【正文】 ............. 11 滾動(dòng)速度的控制 ........................................................................................ 14 存儲(chǔ)模塊 .................................................................................................... 15 LPM_ROM來實(shí)現(xiàn) ............................................................... 15 FPGA內(nèi)部的邏輯單元設(shè)計(jì)一個(gè) ROM ........................................................ 18 存儲(chǔ)器的源程序及仿真： ........................................................................... 18 分頻電路模塊 .................................................................................................... 20 解決毛刺 ...................................................................................................... 20 ................................................................................... 20 通過 D觸發(fā)器消除 毛刺 .................................................................................. 21 關(guān)鍵部分 VHDL 程序 .................................................................................... 21 IV 多路選擇模塊 .................................................................................................... 23 結(jié) 論 .......................................................................................................................... 25 致 謝 .......................................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 27 1 1 緒論 研究背景 在現(xiàn)代生活中，越來越多的 LED 點(diǎn)陣列顯示器被用于文字廣告和信息發(fā)布。使用 LED 點(diǎn)陣列顯示器發(fā)布文字消息具有及時(shí)、醒目的優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用的范圍越來越廣。 目前，國內(nèi)從事 LED 顯示 屏生產(chǎn)的企業(yè)眾多，同時(shí)，受到外資企業(yè) LED 顯示屏價(jià)格過高的影響，在中國 LED 顯示屏市場(chǎng)上多以本土企業(yè)為主。目前，本土 LED 顯示屏生產(chǎn)企業(yè)除供應(yīng)國內(nèi)需求外，還不斷把產(chǎn)品出口到國外市場(chǎng)。而近年來，受到成本壓力的影響，國際上一些知名的 LED 顯示屏企業(yè)也逐步把 生產(chǎn)基地移到了中國，如巴可在北京設(shè)立了顯示屏生產(chǎn)基地， Lighthouse 在惠州也擁有生產(chǎn)基地， Daktronics、萊茵堡都在國內(nèi)設(shè)立了生產(chǎn)工廠。隨著國際 LED 顯示屏生產(chǎn)大廠不斷把生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)移至國內(nèi)， 加之國內(nèi)眾多的 LED 顯示屏本土企業(yè)，中國正在成為全球 LED 顯示屏的主要生產(chǎn)基地。 我國的 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至 1998 年底，年度銷售總額在 1000 萬元以上的企業(yè)有 20 多家，其銷售總額達(dá) 6 億元左右，占行業(yè)市場(chǎng)總額的 85%以上。全國從事LED 顯示屏的各類企業(yè)有 100 余家， 從業(yè)人員近 6000 人，行業(yè)年度銷售總額近8 億元人民幣， 1996 年、 1997 年的增長速度均保持 40%左右， 1998 年略有回落。在國內(nèi)市場(chǎng)上，國產(chǎn) LED 顯示屏的市場(chǎng)占有率近 100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有市場(chǎng)，四十三屆世乒賽主會(huì)場(chǎng)天津體育中 心、京九鐵路、北京西客站、首都機(jī)場(chǎng)、浦東機(jī)場(chǎng)等，均由國內(nèi)代表企業(yè)中標(biāo)。 我國 LED 顯示技術(shù)產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。 90 年代初即具備了成熟的 16 級(jí)灰度 256 色視頻控制技術(shù)及無線遙控等國先進(jìn)水平技術(shù)，近年在全彩色 LED 顯示屏、 256 級(jí)灰度視頻控制技術(shù)、集群無經(jīng)線控制、多級(jí)群控技術(shù)等方面均有國內(nèi)先進(jìn)、達(dá)到國際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)； LED 顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。 LED 顯示技術(shù)的應(yīng)用涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，主要包括：證券交易、金融信息顯示 ； 2 機(jī)場(chǎng)航班 信息顯示。港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示；體育場(chǎng)館信息顯示；道路交通 信息顯示；郵政、電信、商場(chǎng)購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳；廣告媒體新產(chǎn)品 . 在國家產(chǎn)業(yè)扶持、臺(tái)商加入及國際巨頭三方推進(jìn)下， LED 產(chǎn)業(yè)在我國已具相當(dāng)規(guī)模，到 2020 年底全國已有 LED 各類企業(yè)約 3500 余家，從業(yè)人員 50 余萬人， LED器件產(chǎn)量 400 億只 /年以上，已初步形成從外延片生產(chǎn)、芯片制備到器件封裝集成應(yīng)用比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈，生產(chǎn)企業(yè)重點(diǎn)分布在長三角、珠三角、江西、福建及環(huán)渤海灣等地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2020 年中國大陸的 LED 需求量約 240 億只，應(yīng)用市場(chǎng)達(dá) 300 億元， 2020 年總需求量為 300 億只，應(yīng)用市場(chǎng)達(dá)到 360 億元。 LED 生產(chǎn)主要有 3 個(gè)環(huán)節(jié)，就是發(fā)光半導(dǎo)體外延片的生長、芯片制作和封裝，目前國內(nèi) 3 個(gè)環(huán)節(jié)都有，尤其是外延片的生長環(huán)節(jié)，我國與世界一流水平還有較大的差距。從產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的情況看，高質(zhì)量的外延片已經(jīng)成為中國 LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要制約環(huán)節(jié)，中國的 LED 產(chǎn)業(yè)面臨一個(gè)巨大的問題就是技術(shù)水平太低，中國 LED 產(chǎn)業(yè)剛剛處于起步階段，不但與日本、美國、歐洲有巨大的差距，即便是與中國臺(tái)灣相比，也相去甚遠(yuǎn)，國內(nèi) LED 的產(chǎn)業(yè)規(guī)模在 100 億左右，僅是日本 日亞化學(xué)一家的一半多一點(diǎn)。目前國內(nèi)有十幾家作 LED 外延芯片和芯片封裝的公司，產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，最大的也不過 3 億的產(chǎn)值。 我國的外延片生長技術(shù)主要源于美國、基本上是進(jìn)口美國的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉淀（ MOCVD）裝備，這些裝備在美國就不是一流的裝備，在整個(gè) LED 產(chǎn)業(yè)外延片的生長、芯片、芯片封裝 3 個(gè)環(huán)節(jié)中，外延片生長投資要占到 70%，外延片成本要占到封裝成成品的 70%，同時(shí)外延片生長技術(shù)的人才全世界都缺乏，簡單的說，外延片的水平?jīng)Q定了整個(gè) LED 產(chǎn)業(yè)水平，國內(nèi)近幾年也陸續(xù)引進(jìn)了 50多臺(tái) MOCVD 裝備，均處理大生產(chǎn)工藝 摸索階段，一旦工藝成熟，則會(huì)上 10 倍地增大裝備數(shù)量形成規(guī)模生產(chǎn)，市場(chǎng)需求巨大 。 通過 863計(jì)劃等科技計(jì)劃的支持，我國已經(jīng)初步形成從外延片生產(chǎn)、芯片制備、器件封裝集成應(yīng)用比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈，現(xiàn)在全國從事半導(dǎo)體 LED 器件及照明系統(tǒng)規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)有 400 多家， LED 器件封裝在國際市場(chǎng)上已占有相當(dāng)大的份額。 預(yù)計(jì)未來 58 年內(nèi)，中國將會(huì)成為 LED 技術(shù)產(chǎn)業(yè)一個(gè)投資熱點(diǎn)地區(qū)，我國LED 封裝產(chǎn)業(yè)將占全球市場(chǎng)的 70%；新上或擴(kuò)建規(guī)模生產(chǎn)線約 100 余條（其中新 3 建年產(chǎn) 5 億只以上的生產(chǎn)線將有 1520 條）；所需裝備從外延片生產(chǎn) 過程中的MOCVD 裝備到外延片的測(cè)試裝備到芯片生產(chǎn)中的光刻、蒸發(fā)、干法腐蝕、減薄等裝備，再到芯片后續(xù)工藝中的芯片安放、引線焊接、劃片、測(cè)試分選、編帶等約 5000 多臺(tái)套。 因此研究點(diǎn)陣列 LED 顯示控制器的設(shè)計(jì)方法具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 研究目的 采用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣列 LED 顯示控制器，通常需要使用單片機(jī)、存儲(chǔ)器和制約邏輯電路來進(jìn)行 PCB（印制電路板）板級(jí)的系統(tǒng)集成。盡管這種方案有單片機(jī)軟件的支持較為靈活，但是由于受硬件資源的限制，未來對(duì)設(shè)計(jì)的變更和升級(jí)，總是難以避免要付出較多研發(fā)經(jīng)費(fèi)和較長投放市場(chǎng)周期的代 價(jià)。 隨著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (EDA）技術(shù)的進(jìn)展，基于可編程 ASIC 器件的數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完整方案越來越受到人們的重視，并且以 EDA 技術(shù)為核心的能在可編程 ASIC 器件上用 VHDL 語言進(jìn)行系統(tǒng)芯片集成的新設(shè)計(jì)方法，也正在快速地取代基于 PCB 板的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式。 本系統(tǒng)利用數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (EDA)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全硬件方式的 LED點(diǎn)陣顯示。利用 FPGA 內(nèi)部的物理資源 ， 將只讀存儲(chǔ)器 ROM 和主要功能模塊設(shè)計(jì)在FPGA 內(nèi)部。充分顯示了 EDA 技術(shù)設(shè)計(jì)的靈活性 ， 同時(shí)也大大提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性 另外 EDA 開發(fā)工具功能的強(qiáng)大 性更有利于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方便。在 EDA 開發(fā)工具軟件美國 ALTERA 公司的 MAX+plus II 的支持下，本設(shè)計(jì)通過了編譯、適配和軟件仿真驗(yàn)證。最后載入硬件系統(tǒng)證明了它的正確性。 4 2 方案 設(shè)計(jì) FPGA 的介紹 FPGA是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（ Field Programmable Gate Array） 的簡稱，與之相應(yīng)的 CPLD是復(fù)雜可編程邏輯器件（ Complex Programmable Logic Device） 的簡稱，兩者的功能基本相同，只是實(shí)現(xiàn)原理略有不同，所以有時(shí)可以忽略這 兩者的區(qū)別，統(tǒng)稱為可編程邏輯器件或 CPLD/PGFA。 CPLD/PGFA幾乎能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能 CPU，下至簡單的 74電路。它如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入或硬件描述語言自由的設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)。通過軟件仿真可以事先驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，在 PCB完成以后，利用 CPLD/FPGA的在線修改功能，隨時(shí)修改設(shè)計(jì)而不必改動(dòng)硬件電路。使用 CPLA/FPGA開發(fā)數(shù)字電路，可以大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少 PCB面積，提高系統(tǒng)的可靠性。這些優(yōu)點(diǎn)使得 CPLA/FPGA技術(shù)在 20世紀(jì) 90年代以后得 到飛速的發(fā)展，同時(shí)也大大推動(dòng)了EDA軟件和硬件描述語言 HDL的進(jìn)步。 FPGA具有掩膜可編程門陣列的通用結(jié)構(gòu)，它由邏輯功能塊排成陣列，并由可編程的互連資源連接這些邏輯功能塊來 實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)計(jì)。 FPGA一般由 3種可編程電路和一個(gè)用于存放編程數(shù)據(jù)的靜態(tài)存儲(chǔ)器