【正文】 0 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 0 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 0 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 0 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 0 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 0 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 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 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 10 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 32 位數(shù)據(jù)的移位寄存器 當(dāng)給 14 腳輸入 32 位串行數(shù)據(jù)后，給以為控制信號(hào) SCK 輸入一個(gè)高電平，通過(guò)調(diào)用延時(shí)程序， 32 位數(shù)據(jù)通過(guò)移位控制信號(hào)，分別移入四片 74HC595 芯片中。根據(jù)本課題設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要 求把四片 74HC595 芯片通過(guò)級(jí)聯(lián)的方式連接：四片 74HC595 芯片的 11 腳聯(lián)在起引出一根移位時(shí)鐘輸入腳 SCK；四片 74HC595 芯片的 12 腳聯(lián)在起引出一根存儲(chǔ)器鐘輸入腳RCK；第一片芯片的 9 腳和第二片的 14 腳相連，第二片芯片的 9 腳和第三片的 14 腳，第三片芯片的 9 腳和第四片的 14 腳相連。通過(guò)反相器電路與 74HC138 芯片的結(jié)合才能使得顯示屏顯示并對(duì)其行進(jìn)一行一行的控制， 表 為兩片 74HC138 芯片結(jié)合反相器電路輸出的真值表。反之，則輸出低電平。就可以完整的控制共陽(yáng)點(diǎn)陣屏的十六行的掃描。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。 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 8 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 416 譯碼器 當(dāng)給兩片 74HC138 組合設(shè)計(jì)出的 416 譯碼器 的 A 至 D 腳二進(jìn)制編碼輸入端輸入 0至 15 的二進(jìn)制值，通過(guò)兩片 74HC138 組合設(shè)計(jì)出的 416 譯碼器 通過(guò)譯碼，就能對(duì) LED顯示屏的十六行進(jìn)行控制。 硬件行驅(qū)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 本課題設(shè)計(jì)用到了兩片 74HC138 芯片控制 16 行的選通，查找相關(guān)資料并分析了該芯片的管腳功能。焊完后，再對(duì)照原理圖，把相應(yīng)的器件 插入相應(yīng)的位置，對(duì)器件進(jìn)行焊接。 （ 5）焊接元器件：本次硬件制作的是雙面板，首先必須把所有兩面需要焊接的焊孔。如果只針對(duì)一面打孔，由于轉(zhuǎn)印雙層電路圖產(chǎn)生的誤差，在打孔時(shí)，把另一面需要焊接的焊盤(pán)打掉，焊接困難。雙面板進(jìn)行對(duì)孔的時(shí)候是有偏差的，所以在打孔的時(shí)候需要看焊孔是否有線 連接。 （ 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。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。 （ 3） 轉(zhuǎn)印 PCB：把設(shè)計(jì)的 PCB 原理圖打印時(shí)，要注意本課題設(shè)計(jì)制作的是雙層板，在打印頂層電路圖時(shí)，要對(duì)頂層電路進(jìn)行鏡像處理，這樣做是為了把頂層電路的所用焊孔與地層電路焊孔對(duì)應(yīng)，如果沒(méi)有對(duì)頂層電路進(jìn)行鏡像處理，就不能使其對(duì)應(yīng)。設(shè)置好這些后，開(kāi)始進(jìn)行布線，布線時(shí)要注意不要走直線。一般 GND 和 VCC 的線寬比其它線要寬，這樣通電效果更好，線太細(xì)，很微小的一個(gè)斷開(kāi)的地方人肉眼是很難看出來(lái)的，在對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候很難發(fā)現(xiàn)，給電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)帶來(lái)困難，而且通電信號(hào)不太好。 圖 封裝管腳設(shè)置 設(shè)計(jì)原理圖 設(shè)計(jì) PCB 圖 轉(zhuǎn)印 PCB 腐蝕和打孔 焊接元器件 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 7 頁(yè) 共 41 頁(yè) （ 2） 設(shè)計(jì) PCB 圖：更新 PCB 圖后，對(duì) PCB 圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，把器件進(jìn)行布局，再根據(jù)自己的需要對(duì)電源線和信號(hào)線進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。排列好后，把相應(yīng)的管腳連接，雙擊原理圖中器件圖，彈出對(duì)話框，如圖 所示，在 Footprint 選項(xiàng)中填入相應(yīng)的元器件封裝的名字。 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 6 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 硬件電路開(kāi)發(fā)流程 （ 1） 設(shè)計(jì)原理圖：根據(jù)選用的 74HC138 和 74HC595 芯片的功能設(shè)計(jì)一款驅(qū)動(dòng)控制電路。 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) 。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。通過(guò)四片 74HC595 芯片上的 11 腳聯(lián)在一起，再 加上 12 腳并聯(lián)。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。 硬件電路總體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 本課題設(shè)計(jì)用的是 88 的雙基色點(diǎn)陣屏，使用四塊點(diǎn)陣屏經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)組合成的 1616 LED 點(diǎn)陣屏用來(lái)顯示漢字和圖片，所謂的 1616，是每一個(gè)漢字在縱、橫行各用 16 像素點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)顯示，滿足了本次設(shè)計(jì)的要求。 硬件總體電路設(shè)計(jì)思路 經(jīng)過(guò)查找 74HC138 芯片的相關(guān)資料對(duì)其進(jìn)行研究，根據(jù)自己的研究在腦海里形成設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)使用 74HC138 芯片的 7 腳和 9 至 15 腳譯碼器八位數(shù)據(jù)輸出作為顯示屏行控制信號(hào)輸出，控制顯示屏一行燈的亮滅； 1 至 3 腳二進(jìn)制編碼輸入端作為行控制信號(hào)的輸入，通過(guò) 74HC138 內(nèi)部電路的譯碼，控制行的亮滅； 4 腳和 5 腳輸入控制端和 6 腳輸入控制端作為芯片工作的使能控制端，控制 74HC138 芯片譯碼。 列行 第一列 ...... 第十六列 第一列 ...... 第十六列 第 一 行 紅色數(shù)據(jù)區(qū) 綠色數(shù)據(jù)區(qū) . . . . . 第 十 六 行 圖 數(shù)據(jù)顯示等效圖 控制器 行控制程序 列驅(qū)動(dòng)程序 時(shí)鐘輸入 LED 屏 顯 示 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 5 頁(yè) 共 41 頁(yè) 2 硬件驅(qū)動(dòng)電路 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 從理論上分析 LED 顯示屏控制器后，根據(jù)選用的芯片設(shè)計(jì)一款控制器。如果時(shí)間沒(méi)有調(diào)整好就會(huì)出現(xiàn)閃爍，造成顯示的效果不是很好。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。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。對(duì)于共陰的 LED 顯示屏有很多種選擇，并且可以不用加反相器電路就可以對(duì)LED 顯示屏的行進(jìn)行控制?？梢愿鶕?jù)點(diǎn)陣屏的特點(diǎn)和自己的需求進(jìn)行選擇。制作 1616 雙基色點(diǎn)陣屏?xí)r，要用到四片 74HC595 芯片，因?yàn)槭屑t燈和十六列綠燈，所以需要兩片 74HC595 芯片對(duì) 16 列為紅燈和兩片 74HC595芯片對(duì) 16 位綠燈進(jìn)行亮滅的控制。 74HC595 是一款串行輸入并行輸出數(shù)據(jù)的移位寄存器芯片。 LED 顯示屏驅(qū)動(dòng)方式芯片選定 通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)方式的比較，本課題設(shè)計(jì)選用了 74HC595 和 74HC138 芯片。而并行控制驅(qū)動(dòng)在制作電路板的時(shí)候工作量很大，由于輸入輸出的引腳數(shù)相同，在焊孔和電路的數(shù)目上都有大量的增加，同時(shí)，也給調(diào)試電路板的時(shí)候帶了很大的難度。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。 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。串行控制驅(qū)動(dòng)方式還有一個(gè)難點(diǎn)就是在軟件設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，進(jìn)行時(shí)鐘控制，對(duì)應(yīng)的把每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸，送入寄存器寄存。串行控制驅(qū)動(dòng)方式芯片可選的有： 74HC595 和 74LS595 等等。其特點(diǎn)是在制作電路板的時(shí)候線路連接簡(jiǎn)單點(diǎn)。 LED 顯示屏驅(qū)動(dòng)控制方案的比較 方案一：串行控制驅(qū)動(dòng)方式通過(guò)一個(gè)串行輸入并行輸出的驅(qū)動(dòng)芯片。 圖 彩色點(diǎn)陣控制器基本結(jié)構(gòu) FPGA開(kāi)發(fā)板 軟件控制系統(tǒng) 硬件控制電路 行驅(qū)動(dòng)芯片模塊 列驅(qū)動(dòng)芯片模塊 LED 點(diǎn)陣顯示屏 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 3 頁(yè) 共 41 頁(yè) 硬件模塊設(shè)計(jì) 論證 查找與 LED 顯示屏相關(guān)資料并了解，接下來(lái)需要確定使用什么芯片去驅(qū)動(dòng) LED 顯示屏。 結(jié)合前兩個(gè)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)加上軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)就可以制作出彩色點(diǎn)陣控制器。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。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。由于本課題設(shè)計(jì)的是基于 FPGA 的 LED 顯示屏控制器設(shè)計(jì)，所以在選用 FPGA 系列芯片是要考慮很多方面的問(wèn)題。 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。其中包括設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)與硬件控制系統(tǒng)通過(guò) FPGA 開(kāi)發(fā)板的結(jié)合，和對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的顯示。 整體設(shè)計(jì)論證 根據(jù)對(duì) LED 顯示屏的內(nèi)部 組成結(jié)構(gòu)有了一定的研究。綜合上所述，結(jié)合對(duì) LED 顯示屏的種種因素的影響和利用 LED 的優(yōu)越特性設(shè)計(jì)出對(duì) LED 顯示屏控制器的掃描程序，再結(jié)合 FPGA 開(kāi)發(fā)板功能 和驅(qū)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì) LED 點(diǎn)陣屏的控制，從而可以顯示文字信息和圖文信息等動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信息。動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)必須選用移位寄存器，必須在時(shí)間上控制數(shù)據(jù) 的移位，可以讓畫(huà)面產(chǎn)生動(dòng)態(tài)。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。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。 所以本課題研究是結(jié)合 LED 顯示屏的優(yōu)越特性設(shè)計(jì)的一款控制器 。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。由于 LED 顯示屏的亮度太高，色彩豐富等優(yōu)越特性，本課題結(jié)合 LED 顯示屏的一些特性，制作一款性能優(yōu)越的 LED 顯示屏控制電路。 本課題設(shè)計(jì)的是基于 FPGA 的彩色點(diǎn)陣控制器。而且 LED 在照明上也應(yīng)用很廣泛，是因?yàn)?LED 發(fā)光亮度很高。在國(guó)內(nèi) LED 顯示屏在實(shí)際應(yīng)用，主要是作為傳輸信息的工具。 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。但是在控制技術(shù)方面還有很多不足。 LED 顯示屏顯示畫(huà)面清晰，色彩豐富艷麗，在國(guó)外的各個(gè)行業(yè)都有了廣泛應(yīng)用。雖然在市場(chǎng)上顯示屏的種類(lèi)各式各樣，從各式各樣的型號(hào)到各式各樣的種類(lèi)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。 Verilog language 目 錄 引言 ................................................................................................................... 1 1 方案論證 ................