【文章內(nèi)容簡介】 導(dǎo)地位，另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個 PN 結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向 P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED 發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成 PN 結(jié)的材料決定的。 LED 特點和優(yōu)點 ：LED 的內(nèi)在特征決定了它是最理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，它有著廣泛的用途。 體積小 ：LED 基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。 耗電量低 ：LED 耗電非常低，一般來說 LED 的工作電壓是 。工作電流是 。這就是說：它消耗的電不超過 。 使用壽命長 ：在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢琇ED 的使用壽命可達 10 萬小時高亮度、低熱量 環(huán)保 ：LED 是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時 LED 也可以回收再利用。 堅固耐用 ：LED 是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，這些特點使得 LED 可以說是不易損壞的。 LED 發(fā)光技術(shù)的原理是某些半導(dǎo)體材料在通以電流的情況下會發(fā)出特定波長的光，這種電到光的轉(zhuǎn)換效率非常高，對所用材料進行不同的化學(xué)處理，就可以得到各種亮度和視角。 LED 散發(fā)出電磁波（一種振動極高的頻率），當(dāng)這些波達到380nm（nanometer）以上及在 780nm 以下，在這中間的波長是可見光，一種能被人的眼睛看到的可視光。LED 是一種非常有用及有效率的光源，它的光學(xué)構(gòu)造體實在已將發(fā)出的光幾無損失的集合起來，經(jīng)狹小的結(jié)構(gòu)投射出來，它的顏色是根據(jù)它使用的半導(dǎo)體成份造成，目前大約有紅、黃、綠及白光等等。 LED 簡介LED 電子顯示屏是由幾萬至幾十萬個半導(dǎo)體發(fā)光二極管像素點均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED 像素點。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色 LED 的開發(fā)已經(jīng)達到了。LED 顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點。 LED 顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強，靜如油畫，動如電影，廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。在我國改革開放之后，特別是進入 90 年代國民經(jīng)濟高速增長，對公眾場合發(fā)布信息的需求日益強烈，LED 顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場形勢，因而在 LED 顯示屏的設(shè)計制造技術(shù)與應(yīng)用水平上都得到了迅速的提高，生產(chǎn)也得到了迅速的發(fā)展，并逐步形成產(chǎn)業(yè)，成為光電子行業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。LED 顯示屏經(jīng)歷了從單色、雙色圖文顯示屏，到圖像顯示屏的發(fā)展過程。顯示技術(shù)是一種將反映外界客觀事物的信息（光學(xué)的。電學(xué)的。聲學(xué)的、化學(xué)的等），經(jīng)過變換處理，以適當(dāng)?shù)男问剑ㄖ饕袌D像、圖形、數(shù)碼、字符）加以顯示，供人觀看、分析、利用的一種技術(shù)?，F(xiàn)在所謂的顯示技術(shù)，可以稱作電子信息顯示技術(shù)，它是建立在光學(xué)、化學(xué)、電子學(xué)、機械學(xué)、聲學(xué)等科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上的具有某種程度綜合性的技術(shù)。電子顯示技術(shù)的應(yīng)用與研究涉及的范圍很廣，包括各種發(fā)光材料的發(fā)光機理的研究、實驗；各種顯示方式的基本原理及其結(jié)構(gòu)形式，顯示用的材料與器件的選擇和制作工藝；顯示信息的輸入、變換、處理和控制，等等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隨著經(jīng)濟、軍事、社會與人們生活的發(fā)展，信息的種類和數(shù)量不斷增加。和很多應(yīng)用術(shù)語一樣，LED 圖文顯示屏并沒有一個公認的嚴(yán)格的定義，一般把顯示圖形和/或文字的 LED 顯示屏稱為圖文屏。這里所說的圖形，是指由單一亮度線條組成的任意圖形，以便于不同亮度（灰度）點陣組成的圖像相區(qū)別。圖文顯示屏的主要特征是只控制 LED 點陣中各發(fā)光器件的通斷（發(fā)光或熄滅），而不控制 LED 的發(fā)光強弱。LED 圖文顯示屏的外觀可以做成條形，叫做條形圖文顯示屏（簡稱條屏），也可以按一定高度比例做成矩形的平面圖文顯示屏。其實條屏只不過是其寬度遠大于高度的平面顯示屏，在顯示與控制的原理上并無區(qū)別。 從理論上說，不論顯示圖形還是文字，都是控制與組成這些圖形或文字的各個點所在位置相對應(yīng)的 LED 器件發(fā)光。通常事先把需要顯示的圖形文字轉(zhuǎn)換成點陣圖形，再按照顯示控制的要求以一定的格式形成顯示數(shù)據(jù)。對于只控制通斷的圖文顯示屏來說，每個 LED 發(fā)光器件占據(jù)數(shù)據(jù)中的 1 位（1bit ），在需要該 LED 器件發(fā)光的數(shù)據(jù)中相應(yīng)的位填 1，否則填 0。當(dāng)然，根據(jù)控制電路的安排，相反的定義同樣是可行的。這樣依照所需顯示的圖形文字，按顯示屏的各行各列逐點填寫顯示數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)成一個顯示數(shù)據(jù)文件。顯示圖形的數(shù)據(jù)文件，其格式相對自由，只要能夠滿足顯示控制的要求即可。文字的點陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計算機通用的字庫字模。組成一個字的點陣，其大小也可以有 81616 、242等不同規(guī)格。漢字的點陣結(jié)構(gòu)相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)是用 16 進制格式以字節(jié)為單位表示的。 用點陣方式構(gòu)成圖形或文字，是非常靈活的，可以根據(jù)需要任意組合和變化，只要設(shè)計好合適的數(shù)據(jù)文件，就可以得到滿意的顯示效果。因而采用點陣式圖文顯示屏顯示經(jīng)常需要變化的信息，是非常有效的。 點陣顯示方式適應(yīng)信息變化的優(yōu)點，是以點陣顯示器的價格和其復(fù)雜的控制電路為代價的。點陣顯示器在整個顯示單元的所有位置上都布置了 LED 器件，而像數(shù)碼管一類的顯示器件只在需要發(fā)光的七段位置上布置 LED 器件，其它位置是空白的。因此，點陣顯示器在相同面積情況下，價格要貴些。但是，數(shù)碼管可顯示的信息有限，只有0～9 或單個的英文字符，由于組合形成的字符不多，所以其顯示數(shù)據(jù)和控制電路都比較簡單。點陣顯示器則不然，它要對點陣上全部 LED 進行控制，并能生成所有可能顯示的圖形文字，其顯示數(shù)據(jù)和控制電路自然要復(fù)雜得多。因此，根據(jù)不同的場合，不同的顯示特點和格式可以分別采用數(shù)碼管器件或點陣顯示方式，有的情況可以采用兩者搭配的混合屏顯示方式。圖文顯示屏的顏色，有單色、雙色、和多色幾種。最常用的是單色圖文屏。單色屏多使用紅色、橘紅色或橙色 LED 點陣單元。雙色圖文屏和多色圖文屏，在 LED 點陣的每一個“點 ”上布置有兩個或多個不同顏色的 LED 發(fā)光器件。換句話說，對應(yīng)于每種顏色都有自己的顯示矩陣。顯示的時候，各顏色的顯示點陣是分開控制的。事先設(shè)計好各種顏色的顯示數(shù)據(jù)，顯示時分別送到各自的顯示點陣，即可實現(xiàn)預(yù)期效果。每一種顏色的控制方法和單色的完全相同，因此掌握了單色圖文顯示屏的原理，雙色屏和多色屏就不難理解了。 LED 顯示屏的分類 按顏色基色可以分為：單基色顯示屏：單一顏色（紅色或綠色）。雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，256 級灰度、可以顯示 65536 種顏色。全彩色顯示屏：紅、綠、藍三基色，256 級灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬種顏色。按顯示器件分類：LED 數(shù)碼顯示屏：顯示器件為 7 段碼數(shù)碼管，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。LED 點陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)論文 第二章 系統(tǒng)整體設(shè)計方案8第二章 系統(tǒng)整體設(shè)計方案 需要實現(xiàn)的功能設(shè)計一個 1616 點陣 LED 圖文顯示屏，要求在目測條件下 LED 顯示屏各點亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形或文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移出、橫向擴展拼接等顯示方式。 顯示模式方案論證為了吸引觀眾增強顯示效果，可以有多種顯示模式，最簡單的顯示模式是靜態(tài)顯示。這里所說的“靜態(tài)顯示模式”不同于靜態(tài)驅(qū)動方式。與靜態(tài)顯示模式相對應(yīng)，就有各種動態(tài)顯示模式，它們所顯示的圖文都是能夠動的。按照圖文運動的特點又可以分為閃爍、平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等多種顯示模式。產(chǎn)生不同顯示模式的方法，并不意味著一定要重新編寫顯示數(shù)據(jù)，可以通過一定的算法從原來的顯示數(shù)據(jù)直接生成。例如，按順序調(diào)整行號，可以使顯示圖文產(chǎn)生上下平移；而順序調(diào)整列顯示數(shù)據(jù)的位置，就可以達到左右平移的目的；同時調(diào)整行列順序，就能得到對角線平移的效果。其它模式的數(shù)據(jù)刷新，也可找到相應(yīng)的算法。不過當(dāng)算法太復(fù)雜，太浪費時間的話，也可以考慮預(yù)先生成刷新數(shù)據(jù)，存儲備用。刷新的時間控制，要考慮運動圖形文字的顯示效果。刷新太慢，動感不顯著；刷新太快了，中間過程看不清。一般刷新周期可控制在幾十毫秒范圍之內(nèi)。 從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個點所在位置相對應(yīng)的 LED 器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制LED 顯示屏的各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。1616 的點陣共有 256個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多端口，如果我們采用鎖存器來擴展端口，按 8位的鎖存器來計算，1616 的點陣需要 256/8=32 個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅僅是 1616 的點陣，在實際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。因此在實際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計，而采用另一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如 16 行）的同名列共用一套列驅(qū)動器，每行有一個行驅(qū)動器，具體就 1616 的點陣來說，把所有同一行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽的接法），先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定的時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第二行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；……第十六行之后，又重新燃亮第一行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒 24 次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯FPGA列驅(qū)動器行驅(qū)動器LED 顯示點陣電源圖 21 顯示屏電路框圖示屏上穩(wěn)定的圖形了。 顯示數(shù)據(jù)傳輸方案論證采用掃描方式進行顯示時，每行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個列驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按 8 位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸方式的問題。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時，并行傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉?。采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信號線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器。只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進行顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示兩個部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時間可能相當(dāng)長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時間就太少了，以至影響到 LED 的亮度。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)。為了達到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。經(jīng)過上述分析，可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具備的主要功能。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并出的移位功能；對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)論文 第三章 硬件設(shè)計10第三章 硬件設(shè)計 FPGA 最小系統(tǒng)FPGA 最小系統(tǒng)是可以使 FPGA 最小的系統(tǒng)。它的外圍電路盡量減少，只包括FPGA 必要的控制電路。一般 FPGA 的最小系統(tǒng)主要包括：FPGA 芯片、下載電路、外部時鐘、復(fù)位電路和電源。如果需要使用 NIOSII 軟嵌入式處理器還要包括：SDRAM 和 FLASH。一把以上這些組件是 FPGA 最小系統(tǒng)的組成部分。CycloneII 系列 EP2C5T144C8 芯片框圖如圖 31所示：圖 31 EP2C5T144C8N 芯片框圖 FPGA 的管腳設(shè)計FPGA 的管腳主要包括：用戶 I/O(UserI/O)、配置管腳、電源、時鐘及特殊應(yīng)用管腳等。其中某些管腳可有多種用途，所以在設(shè)計 FPGA 之前，需要認真的閱讀相應(yīng)FPGA 的芯片手冊。下面以 Altera 公司的 CycloneII 系列 FPGA 為例，介紹 FPGA 的功能管腳。用戶 I/OI/Onum:可用作輸入或輸出，或者雙向口，同時可作為 LVDS 差分對的負端。其中num 表示管腳序號。配置管腳DATA: FPGA 串行數(shù)據(jù)輸入，連接至配置器件的串行數(shù)據(jù)輸出管腳。DCLK: FPGA 串行時鐘輸出，為配置器件提供串行時鐘。nCS(I/O) : FPGA 片選信號輸出，連接至配置器件的 nCS 管腳。ADSI(I/O) : FPGA 串行數(shù)據(jù)輸出，連接至配置器件的 ADSI 管腳。圖 32 FPGA 配置管腳原理圖特殊管腳VCCPD:用于選擇驅(qū)動電壓VCCSEL:用于配置控制管腳和鎖相環(huán)相關(guān)的輸入緩沖電壓。PORSEL:上電復(fù)位選項NIOPULLUP: 用于配置控制時所使用的用戶 I/O 的內(nèi)部上拉電阻是否工作。T