【正文】 這些后，開(kāi)始進(jìn)行布線，布線時(shí)要注意不要走直線。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。可以根據(jù)點(diǎn)陣屏的特點(diǎn)和自己的需求進(jìn)行選擇。串行控制驅(qū)動(dòng)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(diǎn)陣、電源、 FPGA 開(kāi)發(fā)板等部分組成。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(lái)的控制器 控制顯示屏顯示的效果還不是很好。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。 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(shuō)明書(shū) 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(kāi)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。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。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(huà)面更生動(dòng) ，耗能更少。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。這樣給電路板的設(shè)計(jì)帶來(lái)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。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 。 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(guò)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。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(méi)，焊接就非常困難。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(wú)誤后才能開(kāi)始焊接。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(guò) 13 腳使能控制信號(hào)端接 GND 就 把數(shù)據(jù)并行輸出。當(dāng)把共陽(yáng)的雙基色點(diǎn)陣屏 8 根接共陽(yáng)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。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(kāi)發(fā)板有一定的了解。 軟件設(shè)計(jì)思路 總體流程圖，如圖 所示。再一次進(jìn)行編譯，沒(méi)有出現(xiàn)錯(cuò)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(shí)現(xiàn) 本課題設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種狀態(tài)的顯示。三種不同的視錐細(xì)胞對(duì)不同的顏色敏感也是不同的。在 LED 顯示屏中可以利用視覺(jué)惰性，改善驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。圖像顯示效果既和光學(xué)原理有關(guān)，也和人眼視覺(jué)特性有關(guān)，只有了解了兩者特性，并結(jié)合使用才能制作出一塊效果更好的顯示屏。賦值語(yǔ)句，第三位行控制信號(hào)，二進(jìn)制編碼 assign D=hang[3]。 12 : begin SCK=0。end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，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(chǔ)和發(fā)送模塊端口定義 該模塊是在 QuartusⅡ 軟件中生成的一個(gè)底層電路圖，模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)三十二位數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)的發(fā)送。 （ 2） 程序編譯：由 Verilog 硬件描述語(yǔ)言編寫(xiě)程序和底層電路圖設(shè)計(jì)以及波形仿真設(shè)計(jì)進(jìn)行編譯。賦值方式是當(dāng)一行數(shù)據(jù)輸入后，每移位一個(gè)數(shù)據(jù)給一個(gè)移位信號(hào)，移位三十二次后給一個(gè)寄存器寄存控制信號(hào)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(duì)換； （ 4）把對(duì)換的表筆依次在 88 點(diǎn)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(duì)于驅(qū)動(dòng)芯片和設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路也有不同的要求，所以在制作驅(qū)動(dòng)大型的點(diǎn)陣屏必須知道點(diǎn)陣內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。 RL 接的是 LED 的引腳 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 9 頁(yè) 共 41 頁(yè) 表 兩片 74HC138 芯片結(jié)合反相器輸出的 真值表 硬件列驅(qū)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 本課題設(shè)計(jì)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(guò)查找相關(guān)資料對(duì)該芯片的管腳功能進(jìn)行分析。打孔完后，再一次確定焊孔是否去不都打了沒(méi)，確定無(wú)誤后才可進(jìn)行下一步驟。 把每一個(gè)器件的封裝設(shè)定好后，更新 PCB，點(diǎn)擊設(shè)計(jì)標(biāo)題欄下的子標(biāo)題 ， 完成了電路圖 PCB 更新。從硬件電路的總體設(shè)計(jì)到個(gè)個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)。在制作 LED顯示屏的列驅(qū)動(dòng)芯片一般都使用 74HC595 芯片。 本課題設(shè)計(jì)使用的是雙基色 LED 顯示屏，需要對(duì) LED 顯示屏的行和列進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而且要選擇使用什么樣的驅(qū)動(dòng)控制方案非常重要。 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 2 頁(yè) 共 41 頁(yè) 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(duì)比、芯片選擇、軟件設(shè)計(jì)模塊論證。所以，在國(guó)內(nèi)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(jié)合 FPGA 開(kāi)發(fā)板、硬件電路和軟件工程設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì) LED 顯示屏的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 本課題研究的是當(dāng)今行業(yè)流行的雙基色 LED 顯示屏驅(qū)動(dòng)控制器技術(shù)，以 FPGA 為核心結(jié)合顯示屏控制電路驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣屏。但是在控制技術(shù)方面還有很多不足。再根據(jù) LED 顯示屏的特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選定需要使用的驅(qū)動(dòng)控制芯片。結(jié)合這些問(wèn)題本設(shè)計(jì) 使用 Altera FPGA 系列為 EP2C5T144C8N 芯片制作的 FPGA 最小系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板。 方案二：并行控制驅(qū)動(dòng)方式是將顯示的數(shù)據(jù)通過(guò)并行口輸入到顯示屏，每送一個(gè)字節(jié)就能完成一個(gè)整個(gè)顯示屏一行的輸入。要通過(guò) Verilog 語(yǔ)言描述對(duì)驅(qū)動(dòng)控制芯片進(jìn)行控制，如 圖 為 軟件控制整體設(shè)計(jì)思路圖。所以通過(guò) 74HC595芯片的 9 腳、 11 腳和 12 腳組合在一起，就能對(duì) LED 點(diǎn)陣屏的 16 列紅色和綠色的 LED燈的亮滅進(jìn)行控制。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。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。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。 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。 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。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。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。h00ffff00。h007ffc00。 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。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。//控制數(shù)據(jù)輸入同步標(biāo)志位 count=0。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。這就是 LED 顯示屏為什么只用紅、綠、藍(lán)作為最基本的顏色。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。 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。 //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。 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(guò)專用的驅(qū)動(dòng)接口才能下載到芯片上。 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。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)。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。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。就可以完整的控制共陽(yáng)點(diǎn)陣屏的十六行的掃描。 （ 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。 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) 。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。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。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。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。 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。根據(jù) LED 顯示屏的特性和內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)，選定需要用的驅(qū)動(dòng)控制芯片，設(shè)計(jì)一款該 LED 顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路 。結(jié)合 Verilog 語(yǔ)言設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和編寫(xiě)程序的規(guī)則再結(jié)合硬件電路編寫(xiě)對(duì) LED 顯示屏的掃描控制部分。如電子顯示屏門(mén)牌，墻式電視機(jī)等。靜態(tài)掃描技術(shù)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(diǎn)陣控制器 基本結(jié)構(gòu)框圖。 根據(jù)本課題設(shè)計(jì)所買的 LED 顯示屏是共陽(yáng)的接法，并且考慮在制作電路板和調(diào)試帶來(lái)方便，本課題設(shè)計(jì)選用串入并出的控制方式設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。在確定使用什么驅(qū)動(dòng)方式后，結(jié)合 LED 顯示屏和芯片來(lái)分析數(shù)據(jù)的顯示，圖 為數(shù)據(jù)顯示等效圖。打開(kāi) protel 99 軟件新建一個(gè)原理圖文件，根據(jù)課題設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的原理圖，在左側(cè)的元器件庫(kù)中找到相應(yīng)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(méi)有線連接，就對(duì)有線連接的那一面進(jìn)行打孔，這樣能為焊接帶來(lái)方便。 本課題設(shè)計(jì)使用的點(diǎn)陣顯示屏是共陽(yáng)的接法，所以還需要設(shè)計(jì)一款反相器電路（如圖 所示 ）對(duì)譯碼器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)亮的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)彩色顯示，圖 為單色 LE