【正文】 給主控芯片，而接下來的同樣的配置數(shù)據(jù)就送給鏈中的其它被動(dòng)配置模式芯片，配置完成之后，那么有同樣配置數(shù)據(jù)的芯片就具有了同樣的電路功能。其總的電路連接圖如圖 33。當(dāng)?shù)谝黄酒邮樟似渌械呐渲脭?shù)據(jù)之后，它就會(huì)使 nCEO 變?yōu)榈碗娖蕉瓜乱黄酒幱诮邮张渲脭?shù)據(jù)狀態(tài)，這個(gè)芯片鏈中的所有 nCONFIG, nSTATUS, CONF_DONE, DCLK， DATA0 引腳都是連在一起的。 圖 32 給出了主動(dòng)配置單個(gè) FPGA 芯片的電路連接圖。 DCLK 在 FPGA的整個(gè)配置周期內(nèi)是始終產(chǎn)生的，并且這個(gè)時(shí)鐘為串行接口提供時(shí)鐘。一旦 FPGA POR 成功，它就退出 POR 狀態(tài)，所有的 I/O 引腳是處于三態(tài)。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ８ 圖 31 主動(dòng)配置模式時(shí)序圖 在系統(tǒng)上電的時(shí)候，颶風(fēng)芯片和串行配置芯片都會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)上電復(fù)位（ POR）階段，一旦颶風(fēng)芯片進(jìn)入 POR 狀態(tài)，它就會(huì)將 nSTATUS 設(shè)為低電平指示系統(tǒng)忙，使CONF_DONE 設(shè)為低電平指示芯片未配置。與被動(dòng)模式相比，配置芯片控制配置接口的動(dòng)作。在配置 過程中，颶風(fēng) FPGA 就會(huì)通過串行接口讀配置芯片中的配置數(shù)據(jù)，如果是壓縮數(shù)據(jù)就對(duì)其進(jìn)行解壓縮，并對(duì)芯片進(jìn)行配置。 表 33 颶風(fēng)系列 FPGA 配置數(shù)據(jù) 芯片 位數(shù)據(jù)大小 字節(jié)數(shù)據(jù)大小 EP1C3 627， 376 78， 422 EP1C4 925， 000 115， 625 EP1C6 1， 167， 216 145， 902 EP1C12 2， 326， 528 290， 816 EP1C20 3， 559， 608 444， 951 下面分別對(duì)這三種配置模式作簡(jiǎn)單介紹。數(shù)據(jù)壓縮之后其文件大小是壓縮之前的 35%到 60%。颶風(fēng) FPGA芯片會(huì)自動(dòng)的在配置過程中對(duì)位數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)解壓縮，同時(shí)對(duì)芯片編程。 在配置完成之后，颶 風(fēng) FPGA 會(huì)對(duì)寄存器和 I/O 引腳進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入用戶模式，同時(shí)用戶程序開始起作用。如果你的設(shè)計(jì)只適合 JTAG 配置模式，那就將 MESL0 接到 VCC 上。 表 32 配置模式管腳選擇 配置方式 描述 主動(dòng)模式 配置途徑：配置芯片 EPCS1 或 EPCS4 被動(dòng)模式 配置途徑： 增強(qiáng)型配置芯片 EPCS4 EPCS8 和 EPCS16 EPC1 和 EPC2 智能主機(jī)如微處理器 下載電纜 JTAG 模式 通過 JTAG 引腳配置： 下載電纜 智能主機(jī)如微處理器 JamTM 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試和編程語言（ STAPL） MESL1 MESL0 配置模式 0 0 AS 0 1 PS 0 0 或 1 JTAG 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ７ 注意： 1. MESL 引腳不能懸空，讓它們接邏輯 0 或 1。如表 31 所示。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ６ 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) Cyclone 颶風(fēng) FPGA 配置 颶風(fēng) FPGA 使用 SRAM 來存放配置數(shù)據(jù)，而 SRAM 是不能掉電保存數(shù)據(jù)的，因此 FPGA 在每次上電時(shí)必須將配置數(shù)據(jù)下載到 FPGA 內(nèi)部。9VCC16GND8U4SN74HC595NRST9CLK8D11D22QA3QB4QC5QD6QE10QF11QG12QH13VDD14GND7U1MC74HC164NRST9CLK8D11D22QA3QB4QC5QD6QE10QF11QG12QH13VDD14GND7U2MC74HC164NQ11Q10Q9Q8Q14 Q15 Q16Q2 Q3Q1Q12 Q13Q7Q6Q5Q4R6 100R14 100R12 100R13 100R9 100R5100R4100R8 100R7 100R1 100R2 100R3 100R16 100R15 100R11 100R10 1009148121725133 410611 15 16DS1LED_8X89148121725133 410611 15 16DS3LED_8X89148121725133 410611 15 16DS4LED_8X89148121725133 410611 15 16DS2LED_8X8VCCVCC1234P1Header 4Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q11Q12Q13Q14Q15Q16Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q11Q12Q13Q14Q15Q16Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q11Q12Q13Q14Q15Q16VCCVCCVCCVCCVCCVCCD1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15D16D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 圖 22 部分 LED接法 在程序中，把漢字的二進(jìn)制編碼存放在一個(gè)碼表中，讓 74HC154 循環(huán)掃描點(diǎn)陣的第一到第十六行，緊接著利用單片機(jī)的串口移位寄存器把數(shù)據(jù)值分兩步發(fā)送給74HC595，先發(fā)左半屏數(shù)據(jù)，再發(fā)右半屏數(shù)據(jù)。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ５ OE13RCLK12SER14SRCLR10SRCLK11QA15QB1QC2QD3QE4QF5QG6QH7QH39。 由于單片機(jī)的 TTL 輸出口的驅(qū)動(dòng)能力非常有限 ,所以在每個(gè)輸出口都加一個(gè)三極管 ,增 加 I/O 口的驅(qū)動(dòng)電流 ,用來驅(qū)動(dòng) LED 顯示屏的行信號(hào)。由單片機(jī) P1 口輸出4bit 二進(jìn)制信號(hào)，經(jīng)一個(gè) 4/16 移碼器 74HC154，生成 16 條行選通信號(hào)線，再和 16個(gè) 9012PNP 型三極管實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)陣的行掃描。因?yàn)?74HC595 具有一個(gè) 8bit 的串入并出的移位寄存器和一個(gè) 8bit 輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且為寄存器和輸出鎖存器的控制各自獨(dú)立。適合行列掃描驅(qū)動(dòng)，容易構(gòu)成高密度的顯示屏，多用于戶內(nèi)顯示屏?？捎靡粋€(gè)或多個(gè)（不同顏色的）單燈構(gòu)成一個(gè)基本像素，由于亮度高，多用于戶外顯示屏。另外，帶程序下載模塊，可作為一個(gè)開發(fā)板使用，帶四個(gè)獨(dú)立按鍵，一個(gè)鋒嗚器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)51 系列的單片機(jī)的燒寫。 16*80 雙色點(diǎn)陣顯示屏，自帶兩種顏色，通過程序控制，可以實(shí)現(xiàn) RGB 三色顯示，且數(shù)據(jù)由單片機(jī)的串行移位寄存器發(fā)送，方便快捷，操作靈活。 如汽車報(bào)站器、廣告屏以及公告牌等。 LED 象素直徑 的大小一般有 φ 、 φ φ φ1 φ1 φ26 等 . LED 顯示屏是利用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。由于 LED 工作電壓低（僅 ），能主動(dòng)發(fā)光且有一定亮度，亮度又能用電壓（或電流）調(diào)節(jié)，本身又耐沖擊、抗振動(dòng)、 耐高溫、 壽命長(zhǎng)（ 10 萬小時(shí)），所以在大型的顯示設(shè)備 和戶外的 圖 21 發(fā)光二極管 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ４ 顯示媒介 中 。 其原理圖如圖 21 所示。 PN 結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。 綜合以上幾 點(diǎn)，最后我決定采用第三種方案進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。利用單片機(jī)模塊寫入要顯示的數(shù)據(jù)。 方案 3：采用 FPGA 進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。選用 EPM7128 系列芯片，成本較低而且焊接起來也比較方便。 方案 2：采用可編程邏輯器件 CPLD 進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ３ 方案設(shè)計(jì)與論證 方案 1：采用單片機(jī)做為控制器，使用單片機(jī)制作和操作起來比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用也比較廣泛，而且單片機(jī)的造價(jià)低，焊接方便。 RAM 內(nèi)。 電路主要實(shí)現(xiàn)的功能是： 5V 電源供電，并具有電源指示燈。 所以，大屏幕點(diǎn)陣控制器應(yīng)用最廣泛的就是應(yīng)用 FPGA 可編程邏輯電路。然而，對(duì)設(shè)計(jì)者來說， FPGA 器件最大的優(yōu)點(diǎn)在于可現(xiàn)場(chǎng)編程。各邏輯宏單元或邏輯塊的輸入信號(hào)僅需幾 ns～幾十ns 就反映到輸出端，信號(hào)傳輸效率很高，適合高速采樣等場(chǎng)合。 那么 隨著微電子技術(shù)飛速發(fā)展，集成電路規(guī)模越來越大，產(chǎn)生了復(fù)雜可編程邏輯器件 FPGA 和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 FPGA(兩種器件有類似之處，以下用 FPGA 器件簡(jiǎn)稱 )，這些器件含有數(shù)量眾多的可編程邏輯宏單元或邏輯塊，他們能夠任意組合，設(shè)計(jì)成功能各異的邏輯電路。在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)的芯片通過印制板與系統(tǒng)中由其他集成電路組成的邏輯電路相連。 偶然因素，會(huì) 引起程序跑飛。在高速實(shí)時(shí)仿真、高速數(shù)據(jù)采集等方面顯得力不從心。 ? 課題背景及意義 點(diǎn)陣控制器應(yīng)用最廣泛的就屬單片機(jī)，單片機(jī)具有強(qiáng)大的信息處理、 邏輯分析、決策判斷等能力，借助程序，通過輸入 /輸出接口，實(shí)時(shí)檢測(cè)被控對(duì)象的狀態(tài)，控制其當(dāng)前或預(yù)計(jì)的行為，組成智能化儀器設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)可編程器件（ FPGA 和 CPLD）等ISP 器件無須編程器，利用器件廠商提供的編程套件，采用自頂而下的模塊化設(shè)計(jì)方法，使用原理圖或硬件描述語言（ VHDL）等方法來描述電路邏輯關(guān)系，可直接對(duì)安裝在目標(biāo)板上的器件編程。 I 目 錄 1 引言 ................................................................. １ 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和工作原理 ............................................... ３ 方案設(shè)計(jì)與論證 .................................................. ３ 工作原理 ........................................................ ３ 原理 ................................................... ３ 點(diǎn)陣系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) LED 模塊 ................................. ４ 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ..................................................... ６ 系統(tǒng)主控制芯片 Cyclone 颶風(fēng) FPGA 配置 ........................... ６ 主動(dòng)配置模式 ............................................... ７ 被動(dòng)串行控制 ............................................. １０ 配置模式 ............................................ １２ CycloneTM 系列芯片概述 ....................................... １３ M4K 模塊介紹 ............................................ １４ cyclone 鎖相環(huán)（ PLLs） ................................... １６ 系統(tǒng)硬件模塊電路設(shè)計(jì) .......................................... １６ 系統(tǒng)總的工作原理 ......................................... １６ 控制器設(shè)計(jì)及工作原理 ...................................