【正文】 本次課題設(shè)計(jì)使用串行并出的掃描驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)在于 LED 顯示屏不必對(duì)每個(gè)發(fā)光燈提供單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電路，而是一行發(fā)光燈為一組共享一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，通過掃描的方法，使各組發(fā)光燈依次點(diǎn)亮，只要掃描頻率高于臨界閃爍頻率，人眼看起來各組燈都在發(fā)光。了解和認(rèn)識(shí)人眼的視覺惰性可以說是讓 LED 顯示屏有個(gè)好的顯示效果的基礎(chǔ)。這樣一來，當(dāng)對(duì)人眼進(jìn)行反復(fù)通斷光源，在通斷光源頻率慢慢變低時(shí)，人的眼睛可以觀察到亮度的變化；而通斷光源頻率慢慢增高時(shí)，視覺就逐漸不能發(fā)現(xiàn)亮度變化了，刷新顯示屏的頻率達(dá)到一定的時(shí)候，人眼的視覺就感覺不到亮度的變化了。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(duì)人眼的作用、傳輸、處理等過程，這些都需要一定的延遲時(shí)間，因而視覺具有一定的低通特性。這就是 LED 顯示屏為什么只用紅、綠、藍(lán)作為最基本的顏色。因?yàn)楦鶕?jù)對(duì)科學(xué)家對(duì)人眼的研究表明，用 R、G、 B 三種基色按照一定的比例混合，就可以合成很多種不同的顏色。不同視覺敏感曲線表示如圖 所示，圖上分別表示 R、 G、B，即三種視錐細(xì)胞對(duì)紅、綠、藍(lán)三基色敏感程度。 在生活中，每個(gè)人的眼睛對(duì)不同顏色光線的敏感程度是不同的，人的眼睛對(duì)顏色的敏感是來自于人眼珠上的視網(wǎng)膜上三種不同類型的視錐細(xì)胞。在生活，光的亮度是對(duì)人眼非常敏感，色度對(duì)人眼也很敏感。要想使顯示的圖像達(dá)到更好的效果 是和光源特性以及視覺特性息息相關(guān)的。首先要對(duì)光學(xué)特性中的亮度，色彩以及視角做一個(gè)深入的認(rèn)識(shí)，并且結(jié)合人眼的視覺特性去了解人眼對(duì)光源的敏感度。 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。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 的眼睛就不能感覺出 LED 燈在閃爍。動(dòng)態(tài)控制方法是利用人眼的惰性，把每個(gè) LED 發(fā)光二極管通過調(diào)節(jié)其發(fā)光的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)各種不同顏色。 LED 顯示屏靜態(tài)顯示是通過控制流過 LED 發(fā)光二極管的電流來實(shí)現(xiàn)發(fā)光的亮度。圖 所示 中的data[31:0]為數(shù)據(jù)接收端，數(shù)據(jù)接收后，通過一 個(gè) case 語句，分別把 32 位數(shù)據(jù) 給 R，再桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 第 20 頁 共 41 頁 通過 SCK 移位控制信號(hào) 和 RCK 寄存器控制信號(hào)的結(jié)合，把數(shù)據(jù)送入顯示屏，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏的掃描和控制。賦值語句，可進(jìn)行對(duì) 74HC138 進(jìn)行片選。賦值語句，第二位行控制信號(hào)，二進(jìn)制編碼 assign C=hang[2]。 //寄存器寄存控制信號(hào)關(guān)閉 count=count+1。 //寄存器寄存控制信號(hào)打開，對(duì) 32 位數(shù)據(jù)寄存 hang=hang+1。//控制數(shù)據(jù)輸入同步標(biāo)志位 count=0。end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第三十二 位數(shù) 據(jù) 63:SCK=1。end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第八位數(shù)據(jù) . . . 62 :begin SCK=0。 14 : begin SCK=0。 R=data[6]。end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第六位數(shù)據(jù) 11 :SCK=1。 10 : begin SCK=0。 R=data[4]。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。 6 :begin SCK=0。 R=data[2]。end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號(hào)，輸入第二位數(shù)據(jù) 3 :SCK=1。//打開移位寄存器以為信號(hào) 2 :begin SCK=0。 R=data[0]。圖 所示 的 data[31:0]為數(shù)據(jù)的輸入口，把輸入的 32 位數(shù)據(jù)分別給 R，通過 case 語句執(zhí)行，分別把 32 位數(shù)據(jù)移入以為寄存器，再通過 RCK 寄存器信號(hào)控制信號(hào)，把數(shù)據(jù)寄存，再通過行控制信號(hào)把對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在 LED顯示屏。 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。 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 )說明書 第 18 頁 共 41 頁 if(number==1) number=0。d0: data1=data(q[3:0])。h00000000。h00000000。h00ffff00。h00ffff00。h000ff000。h000ff000。h007ffc00。h007ffc00。h000ff000。h000ff000。h007ffc00。h007ffc00。h000ff000。h000ff000。h00ffff00。h00ffff00。//返回一 個(gè) 32 位數(shù)據(jù) input[3:0] in。//時(shí)鐘輸入 input[3:0] q。圖 所示 的 data[31:0]為數(shù)據(jù)的輸出口，當(dāng)給一個(gè)高電平時(shí)，控制端口模塊返回一個(gè) q[3:0]的數(shù)字，通過返回值的方式取出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)就會(huì)送入 LED顯示屏控制模塊。 存儲(chǔ)和發(fā)送數(shù)據(jù)的模塊 圖 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 和 發(fā)送模塊 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 )說明書 第 17 頁 共 41 頁 點(diǎn)陣基本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)送模塊的作用是存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)過控制信號(hào)把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)掃描控制模塊中，兩個(gè)模塊之間要在時(shí)間上控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，表 為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)發(fā)送模塊端口定義。把編譯成功生成 的編程文件通過編程器下載目標(biāo)器件，以便進(jìn)行硬件調(diào)試和驗(yàn)證設(shè)計(jì)的結(jié)果。 （ 4） 編程下載：使用 Quartus Ⅱ 生成的下載文件需要通過專用的驅(qū)動(dòng)接口才能下載到芯片上。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 )說明書 第 16 頁 共 41 頁 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。功能仿真可以直接對(duì)編寫程序設(shè)計(jì)、底層電路圖設(shè)計(jì)及其它的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行的仿真測試，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)者所設(shè)計(jì)的程序和電路圖設(shè)計(jì)的功能和效果與設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)硬件器件的功能和效果相符合，但進(jìn)行功能仿真運(yùn)行的結(jié) 果與設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的硬件器件運(yùn)行的結(jié)果誤差相差很大。 圖 錯(cuò)誤提示窗口 （ 3） 仿真測試：利用 QuartusⅡ軟件的仿真文件根據(jù)所需要的結(jié)果進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，這樣做更能驗(yàn)證設(shè)計(jì)的結(jié)果與自己設(shè)計(jì)的硬件所顯示的結(jié)果相同。編譯完成后會(huì)彈出該對(duì)話框 ，彈出該對(duì)話并出現(xiàn)警告，但并不是錯(cuò)誤，這樣還是表示編譯成功；彈出 對(duì)話框，則程序有錯(cuò)誤，在文本程序輸入窗口下有一個(gè)錯(cuò)誤顯示窗 口如圖 ，在該對(duì)話框找到錯(cuò)誤并雙擊，則會(huì)跳到錯(cuò)誤的地方，對(duì)其進(jìn)行修改。由于程序設(shè)計(jì)和底層電路設(shè)計(jì)編譯后，不能直接看到設(shè)計(jì)的結(jié)果，只能看到錯(cuò)誤和警告，通常通過建立仿真文件，進(jìn)行仿真，看效果是否與自己設(shè)計(jì)預(yù)想的結(jié)果相符合。點(diǎn)擊 File，彈出 File 下的子目錄，選擇 Create updata按鍵，在 Create updata 下的子按鍵中選則 Create symbol file for current file，則會(huì)彈出，表示底層文件創(chuàng)建成功。打開 QuartusⅡ 軟件新建工程，再在工程文件中新建一個(gè)文本輸入程序設(shè)計(jì)文件。 程序編寫 實(shí)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(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 第 15 頁 共 41 頁 圖 軟件設(shè)計(jì)開發(fā) 流程圖 （ 1） 程序編寫：根據(jù)對(duì) QuartusⅡ 軟件的了解和 所學(xué)習(xí)的 Verilog 語言的使用規(guī)則編寫相關(guān)軟件程序。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。 時(shí)鐘輸入 顯示屏 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)送模塊 顯示屏掃描控制模塊 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 )說明書 第 14 頁 共 41 頁 圖 整體軟件設(shè)計(jì)電路圖 軟件設(shè)計(jì)過程 QuartusⅡ 開發(fā)軟件是 Altera 公司在二十一世紀(jì)初針對(duì)自己公司生產(chǎn)的 現(xiàn)場可編程門陣列 集成開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)的一款開發(fā)工具軟件。 圖 軟件設(shè)計(jì)思路 總體流程圖 軟件設(shè)計(jì)總體實(shí)現(xiàn) 本課題設(shè)計(jì)的軟件掃描控制系統(tǒng)主要包括：分配器模塊、動(dòng)態(tài)控制模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和發(fā)送模塊和顯示屏掃描控制模塊。還需要一個(gè)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和發(fā)送模塊，當(dāng)掃描控制模塊個(gè)一個(gè)信號(hào)，就把相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送到掃描控制模塊中，就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)軟件掃描控制設(shè)計(jì)。為了使行控制信號(hào)與列控制信號(hào)同步，采用返回值的方式實(shí)現(xiàn)十六行數(shù)據(jù)的讀取。對(duì)行掃描控制需要對(duì) 74HC138 的 A、 B、 C、 D 四線進(jìn)行賦二進(jìn)制數(shù)值，再根據(jù)列控制信號(hào)對(duì) 74HC595的數(shù)據(jù)輸入端進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，并給 74HC595 的移位控制信號(hào)和寄存控制信號(hào)賦 0 或 1。 軟件設(shè)計(jì)總體思路 本課題設(shè)計(jì)結(jié)合 Verilog 語言編寫軟件程序，通過對(duì) LED 顯示屏控制器的設(shè)計(jì)的分析。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)。 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。 FPGA 最小 系統(tǒng)開發(fā)板上配置了 EPROM芯片使用 EPCS4，大小為 4Mbit：用來存儲(chǔ)下載后程序文件了，連接在 AS 下載口。 FPGA 系列為 EP2C5T144C8N 芯片擁有 89個(gè)可編引腳可用于輸入和輸出； 2個(gè)鎖相環(huán)，用于分配和倍頻用。 3 軟件掃描控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 本課題設(shè)計(jì)使用了 FPGA 最小系統(tǒng)開發(fā)板 ， FPGA 系列為 EP2C5T144C8N 芯片。如果有，則看是哪只表筆接在固定腳的一端。 測試共陽和共陽的步驟： （ 1）把萬用表轉(zhuǎn)到二極檔位； （ 2）把萬用表的任意表筆接在 88 點(diǎn)陣塊的任意引腳； （ 3）把另一只表筆依次在 88 點(diǎn)陣塊的所有引腳接觸，看是否有發(fā)光二極管 點(diǎn) 亮。當(dāng)個(gè)紅色和綠色發(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(huì)發(fā)出橙色或黃色的光。當(dāng)個(gè)紅色發(fā)光二極管的控制引腳低電平，給紅色和綠色共陽的控制引腳高電平，發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)出紅色的光。 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 )說明書 第 12 頁 共 41 頁 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。通過使用萬用表測試出本課題設(shè)計(jì)使用點(diǎn)陣屏為共陽的接法，如圖 所示 。 本課題設(shè)計(jì)使用了四塊 88 點(diǎn)陣屏。而共陰的接法剛好與共陽的接法相反。下面以雙基色的接法為例，如圖 所示。 圖 單色 LED 矩陣的接法 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 )說明書 第 11 頁 共 41 頁 點(diǎn)陣屏的雙基色和三基色按電路的接法分為共陰和共陽兩種接法。雙色和三色顯示屏顯示內(nèi)容的顏色可以根據(jù)不同顏色的發(fā)光二極體組合，如紅和 綠組合可顯示黃色或橙色，這是根據(jù)自己設(shè)計(jì)的軟件而定的。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。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了方便。顯示屏用紅、綠、藍(lán)作為制作顯示屏顏色的基礎(chǔ)，在軟件的控制下，使用一種特定的控制方式可以使雙基色顯示屏和 三基色顯示屏顯示出很多種不同的顏色。 點(diǎn)陣屏模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 隨著科技的進(jìn)步和迅速發(fā)展，使得半導(dǎo)體材料的制造技術(shù)和對(duì)半導(dǎo)體材料加工技術(shù)的不斷成熟和完善，從而在制造各種不同的半導(dǎo)體材料越來越容易，使得 LED 顯示屏的種類很多，從型號(hào)到種類再到像素的大小。 A B C D Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0