【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 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 10 頁 共 41 頁 圖 32 位數(shù)據的移位寄存器 當給 14 腳輸入 32 位串行數(shù)據后，給以為控制信號 SCK 輸入一個高電平，通過調用延時程序， 32 位數(shù)據通過移位控制信號，分別移入四片 74HC595 芯片中。根據本課題設計的設計要 求把四片 74HC595 芯片通過級聯(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鐘輸入腳 SCK；四片 74HC595 芯片的 12 腳聯(lián)在起引出一根存儲器鐘輸入腳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。通過反相器電路與 74HC138 芯片的結合才能使得顯示屏顯示并對其行進一行一行的控制， 表 為兩片 74HC138 芯片結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點陣屏的十六行的掃描。想要讓 U22 進行譯碼，給 D 置 1，就可以對其進行譯碼控制。 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 8 頁 共 41 頁 圖 416 譯碼器 當給兩片 74HC138 組合設計出的 416 譯碼器 的 A 至 D 腳二進制編碼輸入端輸入 0至 15 的二進制值，通過兩片 74HC138 組合設計出的 416 譯碼器 通過譯碼，就能對 LED顯示屏的十六行進行控制。 硬件行驅動控制模塊設計實現(xiàn) 本課題設計用到了兩片 74HC138 芯片控制 16 行的選通，查找相關資料并分析了該芯片的管腳功能。焊完后，再對照原理圖，把相應的器件 插入相應的位置，對器件進行焊接。 （ 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。如果只針對一面打孔，由于轉印雙層電路圖產生的誤差，在打孔時，把另一面需要焊接的焊盤打掉，焊接困難。雙面板進行對孔的時候是有偏差的，所以在打孔的時候需要看焊孔是否有線 連接。 （ 4）腐蝕和打孔：完成后就開始腐蝕電路板，腐蝕后涂上松香，是為了防止氧化線路。再根據制作雙面板的步驟，在一面已經轉印好的電路板上，打幾個固定的孔 (至少三個點 )，再在頂層的 PCB 圖紙找到與電路板上對應的孔，用鐵絲穿過 PCB 圖紙中對應的孔，再穿過電路板上的孔。 （ 3） 轉印 PCB：把設計的 PCB 原理圖打印時，要注意本課題設計制作的是雙層板，在打印頂層電路圖時，要對頂層電路進行鏡像處理，這樣做是為了把頂層電路的所用焊孔與地層電路焊孔對應，如果沒有對頂層電路進行鏡像處理，就不能使其對應。設置好這些后，開始進行布線，布線時要注意不要走直線。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，很微小的一個斷開的地方人肉眼是很難看出來的，在對電路進行檢測的時候很難發(fā)現(xiàn)，給電路進行調試時帶來困難，而且通電信號不太好。 圖 封裝管腳設置 設計原理圖 設計 PCB 圖 轉印 PCB 腐蝕和打孔 焊接元器件 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 7 頁 共 41 頁 （ 2） 設計 PCB 圖：更新 PCB 圖后，對 PCB 圖進行設計，把器件進行布局，再根據自己的需要對電源線和信號線進行參數(shù)設置。排列好后，把相應的管腳連接，雙擊原理圖中器件圖，彈出對話框，如圖 所示，在 Footprint 選項中填入相應的元器件封裝的名字。 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 6 頁 共 41 頁 圖 硬件電路開發(fā)流程 （ 1） 設計原理圖：根據選用的 74HC138 和 74HC595 芯片的功能設計一款驅動控制電路。 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，在進行電路設計和PCB 電路圖設計時， 必須先畫好相應的元器件封裝并更新到元器件庫當中，才能完成相應的設計 。所以通過 74HC595芯片的 9 腳、 11 腳和 12 腳組合在一起，就能對 LED 點陣屏的 16 列紅色和綠色的 LED燈的亮滅進行控制。通過四片 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 腳相連對兩塊 74HC138 進行片選，而兩片 74HC138 芯片的八位輸出管腳與點陣 屏 的十六行的控制腳相連。 硬件電路總體設計實現(xiàn) 本課題設計用的是 88 的雙基色點陣屏，使用四塊點陣屏經過設計組合成的 1616 LED 點陣屏用來顯示漢字和圖片，所謂的 1616，是每一個漢字在縱、橫行各用 16 像素點的區(qū)域內顯示，滿足了本次設計的要求。 硬件總體電路設計思路 經過查找 74HC138 芯片的相關資料對其進行研究，根據自己的研究在腦海里形成設計思路，設計使用 74HC138 芯片的 7 腳和 9 至 15 腳譯碼器八位數(shù)據輸出作為顯示屏行控制信號輸出，控制顯示屏一行燈的亮滅； 1 至 3 腳二進制編碼輸入端作為行控制信號的輸入，通過 74HC138 內部電路的譯碼，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)據區(qū) 綠色數(shù)據區(qū) . . . . . 第 十 六 行 圖 數(shù)據顯示等效圖 控制器 行控制程序 列驅動程序 時鐘輸入 LED 屏 顯 示 數(shù) 據 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 5 頁 共 41 頁 2 硬件驅動電路 設計實現(xiàn) 從理論上分析 LED 顯示屏控制器后，根據選用的芯片設計一款控制器。如果時間沒有調整好就會出現(xiàn)閃爍，造成顯示的效果不是很好。為了能更好的顯示一個完整的漢字，必須用漢字取模軟件進行取模，在數(shù)據傳輸?shù)臅r候要排整要發(fā)送數(shù)據的順序。要通過 Verilog 語言描述對驅動控制芯片進行控制，如 圖 為 軟件控制整體設計思路圖。對于共陰的 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LED 顯示屏的行進行控制?？梢愿鶕c陣屏的特點和自己的需求進行選擇。制作 1616 雙基色點陣屏時，要用到四片 74HC595 芯片，因為十六列紅燈和十六列綠燈，所以需要兩片 74HC595 芯片對 16 列為紅燈和兩片 74HC595芯片對 16 位綠燈進行亮滅的控制。 74HC595 是一款串行輸入并行輸出數(shù)據的移位寄存器芯片。 LED 顯示屏驅動方式芯片選定 通過對驅動方式的比較，本課題設計選用了 74HC595 和 74HC138 芯片。而并行控制驅動在制作電路板的時候工作量很大，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，也給調試電路板的時候帶了很大的難度。同時，對數(shù)據的處理速度上的加快相應的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，想要使得系統(tǒng)更穩(wěn)定在制作電路的時候要適當?shù)恼{整線路的寬度。 方案二：并行控制驅動方式是將顯示的數(shù)據通過并行口輸入到顯示屏，每送一個字節(jié)就能完成一個整個顯示屏一行的輸入。串行控制驅動方式還有一個難點就是在軟件設計時要對數(shù)據傳輸時，進行時鐘控制，對應的把每個數(shù)據傳輸，送入寄存器寄存。串行控制驅動方式芯片可選的有： 74HC595 和 74LS595 等等。其特點是在制作電路板的時候線路連接簡單點。 LED 顯示屏驅動控制方案的比較 方案一：串行控制驅動方式通過一個串行輸入并行輸出的驅動芯片。 圖 彩色點陣控制器基本結構 FPGA開發(fā)板 軟件控制系統(tǒng) 硬件控制電路 行驅動芯片模塊 列驅動芯片模塊 LED 點陣顯示屏 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計 (論文 )說明書 第 3 頁 共 41 頁 硬件模塊設計 論證 查找與 LED 顯示屏相關資料并了解，接下來需要確定使用什么芯片去驅動 LED 顯示屏。 結合前兩個硬件設計實現(xiàn)加上軟件設計控制系統(tǒng)就可以制作出彩色點陣控制器。本課題設計選用的是 Ve rilog 語言編寫軟件掃描控制部分。結合這些問題本設計 使用 Altera FPGA 系列為 EP2C5T144C8N 芯片制作的 FPGA 最小系統(tǒng)開發(fā)板。由于本課題設計的是基于 FPGA 的 LED 顯示屏控制器設計，所以在選用 FPGA 系列芯片是要考慮很多方面的問題。 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 顯示點陣、電源、 FPGA 開發(fā)板等部分組成。其中包括設計軟件系統(tǒng)與硬件控制系統(tǒng)通過 FPGA 開發(fā)板的結合，和對數(shù)據的傳輸和數(shù)據的顯示。 整體設計論證 根據對 LED 顯示屏的內部 組成結構有了一定的研究。綜合上所述，結合對 LED 顯示屏的種種因素的影響和利用 LED 的優(yōu)越特性設計出對 LED 顯示屏控制器的掃描程序，再結合 FPGA 開發(fā)板功能 和驅動控制電路的設計實現(xiàn)對 LED 點陣屏的控制，從而可以顯示文字信息和圖文信息等動態(tài)和靜態(tài)信息。動態(tài)掃描技術必須選用移位寄存器，必須在時間上控制數(shù)據 的移位，可以讓畫面產生動態(tài)。最后，結合 Verilog 語言設計的特點再結合硬件電路設計編寫軟件 LED 顯示屏掃描控制程序。再根據 LED 顯示屏的特性和內部結構，選定需要使用的驅動控制芯片。 所以本課題研究是結合 LED 顯示屏的優(yōu)越特性設計的一款控制器 。在國內外有很多人對 LED 顯示屏控制器有研究，但是設計出來的控制器 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。 本課題設計的是基于 FPGA 的彩色點陣控制器。而且 LED 在照明上也應用很廣泛，是因為 LED 發(fā)光亮度很高。在國內 LED 顯示屏在實際應用，主要是作為傳輸信息的工具。 目前，在國內 LED 顯示屏受到很多個體戶和企業(yè)廣泛的研究和應用從而得到迅速的發(fā)展。但是在控制技術方面還有很多不足。 LED 顯示屏顯示畫面清晰，色彩豐富艷麗，在國外的各個行業(yè)都有了廣泛應用。雖然在市場上顯示屏的種類各式各樣，從各式各樣的型號到各式各樣的種類從對顯示驅動原理到驅動方式再到實際應用范圍都各不相同，但 LED 顯示屏 作為現(xiàn)代顯示器技術的發(fā)展的產物，在實際應用領域擁有一席之位。 Verilog language 目 錄 引言 ................................................................................................................... 1 1 方案論證 .................