【文章內(nèi)容簡介】 用1616LED點(diǎn)陣屏由4塊88LED點(diǎn)陣拼接而成，每一塊點(diǎn)陣都有8行8 列，因此總共有16根行控制線和16根列控制線。方案一：在LED點(diǎn)陣驅(qū)動電路中，采用1片4線/16線譯碼器74HC154作為行驅(qū)動，選用2片74HC154占用15個FPGA的I/O口（包括兩個enable端）。方案二：使用 4 個移位寄存器 74HC595（帶存儲器）驅(qū)動 16*16 的點(diǎn)陣，兩個74HC595 負(fù)責(zé)列掃描數(shù)據(jù)，兩個 74HC595 負(fù)責(zé)行掃描數(shù)據(jù)。最終只需要制作成16*16LED 點(diǎn)陣。本設(shè)計(jì)所使用的 1616 的點(diǎn)陣，EDA 實(shí)驗(yàn)箱上有其接口電路，STR，SI，SCK,且實(shí)驗(yàn)箱上采用的是 4 個 74HC595 來實(shí)現(xiàn)行掃描和列掃描的。方案比較及確定：首先，考慮占用I/O口數(shù)量，方案一使用了15個I/O口，而方案二只使用了5個。其次，考慮制作成本，一片74HC154大約四元。再次，EDA試驗(yàn)箱上的FPGA主控芯片和點(diǎn)陣驅(qū)動電路完全符合此設(shè)計(jì)所需的條件。6而方案一需要購買開發(fā)板和4塊點(diǎn)陣，成本比較大。又因本設(shè)計(jì)的硬件電路簡單，所以不必再去浪費(fèi)資源，學(xué)校已經(jīng)花了好幾萬買了EDA試驗(yàn)箱。綜合以上分析，本設(shè)計(jì)采用方案二，不僅大大的減少了I/O資源的占用,而且縮減了制作成本。 系統(tǒng)組成本設(shè)計(jì)使用 Altera 公司的 FPGA 芯片完成 16*16 點(diǎn)陣式 LED 點(diǎn)陣顯示屏的顯示，配備相應(yīng)的 PC 機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)左右移動顯示形式，基于FPGA 的 LED 點(diǎn)陣顯示屏的系統(tǒng)。框圖如圖 21 所示： 圖 21 系統(tǒng)總體框圖FPGA 控制模塊、點(diǎn)陣顯示模塊、上位機(jī)通信模塊的協(xié)同工作，點(diǎn)陣顯示模塊實(shí)現(xiàn)LED 點(diǎn)陣的驅(qū)動和顯示功能。驅(qū)動部分使用 4 個移位寄存器74HC595，74HC595（35mA）的功能是 8 位串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出移位寄存器。兩個74HC595 負(fù)責(zé)列掃描數(shù)據(jù)，兩個 74HC164 負(fù)責(zé)行掃描數(shù)據(jù)。LED 點(diǎn)陣是由 4 個大小為 32mm*32mm 的 8*8 共陽點(diǎn)陣組成 16*16 點(diǎn)陣，可以顯示一個漢字，點(diǎn)陣屏可拆裝，采用圓孔銅排針，連接性能非常好。串口通信部分通過 RS232 串口實(shí)現(xiàn)。用戶可以通過上位機(jī)軟件發(fā)送待顯示的數(shù)據(jù)給 FPGA 控制系統(tǒng)。74595 的驅(qū)動功能介紹：74595 和 74164 功能相仿，都是 8 位串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出移位寄存器 74164 的驅(qū)動電流（25mA）比 74595（35mA）的要小，14 腳封裝，體積也小一些。74595 的主要優(yōu)點(diǎn)是具有數(shù)據(jù)存儲寄存器，在移位過程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變。這在串行速度慢的場合很有用出，數(shù)碼管或發(fā)光二極管沒有閃爍感。與 164只有數(shù)據(jù)清零端相比較，595 還多有輸出端時能/禁止控制端，可以使輸出為高阻態(tài)。74595 的數(shù)據(jù)端：上位機(jī)FPGA控制系統(tǒng)點(diǎn)陣顯示模塊串口通信7QA—QH:8 位并行輸出端，可以直接控制數(shù)碼管的 8 個段。QH：級聯(lián)輸出端。我將它接下一個 595 的 SI 端。SI：串行數(shù)據(jù)輸入端。74595 的控制端說明：/SCLR(10 腳)：低電平時將移位寄存器的數(shù)據(jù)清零。接VCC。SCK（11 腳）：上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位。QA、QB、QC、 、 、 、 、 、QH：下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。RCK（12 腳）：上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變。通常我們將 RCK 置為低，當(dāng)移位結(jié)束后，在 RCK 端產(chǎn)生一個正脈沖，更新顯示數(shù)據(jù)。 工作原理 本設(shè)計(jì)的工作原理為：采用 FPGA 為核心控制模塊，通過接收上位機(jī)數(shù)據(jù)控制 LED點(diǎn)陣顯示信息。 掃描控制模塊 LED 的顯示原理1616 掃描 LED 點(diǎn)陣的工作原理同 8 位掃描數(shù)碼管類似。它有 16 個共陰極輸出端口,每個共陰極對應(yīng)有 16 個 LED 顯示燈，所以其掃描譯碼地址需 4 位信號線（SEL0SEL3） ，其漢字掃描碼由 16 位段地址（015）輸入。 通過時鐘的每列掃描顯示完整漢字。 圖 22 LED 燈信號 圖 23 1616 點(diǎn)陣 LED 等效電路8點(diǎn)陣 LED 一般采用掃描式顯示，實(shí)際運(yùn)用分為三種方式： （1）點(diǎn)掃描（2）行掃描（3）列掃描若使用第一種方式，其掃描頻率必須大于 1664=1024Hz，周期小于 1ms 即可。若使用第二和第三種方式，則頻率必須大于 168=128Hz，周期小于 即可符合視覺暫留要求。此外一次驅(qū)動一列或一行（8 顆 LED）時需外加驅(qū)動電路提高電流，否則LED 亮度會不足。 漢字的存儲用動態(tài)分時掃描技術(shù)使 LED 點(diǎn)陣模塊顯示圖像，需要進(jìn)行兩步工作。第一步是獲得數(shù)據(jù)并保存，即在存貯器中建立漢字?jǐn)?shù)據(jù)庫。第二步是在掃描模塊的控制下，配合行掃描的次序正確地輸出這些數(shù)據(jù)。獲得圖像數(shù)據(jù)的步驟是，先將要顯示的每一幅圖像畫在一個如圖 所示的被分成 1616 共 256 個小方格的矩形框中，再在有筆劃下落處的小方格里填上“1”，無筆劃處填上“0”，這樣就形成了與這個漢字所對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)在該矩形框上的分布，再將此分布關(guān)系以 3216 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成 64 個字節(jié)的數(shù)據(jù)，并保存在只讀存貯器 ROM 中。以這種方式將若干個漢字的數(shù)據(jù)貯存在存貯器內(nèi)，就完成了圖像數(shù)據(jù)庫的建立工作。 圖 24 1616LED 點(diǎn)陣模塊9 漢字顯示漢字顯示使用的是 1616 的點(diǎn)陣，EDA 實(shí)驗(yàn)箱上有其接口電路，列選信號為SEL0，SEL1，SEL2,SEL3,經(jīng) 4 線 16 線譯碼器輸出 16 列，從左起為第一列，列選信號是由一個 4 位向量 SEL[3..0]控制；行選信號為 H0～H15,是由 16 個行信號組成的，每一行由一個單獨(dú)的位來控制，高電平有效。例如“0000”表示第 0 列，“0000000000000001”表示第一行的點(diǎn)亮。由于列是由一個向量決定，而每一時刻的值只能有一個固定的值，因而只能使某一列的若干個點(diǎn)亮，因此就決定了只能用逐列掃描的方法。例如要使第一列的 2,4,6,8，行亮，則列為“0001” 、行為“0000000010101010”就可以實(shí)現(xiàn)了。4．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì) 程序流程圖如圖 所示。10時鐘分頻數(shù)據(jù)輸入是否計(jì)數(shù)到 3 2串行數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)移位移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入存儲寄存器數(shù)據(jù)移位 數(shù)據(jù)存儲的地址是否等于 1 6地址位給予低電平結(jié)束開始 是 是 否時鐘分頻的上升沿是否到來否滾動位計(jì)數(shù)是否等于 9 6 是滾動位清零滾動位自加 1否數(shù)據(jù)寄存器的地址位自加 1數(shù)據(jù)寄存器的地址送到 R O M數(shù)據(jù)自加 1 ， 數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)左移一位 是 否 圖 整體軟件流程圖下面是各個部分的程序設(shè)計(jì)： 列循環(huán)掃描11列循環(huán)掃描通過對每一列的掃描來完成對字母的現(xiàn)實(shí)，只要掃描的頻率足夠快，就能給人以連續(xù)的感覺。因此要控制掃描的頻率，不能太低，否則，就會造成視覺上的不連續(xù)，本設(shè)計(jì)的掃描頻率不得低于 50Hz,掃描程序如下:12 字符樣式設(shè)計(jì)字符樣式設(shè)計(jì) 本環(huán)節(jié)是建立一個數(shù)據(jù)庫，使之能在掃描的同時讀取所需要的信息，從而完成漢字的顯示。本次設(shè)計(jì)“陜、西、理、工、學(xué)、院”漢字樣式設(shè)計(jì)程序如下： 字母循環(huán)掃描及期間的延時環(huán)節(jié)為使?jié)h字不斷地循環(huán)顯示，并且使每個漢子之間有停頓，就需要在中間加一定的延時和循環(huán)環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，可以通過修改其數(shù)值來控制每個字母的顯示時間。其程序如下：always@(posedge CLK or negedge Reset)beginif(!Reset) begin Clk_Cont = 0。 R_Data =9639。d0。 H_Data =1639。d0。 endelse beginClk_Cont = Clk_Cont +1。R_Data = (Rom_Data Move_t)。H_Data = 1ROW。 endend reg [3:0]Row_t。 reg [31:0] Rom_Data_r。always@(posedge CLK or negedge Reset)beginif(!Reset) begin State = 0。 ROW = 0。 R1 = 139。b0。 LI = 139。b0。13 SK = 139。b0。 Row_t =439。d0。 ROM_ADDRESS = 539。d0。 Rom_Data_r = {~H_Data,R_Data[95:80]}。 Data_Cont = 0。 endelse begin