【正文】 uirement for the drive control circuit. This topic research is the industry popular technology, dual color LED display driver controller with FPGA as the core in bination with lattice screen display control circuit drive. This topic design USES the FPGA chip is currently more popular Altera FPGA series for EP2C5T144C8N chip. According 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 controller based on FPGA, need to choose what kind of software development tools, the design of LED display scan control program. This topic is Verilog language writing software part of the design is chosen. According to the characteristics of the Verilog language design and write programs are written rules bined with hardware circuit of LED display scan control part. So, this topic is designed by bining 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. Combining the FPGA development board, hardware circuit and software design, finally achieved the LED display control system design. Key words: FPGA 。雖然在市場上顯示屏的種類各式各樣，從各式各樣的型號到各式各樣的種類從對顯示驅(qū)動原理到驅(qū)動方式再到實際應(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，在實際應(yīng)用領(lǐng)域擁有一席之位。但是在控制技術(shù)方面還有很多不足。在國內(nèi) LED 顯示屏在實際應(yīng)用，主要是作為傳輸信息的工具。 本課題設(shè)計的是基于 FPGA 的彩色點陣控制器。在國內(nèi)外有很多人對 LED 顯示屏控制器有研究，但是設(shè)計出來的控制器 控制顯示屏顯示的效果還不是很好。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)動控制芯片。動態(tài)掃描技術(shù)必須選用移位寄存器，必須在時間上控制數(shù)據(jù) 的移位，可以讓畫面產(chǎn)生動態(tài)。 整體設(shè)計論證 根據(jù)對 LED 顯示屏的內(nèi)部 組成結(jié)構(gòu)有了一定的研究。 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 顯示點陣、電源、 FPGA 開發(fā)板等部分組成。結(jié)合這些問題本設(shè)計 使用 Altera FPGA 系列為 EP2C5T144C8N 芯片制作的 FPGA 最小系統(tǒng)開發(fā)板。 結(jié)合前兩個硬件設(shè)計實現(xiàn)加上軟件設(shè)計控制系統(tǒng)就可以制作出彩色點陣控制器。 LED 顯示屏驅(qū)動控制方案的比較 方案一：串行控制驅(qū)動方式通過一個串行輸入并行輸出的驅(qū)動芯片。串行控制驅(qū)動方式芯片可選的有： 74HC595 和 74LS595 等等。 方案二：并行控制驅(qū)動方式是將顯示的數(shù)據(jù)通過并行口輸入到顯示屏，每送一個字節(jié)就能完成一個整個顯示屏一行的輸入。而并行控制驅(qū)動在制作電路板的時候工作量很大，由于輸入輸出的引腳數(shù)相同，在焊孔和電路的數(shù)目上都有大量的增加，同時，也給調(diào)試電路板的時候帶了很大的難度。 74HC595 是一款串行輸入并行輸出數(shù)據(jù)的移位寄存器芯片?？梢愿鶕?jù)點陣屏的特點和自己的需求進(jìn)行選擇。要通過 Verilog 語言描述對驅(qū)動控制芯片進(jìn)行控制，如 圖 為 軟件控制整體設(shè)計思路圖。如果時間沒有調(diào)整好就會出現(xiàn)閃爍，造成顯示的效果不是很好。 硬件總體電路設(shè)計思路 經(jīng)過查找 74HC138 芯片的相關(guān)資料對其進(jìn)行研究，根據(jù)自己的研究在腦海里形成設(shè)計思路，設(shè)計使用 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號輸出，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的輸入，通過 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。用兩片 74HC138 芯片的 4 腳和 6 腳相連對兩塊 74HC138 進(jìn)行片選，而兩片 74HC138 芯片的八位輸出管腳與點陣 屏 的十六行的控制腳相連。所以通過 74HC595芯片的 9 腳、 11 腳和 12 腳組合在一起，就能對 LED 點陣屏的 16 列紅色和綠色的 LED燈的亮滅進(jìn)行控制。 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 第 6 頁 共 41 頁 圖 硬件電路開發(fā)流程 （ 1） 設(shè)計原理圖：根據(jù)選用的 74HC138 和 74HC595 芯片的功能設(shè)計一款驅(qū)動控制電路。 圖 封裝管腳設(shè)置 設(shè)計原理圖 設(shè)計 PCB 圖 轉(zhuǎn)印 PCB 腐蝕和打孔 焊接元器件 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 第 7 頁 共 41 頁 （ 2） 設(shè)計 PCB 圖：更新 PCB 圖后，對 PCB 圖進(jìn)行設(shè)計，把器件進(jìn)行布局，再根據(jù)自己的需要對電源線和信號線進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。設(shè)置好這些后，開始進(jìn)行布線，布線時要注意不要走直線。再根據(jù)制作雙面板的步驟，在一面已經(jīng)轉(zhuǎn)印好的電路板上，打幾個固定的孔 (至少三個點 )，再在頂層的 PCB 圖紙找到與電路板上對應(yīng)的孔，用鐵絲穿過 PCB 圖紙中對應(yīng)的孔，再穿過電路板上的孔。雙面板進(jìn)行對孔的時候是有偏差的，所以在打孔的時候需要看焊孔是否有線 連接。 （ 5）焊接元器件：本次硬件制作的是雙面板，首先必須把所有兩面需要焊接的焊孔。 硬件行驅(qū)動控制模塊設(shè)計實現(xiàn) 本課題設(shè)計用到了兩片 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。想要讓 U22 進(jìn)行譯碼，給 D 置 1，就可以對其進(jìn)行譯碼控制。反之，則輸出低電平。根據(jù)本課題設(shè)計的設(shè)計要 求把四片 74HC595 芯片通過級聯(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鐘輸入腳 SCK；四片 74HC595 芯片的 12 腳聯(lián)在起引出一根存儲器鐘輸入腳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。 點陣屏模塊設(shè)計實現(xiàn) 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)體材料越來越容易，使得 LED 顯示屏的種類很多，從型號到種類再到像素的大小。由于 LED 點陣屏有多種規(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了方便。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)計的軟件而定的。下面以雙基色的接法為例，如圖 所示。 本課題設(shè)計使用了四塊 88 點陣屏。 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 第 12 頁 共 41 頁 圖 顯示屏的接法 本課題設(shè)計用的是紅和綠兩種顏色組成的雙色點陣。當(dāng)個紅色和綠色發(fā)光二極管的控制引腳低電平，給紅色和綠色共陽的控制引腳高電平，發(fā)光二極管就會發(fā)出橙色或黃色的光。如果有，則看是哪只表筆接在固定腳的一端。 FPGA 系列為 EP2C5T144C8N 芯片擁有 89個可編引腳可用于輸入和輸出； 2個鎖相環(huán)，用于分配和倍頻用。 JTGA 下載口和 AS 下載口，對已編譯完成的程序或電路設(shè)計進(jìn)行下載，還有兩塊穩(wěn)壓芯片給輸出的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，以保證芯片不會燒掉。 軟件設(shè)計總體思路 本課題設(shè)計結(jié)合 Verilog 語言編寫軟件程序，通過對 LED 顯示屏控制器的設(shè)計的分析。為了使行控制信號與列控制信號同步，采用返回值的方式實現(xiàn)十六行數(shù)據(jù)的讀取。 圖 軟件設(shè)計思路 總體流程圖 軟件設(shè)計總體實現(xiàn) 本課題設(shè)計的軟件掃描控制系統(tǒng)主要包括：分配器模塊、動態(tài)控制模塊、數(shù)據(jù)儲存和發(fā)送模塊和顯示屏掃描控制模塊。它能夠提供完美的多平臺設(shè)計環(huán)境，并且可以輕松滿足設(shè)計者特定設(shè)計的需要。打開 QuartusⅡ 軟件新建工程，再在工程文件中新建一個文本輸入程序設(shè)計文件。由于程序設(shè)計和底層電路設(shè)計編譯后，不能直接看到設(shè)計的結(jié)果，只能看到錯誤和警告，通常通過建立仿真文件，進(jìn)行仿真，看效果是否與自己設(shè)計預(yù)想的結(jié)果相符合。 圖 錯誤提示窗口 （ 3） 仿真測試：利用 QuartusⅡ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)計進(jìn)行仿真，這樣做更能驗證設(shè)計的結(jié)果與自己設(shè)計的硬件所顯示的結(jié)果相同。本課題使用了功能仿真，新建一個 仿真文件，雙擊 區(qū)域，彈出對話框如圖 所示，然后點擊圖 所示的按鍵，又彈出對話框如圖 所示，設(shè)置參數(shù)如圖 所示，點擊 List， 把所桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 第 16 頁 共 41 頁 需要的管腳放入仿真文件中，再對管腳進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，設(shè)置完后點擊 對仿真 文件進(jìn)行仿真，查看結(jié)果。把編譯成功生成 的編程文件通過編程器下載目標(biāo)器件，以便進(jìn)行硬件調(diào)試和驗證設(shè)計的結(jié)果。圖 所示 的 data[31:0]為數(shù)據(jù)的輸出口，當(dāng)給一個高電平時，控制端口模塊返回一個 q[3:0]的數(shù)字，通過返回值的方式取出對應(yīng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)就會送入 LED顯示屏控制模塊。//返回一 個 32 位數(shù)據(jù) input[3:0] in。h00ffff00。h000ff000。h007ffc00。h000ff000。h007ffc00。h000ff000。h00ffff00。h00000000。 名稱 屬性 作用 clk 輸入 時鐘輸入控制信號 data1[31..0] 輸出 數(shù)據(jù)輸出 q[3..0] 輸入 輸入選擇數(shù)據(jù) 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 第 18 頁 共 41 頁 if(number==1) number=0。圖 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 case 語句執(zhí)行，分別把 32 位數(shù)據(jù)移入以為寄存器，再通過 RCK 寄存器信號控制信號，把數(shù)據(jù)寄存，再通過行控制信號把對應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在 LED顯示屏。//打開移位寄存器以為信號 2 :begin SCK=0。 R=data[2]。end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號，輸入第四位數(shù)據(jù) 7 :SCK=1。 10 : begin SCK=0。 R=data[6]。end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號，輸入第八位數(shù)據(jù) . . . 62 :begin SCK=0。//控制數(shù)據(jù)輸入同步標(biāo)志位 count=0。 //寄存器寄存控制信號關(guān)閉 count=count+1。賦值語句，可進(jìn)行對 74HC138 進(jìn)行片選。 LED 顯示屏靜態(tài)顯示是通過控制流過 LED 發(fā)光二極管的電流來實現(xiàn)發(fā)光的亮度。在 LED 發(fā)光二極管導(dǎo)通時，只要刷新頻率達(dá)到一定的高度，人 的眼睛就不能感覺出 LED 燈在閃爍。首先要對光學(xué)特性中的亮度，色彩以及視角做一個深入的認(rèn)識，并且結(jié)合人眼的視覺特性去了解人眼對光源的敏感度。在生活，光的亮度是對人眼非常敏感，色度對人眼也很敏感。不同視覺敏感曲線表示如圖 所示，圖上分別表示 R、 G、B，即三種視錐細(xì)胞對紅、綠、藍(lán)三基色敏感程度。這就是 LED 顯示屏為什么只用紅、綠、藍(lán)作為最基本的顏色。這樣一來，當(dāng)對人眼進(jìn)行反復(fù)通斷光源，在通斷光源頻率慢慢變低時，人的眼睛可以觀察到亮度的變化；而通斷光源頻率慢慢增高時，視覺就逐漸不能發(fā)現(xiàn)亮度變化了，刷新顯示屏的頻率達(dá)到一定的時候，人眼的視覺就感覺不到亮度的變化了。本次課題設(shè)計使用串行并出的掃描驅(qū)動方式的優(yōu)點在于