【正文】 底層電路設計、波形仿真設計等多種，而且可以混合設計。 軟件設計思路 總體流程圖，如圖 所示。軟件主要部分包括兩個模塊：存儲和發(fā)送數(shù)據(jù)模塊和 LED 顯示屏控制掃描模塊。為了能夠更好地設計出 LED 顯示屏掃描控制部分，必須對 FPGA 最小系統(tǒng)開發(fā)板有一定的了解。當個綠色發(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)出綠色的光。當把共陽的雙基色點陣屏 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 會顯示橙色的。單色有很多種顏色，如紅、綠、黃，藍色等單色。數(shù)據(jù)移完后，給寄存控制信號 RCK 一個高電平把 32 位數(shù)據(jù)進行鎖存，通過 13 腳使能控制信號端接 GND 就 把數(shù)據(jù)并行輸出。 VCC Vin RL GND 圖 反相器電路圖 當給 B 極 Vin 輸入端一個高電平，由于三極管的 E 極接 VCC 是的三極管不能導通，當在 E 極和 B 極之間加上一個很大的上拉電阻，通過上拉電阻的作用把 B 極的高電平變?yōu)榈碗娖?，從而使得三極管處于導通狀態(tài)，使得接在 LED 顯示屏上的 C 極輸出低電平。要特別注意個個元器件的管腳的是否對應，確定無誤后才能開始焊接。腐蝕完后開始打孔，根據(jù)前面設置好的焊盤大小選用相應的打孔針打孔，在打孔時要注意對準焊盤的中心，不然會把焊盤打沒，這樣會給焊接帶來困難。設置 好線寬后，再設置焊孔的大小，如果焊孔設置的太小，在打孔的時候會把銅邊打沒，焊接就非常困難。 圖 為 硬件電路開發(fā)流程。 由于本次使用的點陣屏是雙基色的，所以要用 四個 74HC595 芯片通過級聯(lián)的方式控制十六列紅和十六列綠燈的亮滅，再用兩塊74HC138 芯片級聯(lián)的方式組合成 416 譯碼器對十六行進行控制。同時在傳輸數(shù)據(jù)的時間上也要控制好，利用人眼視覺的惰性調(diào)整，讓每一次刷新顯示屏的時間剛好讓人眼感覺不出 LED 顯示屏有間斷性的亮滅。對于 LED 顯示屏行的控制驅(qū) 動芯片可以有很多選擇性 ?？梢圆捎?74HC373 級聯(lián)的方式控制。這樣給電路板的設計帶來了很大的方便，同時給調(diào)試電路板電路的時候減少了工作量。最后，結合 Verilog 語言設計的特點再結合設計的硬件電路的特點在 Quartus Ⅱ 開發(fā) 軟件上編寫 Verilog HDL程序 對LED 顯示屏的軟件設計，設計 LED 顯示屏的掃描控制部分。首先，對整體設計進行分析；其次對對硬件驅(qū)動設計進行理論分析；最后，對軟件驅(qū)動設計進行理論的分析。由于本課題設計 使用動態(tài)和靜態(tài)的掃描技術。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 ，耗能更少。這是因為 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、性能穩(wěn)定等優(yōu)異的特性。隨著現(xiàn)代的進步 ， 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步。本課題設計的是基于 FPGA的 LED 顯示屏控制器設計，需要選用什么樣的軟件開發(fā)工具，設計 LED 顯示屏的掃描控制程序。 編號： 桂林電子科技大學信息科技學院 畢業(yè)設計 (論文 )說明書 題 目： 基于 FPGA 的彩色點陣控制器設計 系 別： 電子工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 學生姓名： 學 號： 指導教師： 職 稱： 題目類型： ?理論研究 ?實驗研究 ?工程設計 ?工程技術研究 ?軟件開發(fā) ?應用研究 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。本課題設計選用的是 Verilog 語言編寫軟件部分。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)動方式再到實際應用范圍都各不相同，但 LED 顯示屏 作為現(xiàn)代顯示器技術的發(fā)展的產(chǎn)物，在實際應用領域擁有一席之位。在國內(nèi) LED 顯示屏在實際應用，主要是作為傳輸信息的工具。在國內(nèi)外有很多人對 LED 顯示屏控制器有研究，但是設計出來的控制器 控制顯示屏顯示的效果還不是很好。動態(tài)掃描技術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)。 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。 結合前兩個硬件設計實現(xiàn)加上軟件設計控制系統(tǒng)就可以制作出彩色點陣控制器。串行控制驅(qū)動方式芯片可選的有： 74HC595 和 74LS595 等等。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。可以根據(jù)點陣屏的特點和自己的需求進行選擇。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。用兩片 74HC138 芯片的 4 腳和 6 腳相連對兩塊 74HC138 進行片選，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。 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 6 頁 共 41 頁 圖 硬件電路開發(fā)流程 （ 1） 設計原理圖：根據(jù)選用的 74HC138 和 74HC595 芯片的功能設計一款驅(qū)動控制電路。設置好這些后，開始進行布線，布線時要注意不要走直線。雙面板進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。 硬件行驅(qū)動控制模塊設計實現(xiàn) 本課題設計用到了兩片 74HC138 芯片控制 16 行的選通，查找相關資料并分析了該芯片的管腳功能。反之，則輸出低電平。 點陣屏模塊設計實現(xiàn) 隨著科技的進步和迅速發(fā)展，使得半導體材料的制造技術和對半導體材料加工技術的不斷成熟和完善，從而在制造各種不同的半導體材料越來越容易，使得 LED 顯示屏的種類很多，從型號到種類再到像素的大小。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)自己設計的軟件而定的。 本課題設計使用了四塊 88 點陣屏。當個紅色和綠色發(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。 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。 軟件設計總體思路 本課題設計結合 Verilog 語言編寫軟件程序，通過對 LED 顯示屏控制器的設計的分析。 圖 軟件設計思路 總體流程圖 軟件設計總體實現(xiàn) 本課題設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。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計文件。 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)所需要的結果進行參數(shù)設計進行仿真，這樣做更能驗證設計的結果與自己設計的硬件所顯示的結果相同。把編譯成功生成 的編程文件通過編程器下載目標器件，以便進行硬件調(diào)試和驗證設計的結果。//返回一 個 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 寄存器信號控制信號，把數(shù)據(jù)寄存，再通過行控制信號把對應的數(shù)據(jù)顯示在 LED顯示屏。 R=data[2]。 10 : begin SCK=0。end// 關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。 //寄存器寄存控制信號關閉 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現(xiàn)發(fā)光的亮度。首先要對光學特性中的亮度，色彩以及視角做一個深入的認識，并且結合人眼的視覺特性去了解人眼對光源的敏感度。不同視覺敏感曲線表示如圖 所示，圖上分別表示 R、 G、B，即三種視錐細胞對紅、綠、藍三基色敏感程度。這樣一來，當對人眼進行反復通斷光源，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到一定的時候，人眼的視覺就感覺不到亮度的變化了。了解和認識人眼的視覺惰性可以說是讓 LED 顯示屏有個好的顯示效果的基礎。因為根據(jù)對科學家對人眼的研究表明，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到更好的效果 是和光源特性以及視覺特性息息相關的。動態(tài)控制方法是利用人眼的惰性，把每個 LED 發(fā)光二極管通過調(diào)節(jié)其發(fā)光的時間，實現(xiàn)各種不同顏色。賦值語句，第二位行控制信號，二進制編碼 assign C=hang[2]。end// 關閉移位寄存器移位控制信號，輸入第三十二 位數(shù) 據(jù) 63:SCK=1。end// 關閉移位寄存器移位控制信號，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。 存儲和發(fā)送數(shù)據(jù)的模塊 圖 數(shù)據(jù)存儲 和 發(fā)送模塊 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 17 頁 共 41 頁 點陣基本數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送模塊的作用是存儲的數(shù)據(jù)經(jīng)過控制信號把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)掃描控制模塊中，兩個模塊之間要在時間上控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，表 為數(shù)據(jù)存儲發(fā)送模塊端口定義。功能仿真可以直接對編寫程序設計、底層電路圖設計及其它的設計方式進行的仿真測試，為了驗證設計者所設計的程序和電路圖設計的功能和效果與設計者設計硬件器件的功能和效果相符合，但進行功能仿真運行的結 果與設計者設計的硬件器件運行的結果誤差相差很大。點擊 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，則會彈出，表示底層文件創(chuàng)建成功。 時鐘輸入 顯示屏 數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送模塊 顯示屏掃描控制模塊 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 14 頁 共 41 頁 圖 整體軟件設計電路圖 軟件設計過程 QuartusⅡ 開發(fā)軟件是 Altera 公司在二十一世紀初針對自己公司生產(chǎn)的 現(xiàn)場可編程門陣列 集成開發(fā)環(huán)境設計的一款開發(fā)工具軟件。對行掃描控制需要對 74HC138 的 A、 B、 C、 D 四線進行賦二進制數(shù)值，再根據(jù)列控制信號對 74HC595的數(shù)據(jù)輸入端進行數(shù)據(jù)輸入，并給 74HC595 的移位控制信號和寄存控制信號賦 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：用來存儲下載后程序文件了，連接在 AS 下載口。 測試共陽和共陽的步驟： （ 1）把萬用表轉到二極檔位； （ 2）把萬用表的任意表筆接在 88 點陣塊的任意引腳； （ 3）把另一只表筆依次在 88 點陣塊的所有引腳接觸，看是否有發(fā)光二極管 點 亮。通過使用萬用表測試出本課題設計使用點陣屏為共陽的接法，如圖 所示 。 圖 單色 LED 矩陣的接法 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 11 頁 共 41 頁 點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、藍作為制作顯示屏顏色的基礎，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 芯片的結合才能使得顯示屏顯示并對其行進一行一行的控制， 表 為兩片 74HC138 芯片結合反相器電路輸出的真值表。 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 8 頁 共 41 頁 圖 416 譯碼器 當給兩片 74HC138 組合設計出的 416 譯碼器 的 A 至 D 腳二