【正文】 這些后，開始進行布線，布線時要注意不要走直線。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?？梢愿鶕?jù)點陣屏的特點和自己的需求進行選擇。串行控制驅動方式芯片可選的有： 74HC595 和 74LS595 等等。 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。在國內外有很多人對 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。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動原理到驅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。 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。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。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。首先，對整體設計進行分析；其次對對硬件驅動設計進行理論分析；最后，對軟件驅動設計進行理論的分析。這樣給電路板的設計帶來了很大的方便，同時給調試電路板電路的時候減少了工作量。對于 LED 顯示屏行的控制驅 動芯片可以有很多選擇性 。 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。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。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。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。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。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。 軟件設計思路 總體流程圖，如圖 所示。再一次進行編譯，沒有出現(xiàn)錯誤提示表示編譯成功。//控制數(shù)據(jù)輸入端 function[31:0] data。end //第七行數(shù)據(jù) 7 : begin data=39。end //第十五行數(shù)據(jù) 15 : begin data=39。 4 :begin SCK=0。 R=data[7]。 LED 顯示屏灰度實現(xiàn) 本課題設計要求實現(xiàn)動態(tài)和靜態(tài)兩種狀態(tài)的顯示。三種不同的視錐細胞對不同的顏色敏感也是不同的。在 LED 顯示屏中可以利用視覺惰性，改善驅動電路的設計和軟件設計。圖像顯示效果既和光學原理有關，也和人眼視覺特性有關，只有了解了兩者特性，并結合使用才能制作出一塊效果更好的顯示屏。賦值語句，第三位行控制信號，二進制編碼 assign D=hang[3]。 12 : begin SCK=0。end// 關閉移位寄存器移位控制信號，輸入第一位數(shù)據(jù) 1 :SCK=1。end //第十三行數(shù)據(jù) 13 : begin data=39。end //第五行數(shù)據(jù) 5 : begin data=39。 表 數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送模塊端口定義 該模塊是在 QuartusⅡ 軟件中生成的一個底層電路圖，模塊實現(xiàn)對三十二位數(shù)據(jù)的儲存和數(shù)據(jù)的發(fā)送。 （ 2） 程序編譯：由 Verilog 硬件描述語言編寫程序和底層電路圖設計以及波形仿真設計進行編譯。賦值方式是當一行數(shù)據(jù)輸入后，每移位一個數(shù)據(jù)給一個移位信號，移位三十二次后給一個寄存器寄存控制信號把數(shù)據(jù)寄存。如果只有一種顏色的燈亮，則把兩只表筆對換； （ 4）把對換的表筆依次在 88 點陣塊所有引腳接觸，看是否有兩種顏色的燈亮。不同的接法對于驅動芯片和設計驅動電路也有不同的要求，所以在制作驅動大型的點陣屏必須知道點陣內部的結構。 RL 接的是 LED 的引腳 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 9 頁 共 41 頁 表 兩片 74HC138 芯片結合反相器輸出的 真值表 硬件列驅動控制模塊設計實現(xiàn) 本課題設計使用四片 74HC595 芯片并行輸出 32 位數(shù)據(jù)用于控制 16 列紅燈和 16 列綠燈的亮滅，通過查找相關資料對該芯片的管腳功能進行分析。打孔完后，再一次確定焊孔是否去不都打了沒，確定無誤后才可進行下一步驟。 把每一個器件的封裝設定好后，更新 PCB，點擊設計標題欄下的子標題 ， 完成了電路圖 PCB 更新。從硬件電路的總體設計到個個模塊的實現(xiàn)。在制作 LED顯示屏的列驅動芯片一般都使用 74HC595 芯片。 本課題設計使用的是雙基色 LED 顯示屏，需要對 LED 顯示屏的行和列進行驅動，而且要選擇使用什么樣的驅動控制方案非常重要。 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 2 頁 共 41 頁 1 方案論證 本章節(jié)是從理論上分析 LED 顯示屏控制器的方案，包括方案對比、芯片選擇、軟件設計模塊論證。所以，在國內外 LED 的發(fā)展前景非常廣闊，正邁向更高耐氣候性、高的發(fā)光密度、高穩(wěn)定性 方向 發(fā)展。 結合 FPGA 開發(fā)板、硬件電路和軟件工程設計，最終實現(xiàn)了對 LED 顯示屏的控制系統(tǒng)的設計。 本課題研究的是當今行業(yè)流行的雙基色 LED 顯示屏驅動控制器技術，以 FPGA 為核心結合顯示屏控制電路驅動點陣屏。但是在控制技術方面還有很多不足。再根據(jù) LED 顯示屏的特性和內部結構，選定需要使用的驅動控制芯片。結合這些問題本設計 使用 Altera FPGA 系列為 EP2C5T144C8N 芯片制作的 FPGA 最小系統(tǒng)開發(fā)板。 方案二：并行控制驅動方式是將顯示的數(shù)據(jù)通過并行口輸入到顯示屏，每送一個字節(jié)就能完成一個整個顯示屏一行的輸入。要通過 Verilog 語言描述對驅動控制芯片進行控制，如 圖 為 軟件控制整體設計思路圖。所以通過 74HC595芯片的 9 腳、 11 腳和 12 腳組合在一起，就能對 LED 點陣屏的 16 列紅色和綠色的 LED燈的亮滅進行控制。再根據(jù)制作雙面板的步驟，在一面已經(jīng)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。想要讓 U22 進行譯碼，給 D 置 1，就可以對其進行譯碼控制。由于 LED 點陣屏有多種規(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了方便。 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。 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。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。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(shù)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。h00ffff00。h007ffc00。 名稱 屬性 作用 clk 輸入 時鐘輸入控制信號 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。end// 關閉移位寄存器移位控制信號，輸入第四位數(shù)據(jù) 7 :SCK=1。//控制數(shù)據(jù)輸入同步標志位 count=0。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。這就是 LED 顯示屏為什么只用紅、綠、藍作為最基本的顏色。人眼的視覺惰性通?？梢岳斫鉃楦?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。 考慮到實現(xiàn)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。 //寄存器寄存控制信號打開，對 32 位數(shù)據(jù)寄存 hang=hang+1。 R=data[4]。 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。h000ff000。h000ff000。 （ 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。 程序編寫 實現(xiàn)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(jù)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。本課題設計的軟件設計方案的實現(xiàn)，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(xiàn)了各個模塊，然后結合分步調試實現(xiàn)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(xiàn)整個控制系統(tǒng)的設計。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。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。就可以完整的控制共陽點陣屏的十六行的掃描。 （ 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。 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 。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(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候要排整要發(fā)送數(shù)據(jù)的順序。同時，對數(shù)據(jù)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?shù)恼{整線路的寬度。本課題設計選用的是 Ve rilog 語言編寫軟件掃描控制部分。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。 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。根據(jù) LED 顯示屏的特性和內部組成結構，選定需要用的驅動控制芯片，設計一款該 LED 顯示屏的驅動電路 。結合 Verilog 語言設計的特點和編寫程序的規(guī)則再結合硬件電路編寫對 LED 顯示屏的掃描控制部分。如電子顯示屏門牌，墻式電視機等。靜態(tài)掃描技術以靜態(tài)鎖存器掃描方式，把所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)送到鎖存器并且打入屏體中顯示，并且充分保證 LED亮度。 圖 為 彩色點陣控制器 基本結構框圖。 根據(jù)本課題設計所買的 LED 顯示屏是共陽的接法，并且考慮在制作電路板和調試帶來方便，本課題設計選用串入并出的控制方式設計控制系統(tǒng)。在確定使用什么驅動方式后，結合 LED 顯示屏和芯片來分析數(shù)據(jù)的顯示，圖 為數(shù)據(jù)顯示等效圖。打開 protel 99 軟件新建一個原理圖文件，根據(jù)課題設計要求設計的原理圖，在左側的元器件庫中找到相應的元器件圖，按照一定的順序排列。如果一面有線連接另一面沒有線連接，就對有線連接的那一面進行打孔，這樣能為焊接帶來方便。 本課題設計使用的點陣顯示屏是共陽的接法，所以還需要設計一款反相器電路（如圖 所示 ）對譯碼器輸出的數(shù)據(jù)進行取反。目前使用較多的軟件控制方式為脈沖寬度控制法，是控制脈沖的占空大小的方式控制二極體的點亮的時間，從而實現(xiàn)實現(xiàn)彩色顯示，圖 為單色 LE