【正文】 底層電路設(shè)計(jì)、波形仿真設(shè)計(jì)等多種，而且可以混合設(shè)計(jì)。 軟件設(shè)計(jì)思路 總體流程圖，如圖 所示。軟件主要部分包括兩個(gè)模塊：存儲(chǔ)和發(fā)送數(shù)據(jù)模塊和 LED 顯示屏控制掃描模塊。為了能夠更好地設(shè)計(jì)出 LED 顯示屏掃描控制部分，必須對(duì) FPGA 最小系統(tǒng)開發(fā)板有一定的了解。當(dāng)個(gè)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(huì)發(fā)出綠色的光。當(dāng)把共陽的雙基色點(diǎn)陣屏 8 根接共陽一端接一定的高電平，另外十六根管腳給低電平，就 會(huì)顯示橙色的。單色有很多種顏色，如紅、綠、黃，藍(lán)色等單色。數(shù)據(jù)移完后，給寄存控制信號(hào) RCK 一個(gè)高電平把 32 位數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，通過 13 腳使能控制信號(hào)端接 GND 就 把數(shù)據(jù)并行輸出。 VCC Vin RL GND 圖 反相器電路圖 當(dāng)給 B 極 Vin 輸入端一個(gè)高電平，由于三極管的 E 極接 VCC 是的三極管不能導(dǎo)通，當(dāng)在 E 極和 B 極之間加上一個(gè)很大的上拉電阻，通過上拉電阻的作用把 B 極的高電平變?yōu)榈碗娖剑瑥亩沟萌龢O管處于導(dǎo)通狀態(tài)，使得接在 LED 顯示屏上的 C 極輸出低電平。要特別注意個(gè)個(gè)元器件的管腳的是否對(duì)應(yīng)，確定無誤后才能開始焊接。腐蝕完后開始打孔，根據(jù)前面設(shè)置好的焊盤大小選用相應(yīng)的打孔針打孔，在打孔時(shí)要注意對(duì)準(zhǔn)焊盤的中心，不然會(huì)把焊盤打沒，這樣會(huì)給焊接帶來困難。設(shè)置 好線寬后，再設(shè)置焊孔的大小，如果焊孔設(shè)置的太小，在打孔的時(shí)候會(huì)把銅邊打沒，焊接就非常困難。 圖 為 硬件電路開發(fā)流程。 由于本次使用的點(diǎn)陣屏是雙基色的，所以要用 四個(gè) 74HC595 芯片通過級(jí)聯(lián)的方式控制十六列紅和十六列綠燈的亮滅，再用兩塊74HC138 芯片級(jí)聯(lián)的方式組合成 416 譯碼器對(duì)十六行進(jìn)行控制。同時(shí)在傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間上也要控制好，利用人眼視覺的惰性調(diào)整，讓每一次刷新顯示屏的時(shí)間剛好讓人眼感覺不出 LED 顯示屏有間斷性的亮滅。對(duì)于 LED 顯示屏行的控制驅(qū) 動(dòng)芯片可以有很多選擇性 ?？梢圆捎?74HC373 級(jí)聯(lián)的方式控制。這樣給電路板的設(shè)計(jì)帶來了很大的方便，同時(shí)給調(diào)試電路板電路的時(shí)候減少了工作量。最后，結(jié)合 Verilog 語言設(shè)計(jì)的特點(diǎn)再結(jié)合設(shè)計(jì)的硬件電路的特點(diǎn)在 Quartus Ⅱ 開發(fā) 軟件上編寫 Verilog HDL程序 對(duì)LED 顯示屏的軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì) LED 顯示屏的掃描控制部分。首先，對(duì)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行分析；其次對(duì)對(duì)硬件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行理論分析；最后，對(duì)軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行理論的分析。由于本課題設(shè)計(jì) 使用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的掃描技術(shù)。要想制作出一款彩色顯示屏控制器在性能上有更高的要求，可以從 LED 顯示屏色彩豐富和低功耗著手，使得 LED 顯示的顏色更艷麗，畫面更生動(dòng) ，耗能更少。這是因?yàn)?LED 顯示本身所具有高亮度、低功耗、環(huán)保、可大型化、使用壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)異的特性。隨著現(xiàn)代的進(jìn)步 ， LED 顯示屏在制作工藝有很大的改善，并且在性能上有了很大的進(jìn)步。本課題設(shè)計(jì)的是基于 FPGA的 LED 顯示屏控制器設(shè)計(jì)，需要選用什么樣的軟件開發(fā)工具，設(shè)計(jì) LED 顯示屏的掃描控制程序。 編號(hào)： 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 )說明書 題 目： 基于 FPGA 的彩色點(diǎn)陣控制器設(shè)計(jì) 系 別： 電子工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 題目類型： ?理論研究 ?實(shí)驗(yàn)研究 ?工程設(shè)計(jì) ?工程技術(shù)研究 ?軟件開發(fā) ?應(yīng)用研究 2020 年 6 月 1 日 摘 要 LED 顯示屏工藝發(fā)展很快，使得 LED 顯示屏有很多優(yōu)異特性。本課題設(shè)計(jì)選用的是 Verilog 語言編寫軟件部分。雖然在市場(chǎng)上顯示屏的種類各式各樣，從各式各樣的型號(hào)到各式各樣的種類從對(duì)顯示驅(qū)動(dòng)原理到驅(qū)動(dòng)方式再到實(shí)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(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域擁有一席之位。在國(guó)內(nèi) LED 顯示屏在實(shí)際應(yīng)用，主要是作為傳輸信息的工具。在國(guó)內(nèi)外有很多人對(duì) LED 顯示屏控制器有研究，但是設(shè)計(jì)出來的控制器 控制顯示屏顯示的效果還不是很好。動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)必須選用移位寄存器，必須在時(shí)間上控制數(shù)據(jù) 的移位，可以讓畫面產(chǎn)生動(dòng)態(tài)。 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(diǎn)陣、電源、 FPGA 開發(fā)板等部分組成。 結(jié)合前兩個(gè)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)加上軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)就可以制作出彩色點(diǎn)陣控制器。串行控制驅(qū)動(dòng)方式芯片可選的有： 74HC595 和 74LS595 等等。而并行控制驅(qū)動(dòng)在制作電路板的時(shí)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(shí)，也給調(diào)試電路板的時(shí)候帶了很大的難度?？梢愿鶕?jù)點(diǎn)陣屏的特點(diǎn)和自己的需求進(jìn)行選擇。如果時(shí)間沒有調(diào)整好就會(huì)出現(xiàn)閃爍，造成顯示的效果不是很好。用兩片 74HC138 芯片的 4 腳和 6 腳相連對(duì)兩塊 74HC138 進(jìn)行片選，而兩片 74HC138 芯片的八位輸出管腳與點(diǎn)陣 屏 的十六行的控制腳相連。 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 )說明書 第 6 頁 共 41 頁 圖 硬件電路開發(fā)流程 （ 1） 設(shè)計(jì)原理圖：根據(jù)選用的 74HC138 和 74HC595 芯片的功能設(shè)計(jì)一款驅(qū)動(dòng)控制電路。設(shè)置好這些后，開始進(jìn)行布線，布線時(shí)要注意不要走直線。雙面板進(jìn)行對(duì)孔的時(shí)候是有偏差的，所以在打孔的時(shí)候需要看焊孔是否有線 連接。 硬件行驅(qū)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 本課題設(shè)計(jì)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。反之，則輸出低電平。 點(diǎn)陣屏模塊設(shè)計(jì)實(shí)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(duì)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(hào)到種類再到像素的大小。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(jì)的軟件而定的。 本課題設(shè)計(jì)使用了四塊 88 點(diǎn)陣屏。當(dāng)個(gè)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(huì)發(fā)出橙色或黃色的光。 FPGA 系列為 EP2C5T144C8N 芯片擁有 89個(gè)可編引腳可用于輸入和輸出； 2個(gè)鎖相環(huán)，用于分配和倍頻用。 軟件設(shè)計(jì)總體思路 本課題設(shè)計(jì)結(jié)合 Verilog 語言編寫軟件程序，通過對(duì) LED 顯示屏控制器的設(shè)計(jì)的分析。 圖 軟件設(shè)計(jì)思路 總體流程圖 軟件設(shè)計(jì)總體實(shí)現(xiàn) 本課題設(shè)計(jì)的軟件掃描控制系統(tǒng)主要包括：分配器模塊、動(dòng)態(tài)控制模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和發(fā)送模塊和顯示屏掃描控制模塊。打開 QuartusⅡ 軟件新建工程，再在工程文件中新建一個(gè)文本輸入程序設(shè)計(jì)文件。 圖 錯(cuò)誤提示窗口 （ 3） 仿真測(cè)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(jì)進(jìn)行仿真，這樣做更能驗(yàn)證設(shè)計(jì)的結(jié)果與自己設(shè)計(jì)的硬件所顯示的結(jié)果相同。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(yàn)證設(shè)計(jì)的結(jié)果。//返回一 個(gè) 32 位數(shù)據(jù) input[3:0] in。h000ff000。h000ff000。h000ff000。h00000000。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(hào)控制信號(hào)，把數(shù)據(jù)寄存，再通過行控制信號(hào)把對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在 LED顯示屏。 R=data[2]。 10 : begin SCK=0。end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第八位數(shù)據(jù) . . . 62 :begin SCK=0。 //寄存器寄存控制信號(hào)關(guān)閉 count=count+1。 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(shí)現(xiàn)發(fā)光的亮度。首先要對(duì)光學(xué)特性中的亮度，色彩以及視角做一個(gè)深入的認(rèn)識(shí)，并且結(jié)合人眼的視覺特性去了解人眼對(duì)光源的敏感度。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(duì)紅、綠、藍(lán)三基色敏感程度。這樣一來，當(dāng)對(duì)人眼進(jìn)行反復(fù)通斷光源，在通斷光源頻率慢慢變低時(shí)，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(shí)，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(shí)候，人眼的視覺就感覺不到亮度的變化了。了解和認(rèn)識(shí)人眼的視覺惰性可以說是讓 LED 顯示屏有個(gè)好的顯示效果的基礎(chǔ)。因?yàn)楦鶕?jù)對(duì)科學(xué)家對(duì)人眼的研究表明，用 R、G、 B 三種基色按照一定的比例混合，就可以合成很多種不同的顏色。要想使顯示的圖像達(dá)到更好的效果 是和光源特性以及視覺特性息息相關(guān)的。動(dòng)態(tài)控制方法是利用人眼的惰性，把每個(gè) LED 發(fā)光二極管通過調(diào)節(jié)其發(fā)光的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)各種不同顏色。賦值語句，第二位行控制信號(hào)，二進(jìn)制編碼 assign C=hang[2]。end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第三十二 位數(shù) 據(jù) 63:SCK=1。end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第六位數(shù)據(jù) 11 :SCK=1。 6 :begin SCK=0。 R=data[0]。d0: data1=data(q[3:0])。h00ffff00。h007ffc00。h007ffc00。h00ffff00。 存儲(chǔ)和發(fā)送數(shù)據(jù)的模塊 圖 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 和 發(fā)送模塊 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 )說明書 第 17 頁 共 41 頁 點(diǎn)陣基本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)送模塊的作用是存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)過控制信號(hào)把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)掃描控制模塊中，兩個(gè)模塊之間要在時(shí)間上控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，表 為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)發(fā)送模塊端口定義。功能仿真可以直接對(duì)編寫程序設(shè)計(jì)、底層電路圖設(shè)計(jì)及其它的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行的仿真測(cè)試，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)者所設(shè)計(jì)的程序和電路圖設(shè)計(jì)的功能和效果與設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)硬件器件的功能和效果相符合，但進(jìn)行功能仿真運(yùn)行的結(jié) 果與設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的硬件器件運(yùn)行的結(jié)果誤差相差很大。點(diǎn)擊 File，彈出 File 下的子目錄，選擇 Create updata按鍵，在 Create updata 下的子按鍵中選則 Create symbol file for current file，則會(huì)彈出，表示底層文件創(chuàng)建成功。 時(shí)鐘輸入 顯示屏 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)送模塊 顯示屏掃描控制模塊 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 )說明書 第 14 頁 共 41 頁 圖 整體軟件設(shè)計(jì)電路圖 軟件設(shè)計(jì)過程 QuartusⅡ 開發(fā)軟件是 Altera 公司在二十一世紀(jì)初針對(duì)自己公司生產(chǎn)的 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 集成開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)的一款開發(fā)工具軟件。對(duì)行掃描控制需要對(duì) 74HC138 的 A、 B、 C、 D 四線進(jìn)行賦二進(jìn)制數(shù)值，再根據(jù)列控制信號(hào)對(duì) 74HC595的數(shù)據(jù)輸入端進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，并給 74HC595 的移位控制信號(hào)和寄存控制信號(hào)賦 0 或 1。 FPGA 最小 系統(tǒng)開發(fā)板上配置了 EPROM芯片使用 EPCS4，大小為 4Mbit：用來存儲(chǔ)下載后程序文件了，連接在 AS 下載口。 測(cè)試共陽和共陽的步驟： （ 1）把萬用表轉(zhuǎn)到二極檔位； （ 2）把萬用表的任意表筆接在 88 點(diǎn)陣塊的任意引腳； （ 3）把另一只表筆依次在 88 點(diǎn)陣塊的所有引腳接觸，看是否有發(fā)光二極管 點(diǎn) 亮。通過使用萬用表測(cè)試出本課題設(shè)計(jì)使用點(diǎn)陣屏為共陽的接法，如圖 所示 。 圖 單色 LED 矩陣的接法 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 )說明書 第 11 頁 共 41 頁 點(diǎn)陣屏的雙基色和三基色按電路的接法分為共陰和共陽兩種接法。顯示屏用紅、綠、藍(lán)作為制作顯示屏顏色的基礎(chǔ)，在軟件的控制下，使用一種特定的控制方式可以使雙基色顯示屏和 三基色顯示屏顯示出很多種不同的顏色。通過反相器電路與 74HC138 芯片的結(jié)合才能使得顯示屏顯示并對(duì)其行進(jìn)一行一行的控制， 表 為兩片 74HC138 芯片結(jié)合反相器電路輸出的真值表。 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 )說明書 第 8 頁 共 41 頁 圖 416 譯碼器 當(dāng)給兩片 74HC138 組合設(shè)計(jì)出的 416 譯碼器 的 A 至 D 腳二