【正文】 ....................................................................... 19 目 錄 IV 開發(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 ....................................................................................................................... 31 第一章 緒論 1 第一章 緒論 課題背景 受到體育場館用 LED 顯示屏需求快速增長的帶動，近年來，中國 LED 顯示屏應用逐步增多。目前， LED 已經(jīng)廣泛應用在銀行、火車站、廣告、體育場館之中。而隨著世博會的臨近， LED 顯示屏將廣泛的應用在體育場館以及道路交通指示中， LED 顯示屏在體育廣場中的應用將出現(xiàn)快速增長。因此研究 LED 漢字滾動顯示屏的設(shè)計方法具有重要的理論和現(xiàn)實意義。 隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展 ,對 公共場合發(fā)布信息的需求日益增長，利用 LED點陣滾動顯示漢字的出現(xiàn)正好適應了這一市場需求，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)計的漢字滾動顯示器，通常需要使用單片機、存儲器和制約邏輯電路來進行 PCB 板級的系統(tǒng)集成。盡管這種方案有單片機軟件的支持較為靈活，但是由于受硬件資源的限制，未來對設(shè)計的變更和升級，總是難以避免要付出較多研發(fā)經(jīng)費和較長投放市場周期的代價。隨著電子設(shè)計自動化（ EDA）技術(shù)的進展，基于可編程 FPGA 器件進行系統(tǒng)芯片集成的新設(shè)計方法，也正在快速地到代基于 PCB 板的傳統(tǒng)設(shè)計方式。因此，本 設(shè)計的研究是很有必要的，之所以基于 FPGA 設(shè)計是因為現(xiàn)場可編程門陣列（ FPGA）設(shè)計周期小，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。并且采用編寫靈活的 VHDL語言編寫主程序。 如圖 11 所示： 圖 11 LED 點陣的應用 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 2 LED 點陣的發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)外 LED 點陣的發(fā)展現(xiàn)狀 LED 照明發(fā)展非常迅速，年增長率超過 60%,隨著 LED 發(fā)光效率的不斷提升，封裝技術(shù)不斷改進，驅(qū)動陸能和壽命的增加， LED 照明技術(shù)在未來 5 年內(nèi)會逐漸進入千家萬戶。在世界各國環(huán)保議題日漸重視的趨勢下， LED 照明產(chǎn)業(yè)將扮演極重要的角色，其主要應用在于室內(nèi)、室外照明以及街燈等高功率產(chǎn)品。據(jù)悉， 20xx年全球照明市場約 1219 億美元， LED 僅占 %,顯見其未來潛力之可觀。其中，以亞太地區(qū)的市場規(guī)模為最大、約占全球 %之比例，居次為北美的 %和歐洲之 %。以應用產(chǎn)品來討論，戶外照明約占 12%，則具有相當大的成長空間，尤其以占有全球 38%戶外照明的中國市場為最。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用可望成為照明產(chǎn)業(yè)中快速成長的第一棒。預估在歐美優(yōu)先領(lǐng)起的趨勢中， 20xx 年全球可達到 450 萬盞 LED 街燈的水平，并且承于國際加緊節(jié)能減碳的腳步，一但路燈標準規(guī)格普及，中國市場可望占有世界 50%以上的規(guī)模。 LED 驅(qū)動器技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在兩個方面：第一，離線式高功率因數(shù)校正可調(diào)光 LED 驅(qū)動器可替代鹵素燈、白熾燈和熒光燈；第二， LED 驅(qū)動器能高效替代低壓鹵素燈。以上兩種應用需要為 LED 提供電能及熱能保護，以增加其耐用性。其他發(fā)展趨勢還包括優(yōu)化驅(qū)動器以提供最佳功效，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 脫機控制系統(tǒng)，也有用 PC+DVI接口解碼芯片 +FPGA 芯片聯(lián)機 LED 顯示板控制系統(tǒng)。盡管大尺寸液晶顯示在未來的幾年還有相當大的市場份額，但針對大尺寸直下式背光源的驅(qū)動和控制芯片的開發(fā)才剛剛有幾年的歷史。針對 LED 背光源的特點，可以將復雜的控制技術(shù)和信號處理技術(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芯微處理器由一個微處理器統(tǒng)一實現(xiàn)將是一種技術(shù)趨勢。 研究 LED 點陣的目的及意義 隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展 ,對公共場合發(fā)布信息的需求日益增長，利用 LED點陣滾動顯示漢字的出現(xiàn)正好適應了這一市場需求，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)計的漢字滾動顯示器，通常需要使用單片機、存儲器和制約邏輯電路來進行 PCB 板級的系統(tǒng)集成。盡管這種方案有單片機軟件的支持較為靈活，但是由于受硬件資源的限制，未來對設(shè)計的變更和升級，總是難以避免要付第一章 緒論 3 出較多研發(fā)經(jīng)費和較長投放市場周期 的代價。隨著電子設(shè)計自動化（ EDA）技術(shù)的進展，基于可編程 FPGA 器件進行系統(tǒng)芯片集成的新設(shè)計方法，也正在快速地到代基于 PCB 板的傳統(tǒng)設(shè)計方式。因此，本設(shè)計的研究是很有必要的，之所以基于 FPGA 設(shè)計是因為現(xiàn)場可編程門陣列（ FPGA）設(shè)計周期小，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。并且采用編寫靈活的 Verilog HDL語言編寫主程序。 LED 點陣的發(fā)展趨勢 高亮度 LED 為未來趨勢：高亮度 LED 的三大市場為：汽車車燈市場、交通市場及全彩 LED 顯示屏。 （ 1）汽車車燈市場 方面，紅色高亮度 LED 應用于汽車第三煞車燈，而左右尾燈、方向燈及車邊標識燈，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，故汽車市場商機龐大。 （ 2）交通號志方面，使用高亮度 LED 主要為節(jié)省能源，且在陽光照射下可仍清楚辨識。依 據(jù)資料顯示，目前全球約有 20xx 萬座交通號志，而每一個紅、黃、綠燈估計需要使用 200 顆高亮度 LED，故一座交通號志約需 600 顆高亮度 LED，如果 考慮每年新設(shè)的交通號志加上更換舊交通號志，估計每年大約有 200 萬座，以每座更新成 本約 萬臺幣計算，未來每年全球交通號志估計約有 300 億的市場價值。 （ 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、香港、韓國、臺灣、新加坡等亞洲地區(qū)為主，歐洲及美國其次。中國大陸運用大型戶外 LED 看板宣達政令，故有其一定之需求；歐洲方面，常見的應用是文字顯示及 氣象預報圖像，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，市場接受度已逐漸提高 ，且高亮度 LED 價格高于傳 統(tǒng) LED，廠商投入意愿較大，未來可望逐漸取代傳統(tǒng)亮度 LED 市場。 目前，基于 FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）的 LED 顯示屏的設(shè)計應用廣泛，美國和中國臺灣地區(qū)邏輯電路設(shè)計和制造廠家大都以 Verilog HDL 為主，中國大陸地區(qū)目前學習使用 Verilog HDL 已經(jīng)超過 VHDL。從使用的角度看，對于集成電路（ ASIC）設(shè)計人員來說，多是掌握 verilog，因為在 IC 設(shè)計領(lǐng)域， 90％以上的公司都是采用 verilog 進行 IC 設(shè)計。而對于 PLD/FPGA 設(shè)計者而言，兩種語言沒有太大差 別。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 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、系統(tǒng)軟件設(shè)計、制作與調(diào)試等幾大方面來介紹基于 FPGA 的 LED 顯示屏的設(shè)計和制作過程。其中方案論證及選擇主要從兩種可以實現(xiàn)基于 FPGA 的 LED 顯示屏的設(shè)計方案中選擇一個成本低、易操作、系統(tǒng)性能較高的方案。其中主要設(shè)計包括：系統(tǒng)軟件設(shè)計、 ROM存儲、點陣漢字字模的提取。系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是設(shè)計 FPGA 芯片進行控制所需要的相關(guān)程序，這部分程序采用 Verilog 語言進行編寫。最后的制作與調(diào)試主要是進行 ROM 和點陣漢字的顯示并對點陣個點掃描顯示進行相 關(guān)測試，檢測是否能達到設(shè)計原理實現(xiàn)的功能。最后總結(jié)完善設(shè)計思路與程序，正確完成漢字的現(xiàn)實與滾動。 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計 5 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計 設(shè)計任務(wù)與要求 設(shè)計任務(wù) （ 1）設(shè)計一個 16 16 的 LED 點陣顯示器； （ 2）在設(shè)計過程中， EDA 試驗箱進行仿真調(diào)試。 設(shè)計要求 （ 1）輸出預定義“淮、安、信、息”四個漢字； （ 2）輸出漢字循環(huán)顯示； （ 3）操作方便、可維護性高； （ 4）程序簡捷，便于修改 。 方案設(shè)計與比較 方案設(shè)計 方案一： 本設(shè)計所使用的 16 16 的點陣， EDA 實驗箱上有其接口電路，列選信號為 SEL0， SEL1， SEL2,SEL3,經(jīng) 4 線 16 線譯碼器輸出 16 列，從左起為第一列，列選信號是由一個 4 位向量 SEL[3..0]控制；行選信號為 H0～ H15,是由 16個行信號組成的