【正文】 在該設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了可靠、高速的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。 LED 掃描與驅(qū)動(dòng)控制模塊LED 掃描與驅(qū)動(dòng)控制模塊用于實(shí)現(xiàn) LED 顯示屏的各像素點(diǎn)的掃描和驅(qū)動(dòng)。 脈沖占空比控制法 本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)全彩色視頻顯示，且視頻源的刷新頻率僅為 60Hz，此時(shí) LED 顯示屏將出現(xiàn)比較明顯的閃爍現(xiàn)象。 圖29 74HC595的原理圖74HC595是一種能兼容低電壓TTL電路硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件。LED 顯示屏每一行的灰度數(shù)據(jù)的 D0 至 D9 比特所代表的工作時(shí)間分別為 t、2t,、4t、8t、16t、32t、64t、128t、256t、512t，其中 t=Hc/1023，當(dāng) LED 顯示屏掃描每行灰度數(shù)據(jù)的 D0至 D9 比特時(shí)，分別在掃描時(shí)間內(nèi)引入時(shí)長(zhǎng)為 1022t、1021t、1019t、1015t、1007t、991t、959t、895t、767t、511t 的消隱電平，當(dāng)消隱電平在掃描周期內(nèi)變低時(shí)發(fā)光二極管處于不工作狀態(tài)。 公式（23）圖 25 脈沖驅(qū)動(dòng) 由此可知在使用脈沖驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，脈沖電流的幅值 IF必須是直流驅(qū)動(dòng)電流 Io的 T/ton倍。從圖中可知看，Iv是隨著 If的增加而增加的，但變化的規(guī)律有所不同。LED 顯示屏在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上已被廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)前景巨大。采用 VerilogHDL 描述數(shù)字系統(tǒng)，它可以對(duì)其按層次地進(jìn)行描述，并能顯式地進(jìn)行時(shí)序建模。特別在體育、戶外廣告、交通等諸多領(lǐng)域的市場(chǎng)將有進(jìn)一步的增加。動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，在每一時(shí)刻只有一組 LED 在顯示，即點(diǎn)亮狀態(tài)，而其它 LED組都為熄滅狀態(tài)。雖然 LED 顯示屏在其它國(guó)家應(yīng)用較廣，但在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的卻很少，產(chǎn)品主要以雙基色紅和綠為主，灰度等級(jí)只能做到單點(diǎn) 4級(jí)，具有較高的產(chǎn)品成本。DDR SDRAM 的作用是為 FPGA 緩存數(shù)據(jù)。讀地址產(chǎn)生模塊按照顏色和權(quán)重來(lái)產(chǎn)生讀地址，寫地址產(chǎn)生模塊按照顏色數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生灰度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)目的地址，讀寫控制模塊控制 DDR 存儲(chǔ)器的讀寫操作。這種顯示屏通常用于顯示純文字信息。因此，設(shè)計(jì)時(shí)既要保證驅(qū)動(dòng)電路容易實(shí)現(xiàn)，又要保證圖像的穩(wěn)定、無(wú)閃爍[13][14][18]。 目前在市場(chǎng)上銷售的 FPGA 芯片大部分來(lái)自兩家公司：Altera 公司和 Xilinx公司，這兩家公司的 FPGA 芯片占據(jù)了市場(chǎng)份額的 80%以上，其他的 FPGA 廠家產(chǎn)品主要是針對(duì)某些特定的應(yīng)用[22]。此后，VHDL便得到了廣泛的接受，并逐漸代替了原來(lái)非標(biāo)準(zhǔn)的 HDL，VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口。這種方法與單片機(jī)控制電路相比，電路結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)潔，可靠性更高，調(diào)試也更為簡(jiǎn)單。(1)直流驅(qū)動(dòng) 直流驅(qū)動(dòng)在實(shí)現(xiàn)上很容易，將電源電壓 VCC、電阻 R 與 LED 器件三者串聯(lián)組成回路，由電阻 R 與 LED 器件的伏安特性一起決定 LED 的工作點(diǎn)，這種驅(qū)動(dòng)方式適用于 LED 器件較少且發(fā)光強(qiáng)度恒定的情況下[35]。 在一個(gè)掃描周期內(nèi)，占空比為 1 時(shí)指的是完全點(diǎn)亮即對(duì)應(yīng) 256 級(jí)灰度；完全熄滅時(shí)，此時(shí)占空比為 0，對(duì)應(yīng)于 0 級(jí)灰度。 (4)掃描驅(qū)動(dòng) 掃描驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路，產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 器件輪流點(diǎn)亮，從而簡(jiǎn)化控制驅(qū)動(dòng)電路的一種驅(qū)動(dòng)方式[39]。LED 點(diǎn)陣顯示屏控制器的軟件設(shè)計(jì) LED 點(diǎn)陣顯示屏控制器的核心是 FPGA 控制模塊，其軟件設(shè)計(jì)基本集中在FPGA 芯片的邏輯功能設(shè)計(jì)上。其中，消隱電平控制方式的特點(diǎn)是：顯示亮度大，但需要較高的移位時(shí)鐘頻率；非消隱電平控制方式的特點(diǎn)是：顯示亮度較小，但所需移位時(shí)鐘頻率低。當(dāng) ST 出現(xiàn)一個(gè)上升沿時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)鎖存信號(hào)，數(shù)據(jù)由 74HC595 的后臺(tái)移入前臺(tái)鎖存。提高數(shù)據(jù)在控制器中的傳輸速率對(duì)解決高亮度顯示的問(wèn)題是有益的，但這會(huì)使設(shè)計(jì)極大地受限于 FPGA 器件的性能，不利于產(chǎn)品的移植或更新?lián)Q代，且對(duì)于 PCB 制板也提出了很高的要求。當(dāng)?shù)?9 位數(shù)據(jù)掃描完畢后，按照脈沖打散方案的掃描順序從 DDR 繼續(xù)讀取第 8 位數(shù)據(jù)開(kāi)始掃描，以此類推，直 到 掃 描 列 表 中 42 組 數(shù) 據(jù) 全 都 掃 描 完 。 灰度級(jí)產(chǎn)生模塊的實(shí)現(xiàn) 以下將具體描述用脈沖打散方案來(lái)實(shí)現(xiàn)灰度等級(jí)。時(shí)鐘模塊時(shí)鐘模塊用于產(chǎn)生各模塊需要的時(shí)鐘信號(hào)，在此利用 FPGA 內(nèi)置的 PLL 來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào) clk_125M 和 clk_200M。 LED 顯示板的信號(hào)接口 LED顯示屏是由若干個(gè)小型顯示板模組級(jí)聯(lián)而成的，每個(gè)模組的首端和尾端都有一個(gè)級(jí)聯(lián)口，如圖28所示為L(zhǎng)ED顯示板的信號(hào)接口。 由于 LED 顯示屏每個(gè)掃描塊的 16 行是串行掃描的，當(dāng)一行數(shù)據(jù)顯示的時(shí)候，就要把下一行的灰度數(shù)據(jù)鎖存到掃描電路的存儲(chǔ)寄存器內(nèi)，因此當(dāng)掃描 D0 比特?cái)?shù)據(jù) 時(shí) ， 每 一 行 數(shù) 據(jù) 的 鎖 存 時(shí) 間 僅 為 t 。脈沖驅(qū)動(dòng)的方法主要有以下兩種：掃描驅(qū)動(dòng)和占空比驅(qū)動(dòng)。 3）實(shí)現(xiàn)彩色LED屏控制器的控制時(shí)序分析，實(shí)現(xiàn)同步視頻信號(hào)的數(shù)據(jù)顯示。因?yàn)樵O(shè)計(jì)者可以 Quartus II 的設(shè)計(jì)環(huán)境中查詢到很多有關(guān)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)知識(shí)，所以通過(guò)查詢可以加快設(shè)計(jì)速度。但基于電路原理圖的設(shè)計(jì)在修改上就不如硬件描述語(yǔ)言編程方便。 LED 顯示屏產(chǎn)品正在走向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。 2)同步顯示屏系統(tǒng) 同步顯示屏系統(tǒng)是指將計(jì)算機(jī)屏幕上的內(nèi)容通過(guò)控制器實(shí)時(shí)地映射在 LED 屏上，該系統(tǒng)主要是將顯卡中的數(shù)據(jù)提取出來(lái)，然后經(jīng)過(guò)控制器作一系列的處理以后送到 LED 顯示屏顯示[7][8]。圖文顯示屏顯示的信息主要以漢字、英文文本和簡(jiǎn)單圖形為主；而視頻顯示屏采用了微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，能夠?qū)Ω鞣N播放信息，如文字、圖像、視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)、同步、清晰的播放。 綜合課程設(shè)計(jì) 題目（中文） 彩色LED控制器的設(shè)計(jì) 姓 名 劉秋香 學(xué) 號(hào) 2011180324 院 （系） 工學(xué)院 電子系 專業(yè)、年級(jí) 2011級(jí) 應(yīng)用電子技術(shù)教育 指導(dǎo)教師 蘭浩 二○一五年 一 月摘 要 LED 顯示屏是由發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊組成的大屏幕顯示系統(tǒng)，可以動(dòng)態(tài)顯示文字、圖像和視頻等信息，其使用壽命長(zhǎng)，可靠性高，功耗低，亮度高，色彩豐富，已在工業(yè)、交通、商業(yè)廣告、信息發(fā)布、體育比賽等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 LED 顯示屏主要有兩種：圖文顯示屏和視頻顯示屏。異步顯示屏系統(tǒng)主要用于顯示文字和簡(jiǎn)單的圖形信息，可以多屏聯(lián)網(wǎng)[6]。如今各省市體育場(chǎng)館也大量采用了 LED 彩色的顯示產(chǎn)品，在四十三屆世乒賽主場(chǎng)地天津體育中心就采用了國(guó)產(chǎn)的 LED 顯示屏，隨后一些其它的國(guó)內(nèi)重要體育場(chǎng)館如上海體育中心、大連體育場(chǎng)等都采用了 LED 顯示屏作為信息發(fā)布的主要途徑。 3)硬件描述語(yǔ)言編程通常帶有注釋，在編程序時(shí)可以很方便的修改。 在使用 Quartus II 設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者不需要非常精通器件內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只需要會(huì)使用自己熟悉的設(shè)計(jì)工具，如采用原理圖設(shè)計(jì)或采用硬件描述語(yǔ)言 VerilogHDL 或 VHDL 進(jìn)行設(shè)計(jì)就可，然后利用 Quartus II 將這些設(shè)計(jì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成最終結(jié)構(gòu)所需的格式[28]。 2）完成5種以上的彩色LED屏內(nèi)置刷屏程序。 圖 24 用晶體管對(duì) LED 器件恒流驅(qū)動(dòng)(3)脈沖驅(qū)動(dòng) 脈沖驅(qū)動(dòng)是指采用重復(fù)通電斷電的方法使 LED 器件點(diǎn)亮。LED 顯示屏每一行的灰度數(shù)據(jù)的 D0 至 D9 比特代表的顯示時(shí)間分別為 t、2t、4t、 8t、16t、32t、64t、128t、256t、512t，其中 t=Hc/1023（Hc 為平均行掃描周期)，當(dāng) 10bits 數(shù)據(jù)全部掃描顯示完成時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了非消隱電平灰度控制過(guò)程[38]。例如要使 LED12