【正文】 9 參考文獻 ..........................................................................................................30 附 錄 ..................................................................................................................31 第 1 頁 共 41 頁 引言 LED 顯示屏 Light Emitting Diodede： 又叫 電子顯示屏 。 目前，在國內 LED 顯示屏受到很多個體戶和企業(yè)廣泛的研究和應用從而得到迅速的發(fā)展。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。最后，結合 Verilog 語言設計的特點再結合硬件電路設計編寫軟件 LED 顯示屏掃描控制程序。其中包括設計軟件系統(tǒng)與硬件控制系統(tǒng)通過 FPGA 開發(fā)板的結合，和對數據的傳輸和數據的顯示。本課題設計選用的是 Ve rilog 語言編寫軟件掃描控制部分。其特點是在制作電路板的時候線路連接簡單點。同時，對數據的處理速度上的加快相應的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，想要使得系統(tǒng)更穩(wěn)定在制作電路的時候要適當的調整線路的寬度。制作 1616 雙基色點陣屏時，要用到四片 74HC595 芯片，因為十六列紅燈和十六列綠燈，所以需要兩片 74HC595 芯片對 16 列為紅燈和兩片 74HC595芯片對 16 位綠燈進行亮滅的控制。為了能更好的顯示一個完整的漢字，必須用漢字取模軟件進行取模，在數據傳輸的時候要排整要發(fā)送數據的順序。 硬件電路總體設計實現 本課題設計用的是 88 的雙基色點陣屏，使用四塊點陣屏經過設計組合成的 1616 LED 點陣屏用來顯示漢字和圖片，所謂的 1616，是每一個漢字在縱、橫行各用 16 像素點的區(qū)域內顯示，滿足了本次設計的要求。 該軟件中的元器件的封裝是有限的，再加上現在市面上的器件的形狀各種各樣，在進行電路設計和PCB 電路圖設計時， 必須先畫好相應的元器件封裝并更新到元器件庫當中，才能完成相應的設計 。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，很微小的一個斷開的地方人肉眼是很難看出來的，在對電路進行檢測的時候很難發(fā)現，給電路進行調試時帶來困難，而且通電信號不太好。 （ 4）腐蝕和打孔：完成后就開始腐蝕電路板，腐蝕后涂上松香，是為了防止氧化線路。焊完后，再對照原理圖，把相應的器件 插入相應的位置，對器件進行焊接。就可以完整的控制共陽點陣屏的十六行的掃描。 A B C D Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 10 頁 共 41 頁 圖 32 位數據的移位寄存器 當給 14 腳輸入 32 位串行數據后，給以為控制信號 SCK 輸入一個高電平，通過調用延時程序， 32 位數據通過移位控制信號，分別移入四片 74HC595 芯片中。如果想顯示一種顏色的字，可以選用單色點陣屏制作顯示屏；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。而共陰的接法剛好與共陽的接法相反。當個紅色發(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)出紅色的光。 3 軟件掃描控制設計實現 本課題設計使用了 FPGA 最小系統(tǒng)開發(fā)板 ， FPGA 系列為 EP2C5T144C8N 芯片。本課題設計的軟件設計方案的實現，是結合對硬件控制電路的設計的特點進行分析，并通過分步調試實現了各個模塊，然后結合分步調試實現的代碼，并且濤考慮到時序邏輯問題，結合這些進行綜合設計實現整個控制系統(tǒng)的設計。還需要一個數據儲存和發(fā)送模塊，當掃描控制模塊個一個信號，就把相應的數據發(fā)送到掃描控制模塊中，就實現了整個軟件掃描控制設計。 程序編寫 實現效果 仿真測試 配置 程序下載 程序編譯 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 15 頁 共 41 頁 圖 軟件設計開發(fā) 流程圖 （ 1） 程序編寫：根據對 QuartusⅡ 軟件的了解和 所學習的 Verilog 語言的使用規(guī)則編寫相關軟件程序。編譯完成后會彈出該對話框 ，彈出該對話并出現警告，但并不是錯誤，這樣還是表示編譯成功；彈出 對話框，則程序有錯誤，在文本程序輸入窗口下有一個錯誤顯示窗 口如圖 ，在該對話框找到錯誤并雙擊，則會跳到錯誤的地方，對其進行修改。 （ 4） 編程下載：使用 Quartus Ⅱ 生成的下載文件需要通過專用的驅動接口才能下載到芯片上。//時鐘輸入 input[3:0] q。h000ff000。h000ff000。h000ff000。h00000000。 A、 B、 C、 D 、為行選端口， SCK、 RCK 為列控制端口，表 為掃描控制模塊端口定義。end// 關閉移位寄存器移位控制信號，輸入第二位數據 3 :SCK=1。 R=data[4]。 14 : begin SCK=0。 //寄存器寄存控制信號打開，對 32 位數據寄存 hang=hang+1。圖 所示 中的data[31:0]為數據接收端，數據接收后，通過一 個 case 語句，分別把 32 位數據 給 R，再桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 20 頁 共 41 頁 通過 SCK 移位控制信號 和 RCK 寄存器控制信號的結合，把數據送入顯示屏，從而實現對顯示屏的掃描和控制。 考慮到實現動態(tài)效果時，刷新顯示屏是間斷性的，中間顯示屏的亮滅是瞬間的。 在生活中，每個人的眼睛對不同顏色光線的敏感程度是不同的，人的眼睛對顏色的敏感是來自于人眼珠上的視網膜上三種不同類型的視錐細胞。人眼的視覺惰性通常可以理解為各 種不同顏色和亮度的光線對人眼的作用、傳輸、處理等過程，這些都需要一定的延遲時間，因而視覺具有一定的低通特性。本次課題設計使用串行并出的掃描驅動方式的優(yōu)點在于 LED 顯示屏不必對每個發(fā)光燈提供單獨的驅動電路，而是一行發(fā)光燈為一組共享一個驅動電路，通過掃描的方法，使各組發(fā)光燈依次點亮，只要掃描頻率高于臨界閃爍頻率，人眼看起來各組燈都在發(fā)光。這就是 LED 顯示屏為什么只用紅、綠、藍作為最基本的顏色。在生活，光的亮度是對人眼非常敏感，色度對人眼也很敏感。在 LED 發(fā)光二極管導通時，只要刷新頻率達到一定的高度，人 的眼睛就不能感覺出 LED 燈在閃爍。賦值語句，可進行對 74HC138 進行片選。//控制數據輸入同步標志位 count=0。 R=data[6]。end// 關閉移位寄存器移位控制信號，輸入第四位數據 7 :SCK=1。//打開移位寄存器以為信號 2 :begin SCK=0。 名稱 屬性 作用 clk 輸入 時鐘輸入控制信號 data1[31..0] 輸出 數據輸出 q[3..0] 輸入 輸入選擇數據 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 18 頁 共 41 頁 if(number==1) number=0。h00ffff00。h007ffc00。h007ffc00。h00ffff00。圖 所示 的 data[31:0]為數據的輸出口，當給一個高電平時，控制端口模塊返回一個 q[3:0]的數字，通過返回值的方式取出對應的數據，數據就會送入 LED顯示屏控制模塊。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，設置參數如圖 所示，點擊 List， 把所桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 16 頁 共 41 頁 需要的管腳放入仿真文件中，再對管腳進行相應的設置，設置完后點擊 對仿真 文件進行仿真，查看結果。由于程序設計和底層電路設計編譯后，不能直接看到設計的結果，只能看到錯誤和警告，通常通過建立仿真文件，進行仿真，看效果是否與自己設計預想的結果相符合。它能夠提供完美的多平臺設計環(huán)境，并且可以輕松滿足設計者特定設計的需要。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十六行數據的讀取。 JTGA 下載口和 AS 下載口，對已編譯完成的程序或電路設計進行下載，還有兩塊穩(wěn)壓芯片給輸出的電壓進行穩(wěn)壓，以保證芯片不會燒掉。如果有，則看是哪只表筆接在固定腳的一端。 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 12 頁 共 41 頁 圖 顯示屏的接法 本課題設計用的是紅和綠兩種顏色組成的雙色點陣。下面以雙基色的接法為例，如圖 所示。由于 LED 點陣屏有多種規(guī)格，可以根據自己的需要選擇，這樣為制作多大型的顯示屏帶來了方便。根據本課題設計的設計要 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。想要讓 U22 進行譯碼，給 D 置 1，就可以對其進行譯碼控制。 （ 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。再根據制作雙面板的步驟，在一面已經轉印好的電路板上，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的孔，用鐵絲穿過 PCB 圖紙中對應的孔，再穿過電路板上的孔。 圖 封裝管腳設置 設計原理圖 設計 PCB 圖 轉印 PCB 腐蝕和打孔 焊接元器件 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 7 頁 共 41 頁 （ 2） 設計 PCB 圖：更新 PCB 圖后，對 PCB 圖進行設計，把器件進行布局，再根據自己的需要對電源線和信號線進行參數設置。所以通過 74HC595芯片的 9