【正文】 9 參考文獻(xiàn) ..........................................................................................................30 附 錄 ..................................................................................................................31 第 1 頁(yè) 共 41 頁(yè) 引言 LED 顯示屏 Light Emitting Diodede： 又叫 電子顯示屏 。 目前，在國(guó)內(nèi) LED 顯示屏受到很多個(gè)體戶和企業(yè)廣泛的研究和應(yīng)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(jié)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(jié)合 Verilog 語(yǔ)言設(shè)計(jì)的特點(diǎn)再結(jié)合硬件電路設(shè)計(jì)編寫(xiě)軟件 LED 顯示屏掃描控制程序。其中包括設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)與硬件控制系統(tǒng)通過(guò) FPGA 開(kāi)發(fā)板的結(jié)合，和對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的顯示。本課題設(shè)計(jì)選用的是 Ve rilog 語(yǔ)言編寫(xiě)軟件掃描控制部分。其特點(diǎn)是在制作電路板的時(shí)候線路連接簡(jiǎn)單點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度上的加快相應(yīng)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(shí)候要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整線路的寬度。制作 1616 雙基色點(diǎn)陣屏?xí)r，要用到四片 74HC595 芯片，因?yàn)槭屑t燈和十六列綠燈，所以需要兩片 74HC595 芯片對(duì) 16 列為紅燈和兩片 74HC595芯片對(duì) 16 位綠燈進(jìn)行亮滅的控制。為了能更好的顯示一個(gè)完整的漢字，必須用漢字取模軟件進(jìn)行取模，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候要排整要發(fā)送數(shù)據(jù)的順序。 硬件電路總體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 本課題設(shè)計(jì)用的是 88 的雙基色點(diǎn)陣屏，使用四塊點(diǎn)陣屏經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)組合成的 1616 LED 點(diǎn)陣屏用來(lái)顯示漢字和圖片，所謂的 1616，是每一個(gè)漢字在縱、橫行各用 16 像素點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)顯示，滿足了本次設(shè)計(jì)的要求。 該軟件中的元器件的封裝是有限的，再加上現(xiàn)在市面上的器件的形狀各種各樣，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和PCB 電路圖設(shè)計(jì)時(shí)， 必須先畫(huà)好相應(yīng)的元器件封裝并更新到元器件庫(kù)當(dāng)中，才能完成相應(yīng)的設(shè)計(jì) 。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(xì)，很微小的一個(gè)斷開(kāi)的地方人肉眼是很難看出來(lái)的，在對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候很難發(fā)現(xiàn)，給電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)帶來(lái)困難，而且通電信號(hào)不太好。 （ 4）腐蝕和打孔：完成后就開(kāi)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(duì)照原理圖，把相應(yīng)的器件 插入相應(yīng)的位置，對(duì)器件進(jìn)行焊接。就可以完整的控制共陽(yáng)點(diǎn)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(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) 第 10 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 32 位數(shù)據(jù)的移位寄存器 當(dāng)給 14 腳輸入 32 位串行數(shù)據(jù)后，給以為控制信號(hào) SCK 輸入一個(gè)高電平，通過(guò)調(diào)用延時(shí)程序， 32 位數(shù)據(jù)通過(guò)移位控制信號(hào)，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(diǎn)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(yáng)的接法相反。當(dāng)個(gè)紅色發(fā)光二極管的控制引腳低電平，給紅色和綠色共陽(yáng)的控制引腳高電平，發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)出紅色的光。 3 軟件掃描控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 本課題設(shè)計(jì)使用了 FPGA 最小系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板 ， FPGA 系列為 EP2C5T144C8N 芯片。本課題設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)，是結(jié)合對(duì)硬件控制電路的設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并通過(guò)分步調(diào)試實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊，然后結(jié)合分步調(diào)試實(shí)現(xiàn)的代碼，并且濤考慮到時(shí)序邏輯問(wèn)題，結(jié)合這些進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。還需要一個(gè)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和發(fā)送模塊，當(dāng)掃描控制模塊個(gè)一個(gè)信號(hào)，就把相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送到掃描控制模塊中，就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)軟件掃描控制設(shè)計(jì)。 程序編寫(xiě) 實(shí)現(xiàn)效果 仿真測(cè)試 配置 程序下載 程序編譯 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) 第 15 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā) 流程圖 （ 1） 程序編寫(xiě)：根據(jù)對(duì) QuartusⅡ 軟件的了解和 所學(xué)習(xí)的 Verilog 語(yǔ)言的使用規(guī)則編寫(xiě)相關(guān)軟件程序。編譯完成后會(huì)彈出該對(duì)話框 ，彈出該對(duì)話并出現(xiàn)警告，但并不是錯(cuò)誤，這樣還是表示編譯成功；彈出 對(duì)話框，則程序有錯(cuò)誤，在文本程序輸入窗口下有一個(gè)錯(cuò)誤顯示窗 口如圖 ，在該對(duì)話框找到錯(cuò)誤并雙擊，則會(huì)跳到錯(cuò)誤的地方，對(duì)其進(jìn)行修改。 （ 4） 編程下載：使用 Quartus Ⅱ 生成的下載文件需要通過(guò)專用的驅(qū)動(dòng)接口才能下載到芯片上。//時(shí)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(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第二位數(shù)據(jù) 3 :SCK=1。 R=data[4]。 14 : begin SCK=0。 //寄存器寄存控制信號(hào)打開(kāi)，對(duì) 32 位數(shù)據(jù)寄存 hang=hang+1。圖 所示 中的data[31:0]為數(shù)據(jù)接收端，數(shù)據(jù)接收后，通過(guò)一 個(gè) case 語(yǔ)句，分別把 32 位數(shù)據(jù) 給 R，再桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) 第 20 頁(yè) 共 41 頁(yè) 通過(guò) SCK 移位控制信號(hào) 和 RCK 寄存器控制信號(hào)的結(jié)合，把數(shù)據(jù)送入顯示屏，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏的掃描和控制。 考慮到實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)效果時(shí)，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(gè)人的眼睛對(duì)不同顏色光線的敏感程度是不同的，人的眼睛對(duì)顏色的敏感是來(lái)自于人眼珠上的視網(wǎng)膜上三種不同類(lèi)型的視錐細(xì)胞。人眼的視覺(jué)惰性通?？梢岳斫鉃楦?種不同顏色和亮度的光線對(duì)人眼的作用、傳輸、處理等過(guò)程，這些都需要一定的延遲時(shí)間，因而視覺(jué)具有一定的低通特性。本次課題設(shè)計(jì)使用串行并出的掃描驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)在于 LED 顯示屏不必對(duì)每個(gè)發(fā)光燈提供單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電路，而是一行發(fā)光燈為一組共享一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)掃描的方法，使各組發(fā)光燈依次點(diǎn)亮，只要掃描頻率高于臨界閃爍頻率，人眼看起來(lái)各組燈都在發(fā)光。這就是 LED 顯示屏為什么只用紅、綠、藍(lán)作為最基本的顏色。在生活，光的亮度是對(duì)人眼非常敏感，色度對(duì)人眼也很敏感。在 LED 發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，只要刷新頻率達(dá)到一定的高度，人 的眼睛就不能感覺(jué)出 LED 燈在閃爍。賦值語(yǔ)句，可進(jìn)行對(duì) 74HC138 進(jìn)行片選。//控制數(shù)據(jù)輸入同步標(biāo)志位 count=0。 R=data[6]。end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第四位數(shù)據(jù) 7 :SCK=1。//打開(kāi)移位寄存器以為信號(hào) 2 :begin SCK=0。 名稱 屬性 作用 clk 輸入 時(shí)鐘輸入控制信號(hào) 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(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) 第 18 頁(yè) 共 41 頁(yè) if(number==1) number=0。h00ffff00。h007ffc00。h007ffc00。h00ffff00。圖 所示 的 data[31:0]為數(shù)據(jù)的輸出口，當(dāng)給一個(gè)高電平時(shí)，控制端口模塊返回一個(gè) q[3:0]的數(shù)字，通過(guò)返回值的方式取出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)就會(huì)送入 LED顯示屏控制模塊。本課題使用了功能仿真，新建一個(gè) 仿真文件，雙擊 區(qū)域，彈出對(duì)話框如圖 所示，然后點(diǎn)擊圖 所示的按鍵，又彈出對(duì)話框如圖 所示，設(shè)置參數(shù)如圖 所示，點(diǎn)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(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) 第 16 頁(yè) 共 41 頁(yè) 需要的管腳放入仿真文件中，再對(duì)管腳進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，設(shè)置完后點(diǎn)擊 對(duì)仿真 文件進(jìn)行仿真，查看結(jié)果。由于程序設(shè)計(jì)和底層電路設(shè)計(jì)編譯后，不能直接看到設(shè)計(jì)的結(jié)果，只能看到錯(cuò)誤和警告，通常通過(guò)建立仿真文件，進(jìn)行仿真，看效果是否與自己設(shè)計(jì)預(yù)想的結(jié)果相符合。它能夠提供完美的多平臺(tái)設(shè)計(jì)環(huán)境，并且可以輕松滿足設(shè)計(jì)者特定設(shè)計(jì)的需要。為了使行控制信號(hào)與列控制信號(hào)同步，采用返回值的方式實(shí)現(xiàn)十六行數(shù)據(jù)的讀取。 JTGA 下載口和 AS 下載口，對(duì)已編譯完成的程序或電路設(shè)計(jì)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(huì)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(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) 第 12 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 顯示屏的接法 本課題設(shè)計(jì)用的是紅和綠兩種顏色組成的雙色點(diǎn)陣。下面以雙基色的接法為例，如圖 所示。由于 LED 點(diǎn)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(lái)了方便。根據(jù)本課題設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要 求把四片 74HC595 芯片通過(guò)級(jí)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(shí)鐘輸入腳 SCK；四片 74HC595 芯片的 12 腳聯(lián)在起引出一根存儲(chǔ)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(jìn)行譯碼，給 D 置 1，就可以對(duì)其進(jìn)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(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(gè)固定的孔 (至少三個(gè)點(diǎn) )，再在頂層的 PCB 圖紙找到與電路板上對(duì)應(yīng)的孔，用鐵絲穿過(guò) PCB 圖紙中對(duì)應(yīng)的孔，再穿過(guò)電路板上的孔。 圖 封裝管腳設(shè)置 設(shè)計(jì)原理圖 設(shè)計(jì) 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(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) 第 7 頁(yè) 共 41 頁(yè) （ 2） 設(shè)計(jì) PCB 圖：更新 PCB 圖后，對(duì) PCB 圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，把器件進(jìn)行布局，再根據(jù)自己的需要對(duì)電源線和信號(hào)線進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。所以通過(guò) 74HC595芯片的 9