(diǎn)，這樣可以在編寫程序很有幫助。本課題設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)，是結(jié)合對(duì)硬件控制電路的設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并通過(guò)分步調(diào)試實(shí)現(xiàn)

70、了各個(gè)模塊，然后結(jié)合分步調(diào)試實(shí)現(xiàn)的代碼，并且濤考慮到時(shí)序邏輯問(wèn)題，結(jié)合這些進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。軟件主要部分包括兩個(gè)模塊：存儲(chǔ)和發(fā)送數(shù)據(jù)模塊和LED顯示屏控制掃描模塊。</p><p>　　3.1 軟件設(shè)計(jì)總體思路</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)結(jié)合Verilog語(yǔ)言編寫軟件程序，通過(guò)對(duì)LED顯示屏控制器的設(shè)計(jì)的分析。根據(jù)74HC138和74HC595芯片的分析，編寫軟件掃描

71、控制部分。對(duì)行掃描控制需要對(duì)74HC138的A、B、C、D四線進(jìn)行賦二進(jìn)制數(shù)值，再根據(jù)列控制信號(hào)對(duì)74HC595的數(shù)據(jù)輸入端進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，并給74HC595的移位控制信號(hào)和寄存控制信號(hào)賦0或1。賦值方式是當(dāng)一行數(shù)據(jù)輸入后，每移位一個(gè)數(shù)據(jù)給一個(gè)移位信號(hào)，移位三十二次后給一個(gè)寄存器寄存控制信號(hào)把數(shù)據(jù)寄存。為了使行控制信號(hào)與列控制信號(hào)同步，采用返回值的方式實(shí)現(xiàn)十六行數(shù)據(jù)的讀取。動(dòng)態(tài)掃描是采用當(dāng)?shù)谝淮嗡⑿峦觑@示屏，給一定的延時(shí)后，第二次刷新顯示

72、屏?xí)r把第一行的數(shù)據(jù)給第二行控制信號(hào)，多次循環(huán)就實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描控制技術(shù)。還需要一個(gè)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和發(fā)送模塊，當(dāng)掃描控制模塊個(gè)一個(gè)信號(hào)，就把相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送到掃描控制模塊中，就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)軟件掃描控制設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)思路總體流程圖，如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 軟件設(shè)計(jì)思路總體流程圖</p><p>　　3.2 軟件設(shè)計(jì)總體實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的軟件

73、掃描控制系統(tǒng)主要包括：分配器模塊、動(dòng)態(tài)控制模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和發(fā)送模塊和顯示屏掃描控制模塊。整體軟件設(shè)計(jì)電路圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2整體軟件設(shè)計(jì)電路圖</p><p>　　3.3 軟件設(shè)計(jì)過(guò)程</p><p>　　QuartusⅡ開(kāi)發(fā)軟件是Altera公司在二十一世紀(jì)初針對(duì)自己公司生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列集成開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)的一款開(kāi)發(fā)工具軟件。Quar

74、tusⅡ開(kāi)發(fā)工具是在Altera公司前一代開(kāi)發(fā)工具M(jìn)AX+PLUS Ⅱ上改進(jìn)和發(fā)展的產(chǎn)物。它能夠提供完美的多平臺(tái)設(shè)計(jì)環(huán)境，并且可以輕松滿足設(shè)計(jì)者特定設(shè)計(jì)的需要。它是單片可編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合性環(huán)境和單片可編程系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基本設(shè)計(jì)工具，圖3.3為軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程圖。</p><p>　　圖3.3 軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程圖</p><p>　　程序編寫：根據(jù)對(duì)QuartusⅡ軟件的了解和所學(xué)習(xí)的Veri

75、log語(yǔ)言的使用規(guī)則編寫相關(guān)軟件程序。在QuartusⅡ軟件上可以進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、底層電路設(shè)計(jì)、波形仿真設(shè)計(jì)等多種，而且可以混合設(shè)計(jì)。打開(kāi)QuartusⅡ軟件新建工程，再在工程文件中新建一個(gè)文本輸入程序設(shè)計(jì)文件。本課題需要進(jìn)行底層電路設(shè)計(jì)，所以對(duì)文本輸入程序設(shè)計(jì)文件進(jìn)行創(chuàng)建一個(gè)底層電路設(shè)計(jì)。點(diǎn)擊File，彈出File下的子目錄，選擇Create updata按鍵，在Create updata下的子按鍵中選則Create symbol fi

76、le for current file，則會(huì)彈出，表示底層文件創(chuàng)建成功。</p><p>　　程序編譯：由Verilog硬件描述語(yǔ)言編寫程序和底層電路圖設(shè)計(jì)以及波形仿真設(shè)計(jì)進(jìn)行編譯。由于程序設(shè)計(jì)和底層電路設(shè)計(jì)編譯后，不能直接看到設(shè)計(jì)的結(jié)果，只能看到錯(cuò)誤和警告，通常通過(guò)建立仿真文件，進(jìn)行仿真，看效果是否與自己設(shè)計(jì)預(yù)想的結(jié)果相符合。對(duì)編寫好的文件進(jìn)行編譯時(shí)，要對(duì)自己編寫的程序進(jìn)行檢查，確定無(wú)誤后，點(diǎn)擊按鍵，就對(duì)設(shè)計(jì)的

77、程序文件和底層電路設(shè)計(jì)進(jìn)行編譯。編譯完成后會(huì)彈出該對(duì)話框，彈出該對(duì)話并出現(xiàn)警告，但并不是錯(cuò)誤，這樣還是表示編譯成功；彈出對(duì)話框，則程序有錯(cuò)誤，在文本程序輸入窗口下有一個(gè)錯(cuò)誤顯示窗口如圖3.4，在該對(duì)話框找到錯(cuò)誤并雙擊，則會(huì)跳到錯(cuò)誤的地方，對(duì)其進(jìn)行修改。再一次進(jìn)行編譯，沒(méi)有出現(xiàn)錯(cuò)誤提示表示編譯成功。</p><p>　　圖3.4 錯(cuò)誤提示窗口</p><p>　　仿真測(cè)試：利用Quartus

78、Ⅱ軟件的仿真文件根據(jù)所需要的結(jié)果進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，這樣做更能驗(yàn)證設(shè)計(jì)的結(jié)果與自己設(shè)計(jì)的硬件所顯示的結(jié)果相同。仿真測(cè)試又分為功能仿真和時(shí)序仿真。功能仿真可以直接對(duì)編寫程序設(shè)計(jì)、底層電路圖設(shè)計(jì)及其它的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行的仿真測(cè)試，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)者所設(shè)計(jì)的程序和電路圖設(shè)計(jì)的功能和效果與設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)硬件器件的功能和效果相符合，但進(jìn)行功能仿真運(yùn)行的結(jié)果與設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的硬件器件運(yùn)行的結(jié)果誤差相差很大。時(shí)序仿真是為了使仿真的結(jié)果更能夠接近設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的硬件器件

79、運(yùn)行結(jié)果，并且設(shè)計(jì)者在做時(shí)序仿真，設(shè)計(jì)者必須對(duì)仿真文件中具體的器件做出參數(shù)的設(shè)置才能得到測(cè)試結(jié)果，但由于時(shí)序仿真的仿真時(shí)間非常長(zhǎng)，根據(jù)自己的需要考慮選擇使用。本課題使用了功能仿真，新建一個(gè)仿真文件，雙擊區(qū)域，彈出對(duì)話框如圖3.5所示，然后點(diǎn)擊圖3.5所示的按鍵，又彈出對(duì)話框如圖3.6所示，設(shè)置參數(shù)如圖3.6所示，點(diǎn)擊List，把所需要的管腳放入仿真文件中，再對(duì)管腳進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，設(shè)置完后點(diǎn)擊對(duì)仿真文件進(jìn)行仿真，查看結(jié)果。</p&g

80、t;<p>　　圖3.5 仿真文件參數(shù)設(shè)置 圖3.6 添加管腳對(duì)話框</p><p>　　配置：在下載文件時(shí)，設(shè)計(jì)者需要設(shè)定所需要的參數(shù)將編譯后產(chǎn)生的下載文件能夠下載到指定的目標(biāo)芯片上，再結(jié)合設(shè)計(jì)者所設(shè)計(jì)的硬件的結(jié)合最終能產(chǎn)生與實(shí)際相符合的效果。</p><p>　　編程下載：使用Quartus Ⅱ生成的下載文件需要通過(guò)專用的驅(qū)動(dòng)接口才能下

81、載到芯片上。先通過(guò)USB口與筆記本電腦連接，并且裝上相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)；再通過(guò)一個(gè)USB轉(zhuǎn)JTGA口相連接；最后JTAG下載口與FPGA最小系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板。把編譯成功生成的編程文件通過(guò)編程器下載目標(biāo)器件，以便進(jìn)行硬件調(diào)試和驗(yàn)證設(shè)計(jì)的結(jié)果。</p><p>　　通過(guò)下載器下載到FPGA開(kāi)發(fā)板，把硬件電路與FPGA開(kāi)發(fā)板相應(yīng)的引腳相連接，看效果是否符合，進(jìn)而完成課題的軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.4

82、 存儲(chǔ)和發(fā)送數(shù)據(jù)的模塊</p><p>　　圖3.7 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)送模塊</p><p>　　點(diǎn)陣基本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)送模塊的作用是存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)控制信號(hào)把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)掃描控制模塊中，兩個(gè)模塊之間要在時(shí)間上控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，表3.1為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)發(fā)送模塊端口定義。</p><p>　　表3.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)送模塊端口定義</p><p>　　該模

83、塊是在QuartusⅡ軟件中生成的一個(gè)底層電路圖，模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)三十二位數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)的發(fā)送。圖3.7所示的data[31:0]為數(shù)據(jù)的輸出口，當(dāng)給一個(gè)高電平時(shí)，控制端口模塊返回一個(gè)q[3:0]的數(shù)字，通過(guò)返回值的方式取出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)就會(huì)送入LED顯示屏控制模塊。部分程序：</p><p>　　input clk;//時(shí)鐘輸入</p><p>　　input[3:0] q;//控制數(shù)據(jù)輸

84、入端</p><p>　　function[31:0] data;//返回一個(gè)32位數(shù)據(jù)</p><p>　　input[3:0] in; //返回值輸入信號(hào)</p><p><b>　　begin </b></p><p><b>　　case (in)</b></p><

85、;p>　　0 : begin data='h00ffff00;end //第一行數(shù)據(jù)</p><p>　　1 : begin data='h00ffff00;end //第二行數(shù)據(jù)</p><p>　　2 : begin data='h000ff000;end //第三行數(shù)據(jù)</p><p>　　3 : beg

86、in data='h000ff000;end //第四行數(shù)據(jù)</p><p>　　4 : begin data='h007ffc00;end //第五行數(shù)據(jù)</p><p>　　5 : begin data='h007ffc00;end //第六行數(shù)據(jù)</p><p>　　6 : begin data='h000ff

87、000;end //第七行數(shù)據(jù)</p><p>　　7 : begin data='h000ff000;end //第八行數(shù)據(jù)</p><p>　　8 : begin data='h007ffc00;end //第九行數(shù)據(jù)</p><p>　　9 : begin data='h007ffc00;end //第十行數(shù)據(jù)<

88、;/p><p>　　10 : begin data='h000ff000;end //第十一行數(shù)據(jù)</p><p>　　11 : begin data='h000ff000;end //第十二行數(shù)據(jù)</p><p>　　12 : begin data='h00ffff00;end //第十三行數(shù)據(jù)</p><p&g

89、t;　　13 : begin data='h00ffff00;end //第十四行數(shù)據(jù)</p><p>　　14 : begin data='h00000000;end //第十五行數(shù)據(jù)</p><p>　　15 : begin data='h00000000;end //第十六行數(shù)據(jù)</p><p>　　endfunction &

90、lt;/p><p>　　always@(posedge clk) </p><p><b>　　begin </b></p><p>　　case(number) </p><p>　　4'd0: data1<=data(q[3:0]); //32位數(shù)據(jù)發(fā)送控制信號(hào)</p><p&

91、gt;　　number=number+1;</p><p>　　if(number==1) number<=0; //case循環(huán)執(zhí)行語(yǔ)句清零 </p><p><b>　　end</b></p><p>　　endmodule </p><p>　　3.5 顯示屏掃描控制模塊

92、

93、

94、 </p><p>　　圖3.8 顯示屏掃描控制模塊</p><p>　　點(diǎn)陣基本掃描模塊的作用是存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)控制信號(hào)把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)掃描控制模塊中，再通過(guò)掃描控制模塊對(duì)74HC595進(jìn)行控制，從而控制顯示屏。A、B、C、D 、為行選端口，SCK、RCK為列控制端口，表3.2為掃描控制模塊端口定義。</p>&l

95、t;p>　　表3.2為掃描控制模塊端口定義</p><p>　　該模塊是在QuartusⅡ軟件中生成的一個(gè)底層電路，該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)三十二位數(shù)據(jù)的移位和數(shù)據(jù)的寄存。圖3.8所示的data[31:0]為數(shù)據(jù)的輸入口，把輸入的32位數(shù)據(jù)分別給R，通過(guò)case語(yǔ)句執(zhí)行，分別把32位數(shù)據(jù)移入以為寄存器，再通過(guò)RCK寄存器信號(hào)控制信號(hào)，把數(shù)據(jù)寄存，再通過(guò)行控制信號(hào)把對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在LED顯示屏。部分程序： </p

96、><p>　　always @(posedge clk)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　case(count)</p><p>　　0:begin SCK=0; R=data[0];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第一位數(shù)據(jù)</p><p>　　1

97、:SCK=1;//打開(kāi)移位寄存器以為信號(hào)</p><p>　　2:begin SCK=0; R=data[1];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第二位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　3:SCK=1;</b></p><p>　　4:begin SCK=0; R=data[2];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第三

98、位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　5:SCK=1;</b></p><p>　　6:begin SCK=0; R=data[3];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第四位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　7:SCK=1;</b></p><p>　　8: begin SCK=0;

99、 R=data[4];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第五位數(shù)據(jù)</p><p>　　9 :SCK=1;</p><p>　　10 : begin SCK=0; R=data[5];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第六位數(shù)據(jù)</p><p>　　11 :SCK=1;</p><p>　　12 : begin

100、SCK=0; R=data[6];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第七位數(shù)據(jù)</p><p>　　13 :SCK=1;</p><p>　　14 : begin SCK=0; R=data[7];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第八位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　.</b></p><p>

101、;<b>　　.</b></p><p><b>　　.</b></p><p>　　62 :begin SCK=0; R=data[31];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第三十二 位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　63:SCK=1;</b></p><p&g

102、t;<b>　　endcase</b></p><p>　　if(count==64)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　q=q+1;//控制數(shù)據(jù)輸入同步標(biāo)志位</p><p>　　count=0;//對(duì)case語(yǔ)句清零</p><p>　　

103、RCK=1; //寄存器寄存控制信號(hào)打開(kāi)，對(duì)32位數(shù)據(jù)寄存</p><p>　　hang=hang+1;//行控制信號(hào)</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　begin </b></p&g

104、t;<p>　　RCK=0; //寄存器寄存控制信號(hào)關(guān)閉 </p><p>　　count=count+1;//對(duì)32位數(shù)據(jù)依次執(zhí)行控制信號(hào)</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　assign B=hang[1];

105、賦值語(yǔ)句，第二位行控制信號(hào)，二進(jìn)制編碼</p><p>　　assign C=hang[2];賦值語(yǔ)句，第三位行控制信號(hào)，二進(jìn)制編碼</p><p>　　assign D=hang[3];賦值語(yǔ)句，可進(jìn)行對(duì)74HC138進(jìn)行片選。</p><p>　　該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏的掃描，控制顯示屏顯示文字、圖文等。圖3.8所示中的data[31:0]為數(shù)據(jù)接收端，數(shù)據(jù)接收后，

106、通過(guò)一個(gè)case語(yǔ)句，分別把32位數(shù)據(jù)給R，再通過(guò)SCK移位控制信號(hào)和RCK寄存器控制信號(hào)的結(jié)合，把數(shù)據(jù)送入顯示屏，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏的掃描和控制。</p><p>　　3.6 LED顯示屏灰度實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種狀態(tài)的顯示。LED顯示屏靜態(tài)顯示是通過(guò)控制流過(guò)LED發(fā)光二極管的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)光的亮度。由于本課題設(shè)計(jì)使用的有紅和綠組合成的雙基色點(diǎn)陣塊，在顯示

107、時(shí)，紅色的燈相對(duì)要亮一些。動(dòng)態(tài)控制方法是利用人眼的惰性，把每個(gè)LED發(fā)光二極管通過(guò)調(diào)節(jié)其發(fā)光的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)各種不同顏色。這種方法只要控制流過(guò)LED發(fā)光二極管的電流時(shí)間的長(zhǎng)短。在LED發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，只要刷新頻率達(dá)到一定的高度，人的眼睛就不能感覺(jué)出LED燈在閃爍。本課題是對(duì)十六行逐行掃描的，所以是采用十六分之一的掃描控制方式。</p><p>　　考慮到實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)效果時(shí)，刷新顯示屏是間斷性的，中間顯示屏的亮滅是瞬間的

108、?？梢岳萌搜劬Φ亩栊?，因?yàn)檫@樣可以使得LED顯示屏達(dá)到更好的視覺(jué)效果。首先要對(duì)光學(xué)特性中的亮度，色彩以及視角做一個(gè)深入的認(rèn)識(shí)，并且結(jié)合人眼的視覺(jué)特性去了解人眼對(duì)光源的敏感度。由于LED顯示屏的亮度很高，這樣對(duì)人眼傷害也很大，所以在制作一塊顯示屏顯示圖像時(shí)，顯示的最終效果要結(jié)合光源對(duì)人眼的舒適度去做出相應(yīng)的改善。要想使顯示的圖像達(dá)到更好的效果是和光源特性以及視覺(jué)特性息息相關(guān)的。圖像顯示效果既和光學(xué)原理有關(guān)，也和人眼視覺(jué)特性有關(guān)，只有了解