【正文】 ....................................................................... 19 目 錄 IV 開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹 ..................................................................................................... 19 調(diào)試與仿真 ......................................................................................................... 20 創(chuàng)建工程 ....................................................................................................... 20 編譯前設(shè)置 ................................................................................................... 20 全程編譯 ....................................................................................................... 23 時(shí)序仿真 ....................................................................................................... 24 本章小結(jié) ............................................................................................................. 26 第六章 總結(jié)與展望 .................................................................................................. 27 總結(jié) ..................................................................................................................... 27 展望 ..................................................................................................................... 27 致 謝 ........................................................................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................... 31 第一章 緒論 1 第一章 緒論 課題背景 受到體育場(chǎng)館用 LED 顯示屏需求快速增長(zhǎng)的帶動(dòng)，近年來(lái)，中國(guó) LED 顯示屏應(yīng)用逐步增多。目前， LED 已經(jīng)廣泛應(yīng)用在銀行、火車站、廣告、體育場(chǎng)館之中。而隨著世博會(huì)的臨近， LED 顯示屏將廣泛的應(yīng)用在體育場(chǎng)館以及道路交通指示中， LED 顯示屏在體育廣場(chǎng)中的應(yīng)用將出現(xiàn)快速增長(zhǎng)。因此研究 LED 漢字滾動(dòng)顯示屏的設(shè)計(jì)方法具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展 ,對(duì) 公共場(chǎng)合發(fā)布信息的需求日益增長(zhǎng)，利用 LED點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示漢字的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場(chǎng)需求，已經(jīng)成為信息傳播的一種重要手段。采用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的漢字滾動(dòng)顯示器，通常需要使用單片機(jī)、存儲(chǔ)器和制約邏輯電路來(lái)進(jìn)行 PCB 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(lái)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(zhǎng)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 FPGA 器件進(jìn)行系統(tǒng)芯片集成的新設(shè)計(jì)方法，也正在快速地到代基于 PCB 板的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式。因此，本 設(shè)計(jì)的研究是很有必要的，之所以基于 FPGA 設(shè)計(jì)是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（ FPGA）設(shè)計(jì)周期小，靈活度高，適合用于小批量系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可靠性和集成度。并且采用編寫(xiě)靈活的 VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)主程序。 如圖 11 所示： 圖 11 LED 點(diǎn)陣的應(yīng)用 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 LED 點(diǎn)陣的發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)外 LED 點(diǎn)陣的發(fā)展現(xiàn)狀 LED 照明發(fā)展非常迅速，年增長(zhǎng)率超過(guò) 60%,隨著 LED 發(fā)光效率的不斷提升，封裝技術(shù)不斷改進(jìn)，驅(qū)動(dòng)陸能和壽命的增加， LED 照明技術(shù)在未來(lái) 5 年內(nèi)會(huì)逐漸進(jìn)入千家萬(wàn)戶。在世界各國(guó)環(huán)保議題日漸重視的趨勢(shì)下， LED 照明產(chǎn)業(yè)將扮演極重要的角色，其主要應(yīng)用在于室內(nèi)、室外照明以及街燈等高功率產(chǎn)品。據(jù)悉， 20xx年全球照明市場(chǎng)約 1219 億美元， LED 僅占 %,顯見(jiàn)其未來(lái)潛力之可觀。其中，以亞太地區(qū)的市場(chǎng)規(guī)模為最大、約占全球 %之比例，居次為北美的 %和歐洲之 %。以應(yīng)用產(chǎn)品來(lái)討論，戶外照明約占 12%，則具有相當(dāng)大的成長(zhǎng)空間，尤其以占有全球 38%戶外照明的中國(guó)市場(chǎng)為最。此外，值得關(guān)注的部分是受政府政策及推廣影響較為直接且快速的街燈應(yīng)用可望成為照明產(chǎn)業(yè)中快速成長(zhǎng)的第一棒。預(yù)估在歐美優(yōu)先領(lǐng)起的趨勢(shì)中， 20xx 年全球可達(dá)到 450 萬(wàn)盞 LED 街燈的水平，并且承于國(guó)際加緊節(jié)能減碳的腳步，一但路燈標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格普及，中國(guó)市場(chǎng)可望占有世界 50%以上的規(guī)模。 LED 驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，離線式高功率因數(shù)校正可調(diào)光 LED 驅(qū)動(dòng)器可替代鹵素?zé)?、白熾燈和熒光燈；第二?LED 驅(qū)動(dòng)器能高效替代低壓鹵素?zé)?。以上兩種應(yīng)用需要為 LED 提供電能及熱能保護(hù)，以增加其耐用性。其他發(fā)展趨勢(shì)還包括優(yōu)化驅(qū)動(dòng)器以提供最佳功效，并非將電流最大化。 基于 FPGA 芯片控制全彩 LED 大屏幕圖像顯示系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，各種數(shù)字顯示屏也 隨即涌現(xiàn)出來(lái)有 LED、 LCD、 DLP 等，各種數(shù)字大屏幕的控制系統(tǒng)多種多樣，有用 ARM+FPGA 脫機(jī)控制系統(tǒng)，也有用 PC+DVI接口解碼芯片 +FPGA 芯片聯(lián)機(jī) LED 顯示板控制系統(tǒng)。盡管大尺寸液晶顯示在未來(lái)的幾年還有相當(dāng)大的市場(chǎng)份額，但針對(duì)大尺寸直下式背光源的驅(qū)動(dòng)和控制芯片的開(kāi)發(fā)才剛剛有幾年的歷史。針對(duì) LED 背光源的特點(diǎn)，可以將復(fù)雜的控制技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)融合到背光源技術(shù)中，目前的做法是采用 FPGA，各家均有不同的算法和控制方法。隨著背光技術(shù)和數(shù)字電視技術(shù)的發(fā)展，背光的控制算法及驅(qū)動(dòng)方法的規(guī)范化，為了降低成本， 將背光控制單元、屏顯控制和電視的機(jī)芯微處理器由一個(gè)微處理器統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)將是一種技術(shù)趨勢(shì)。 研究 LED 點(diǎn)陣的目的及意義 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展 ,對(duì)公共場(chǎng)合發(fā)布信息的需求日益增長(zhǎng)，利用 LED點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示漢字的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場(chǎng)需求，已經(jīng)成為信息傳播的一種重要手段。 采用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的漢字滾動(dòng)顯示器，通常需要使用單片機(jī)、存儲(chǔ)器和制約邏輯電路來(lái)進(jìn)行 PCB 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(lái)對(duì)設(shè)計(jì)的變更和升級(jí)，總是難以避免要付第一章 緒論 3 出較多研發(fā)經(jīng)費(fèi)和較長(zhǎng)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 FPGA 器件進(jìn)行系統(tǒng)芯片集成的新設(shè)計(jì)方法，也正在快速地到代基于 PCB 板的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式。因此，本設(shè)計(jì)的研究是很有必要的，之所以基于 FPGA 設(shè)計(jì)是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（ FPGA）設(shè)計(jì)周期小，靈活度高，適合用于小批量系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可靠性和集成度。并且采用編寫(xiě)靈活的 Verilog HDL語(yǔ)言編寫(xiě)主程序。 LED 點(diǎn)陣的發(fā)展趨勢(shì) 高亮度 LED 為未來(lái)趨勢(shì)：高亮度 LED 的三大市場(chǎng)為：汽車車燈市場(chǎng)、交通市場(chǎng)及全彩 LED 顯示屏。 （ 1）汽車車燈市場(chǎng) 方面，紅色高亮度 LED 應(yīng)用于汽車第三煞車燈，而左右尾燈、方向燈及車邊標(biāo)識(shí)燈，可使用紅色或黃色高亮度 LED，而汽車儀表板上則需要各種顏色的高亮度 LED，故汽車市場(chǎng)商機(jī)龐大。 （ 2）交通號(hào)志方面，使用高亮度 LED 主要為節(jié)省能源，且在陽(yáng)光照射下可仍清楚辨識(shí)。依 據(jù)資料顯示，目前全球約有 20xx 萬(wàn)座交通號(hào)志，而每一個(gè)紅、黃、綠燈估計(jì)需要使用 200 顆高亮度 LED，故一座交通號(hào)志約需 600 顆高亮度 LED，如果 考慮每年新設(shè)的交通號(hào)志加上更換舊交通號(hào)志，估計(jì)每年大約有 200 萬(wàn)座，以每座更新成 本約 萬(wàn)臺(tái)幣計(jì)算，未來(lái)每年全球交通號(hào)志估計(jì)約有 300 億的市場(chǎng)價(jià)值。 （ 3）全彩 LED 顯示屏方面，目前高亮度 LED 已可以產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三原色的光，組成大型全彩 LED 顯示屏，目前大型 LED 看板的使用以日本、中國(guó)、香港、韓國(guó)、臺(tái)灣、新加坡等亞洲地區(qū)為主，歐洲及美國(guó)其次。中國(guó)大陸運(yùn)用大型戶外 LED 看板宣達(dá)政令，故有其一定之需求；歐洲方面，常見(jiàn)的應(yīng)用是文字顯示及 氣象預(yù)報(bào)圖像，另也盛行使用 LED 顯示屏做為廣告招牌。目前目前高亮度 LED 廠商持續(xù) costdown，市場(chǎng)接受度已逐漸提高 ，且高亮度 LED 價(jià)格高于傳 統(tǒng) LED，廠商投入意愿較大，未來(lái)可望逐漸取代傳統(tǒng)亮度 LED 市場(chǎng)。 目前，基于 FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）的 LED 顯示屏的設(shè)計(jì)應(yīng)用廣泛，美國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)邏輯電路設(shè)計(jì)和制造廠家大都以 Verilog HDL 為主，中國(guó)大陸地區(qū)目前學(xué)習(xí)使用 Verilog HDL 已經(jīng)超過(guò) VHDL。從使用的角度看，對(duì)于集成電路（ ASIC）設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，多是掌握 verilog，因?yàn)樵?IC 設(shè)計(jì)領(lǐng)域， 90％以上的公司都是采用 verilog 進(jìn)行 IC 設(shè)計(jì)。而對(duì)于 PLD/FPGA 設(shè)計(jì)者而言，兩種語(yǔ)言沒(méi)有太大差 別。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 論文結(jié)構(gòu) 論文主要從方案論證及選擇、硬件電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試等幾大方面來(lái)介紹基于 FPGA 的 LED 顯示屏的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程。其中方案論證及選擇主要從兩種可以實(shí)現(xiàn)基于 FPGA 的 LED 顯示屏的設(shè)計(jì)方案中選擇一個(gè)成本低、易操作、系統(tǒng)性能較高的方案。其中主要設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、 ROM存儲(chǔ)、點(diǎn)陣漢字字模的提取。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì) FPGA 芯片進(jìn)行控制所需要的相關(guān)程序，這部分程序采用 Verilog 語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)。最后的制作與調(diào)試主要是進(jìn)行 ROM 和點(diǎn)陣漢字的顯示并對(duì)點(diǎn)陣個(gè)點(diǎn)掃描顯示進(jìn)行相 關(guān)測(cè)試，檢測(cè)是否能達(dá)到設(shè)計(jì)原理實(shí)現(xiàn)的功能。最后總結(jié)完善設(shè)計(jì)思路與程序，正確完成漢字的現(xiàn)實(shí)與滾動(dòng)。 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)任務(wù) （ 1）設(shè)計(jì)一個(gè) 16 16 的 LED 點(diǎn)陣顯示器； （ 2）在設(shè)計(jì)過(guò)程中， EDA 試驗(yàn)箱進(jìn)行仿真調(diào)試。 設(shè)計(jì)要求 （ 1）輸出預(yù)定義“淮、安、信、息”四個(gè)漢字； （ 2）輸出漢字循環(huán)顯示； （ 3）操作方便、可維護(hù)性高； （ 4）程序簡(jiǎn)捷，便于修改 。 方案設(shè)計(jì)與比較 方案設(shè)計(jì) 方案一： 本設(shè)計(jì)所使用的 16 16 的點(diǎn)陣， EDA 實(shí)驗(yàn)箱上有其接口電路，列選信號(hào)為 SEL0， SEL1， SEL2,SEL3,經(jīng) 4 線 16 線譯碼器輸出 16 列，從左起為第一列，列選信號(hào)是由一個(gè) 4 位向量 SEL[3..0]控制；行選信號(hào)為 H0～ H15,是由 16個(gè)行信號(hào)組成的