【正文】 I 的設(shè)計(jì)環(huán)境中查詢到很多有關(guān)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)知識(shí)，所以通過(guò)查詢可以加快設(shè)計(jì)速度。 Quartus II 設(shè)計(jì)軟件有著完整的多平臺(tái)設(shè)計(jì)環(huán)境，可能方便地完成特定的設(shè)計(jì)，并且它提供了全面的可編程芯片系統(tǒng)（ SOPC）的設(shè)計(jì)環(huán)境 [27]。它們的區(qū)別在于：與 Verilog HDL 相比， VHDL 語(yǔ)言有著更強(qiáng)的高層建模和抽象能力； VHDL 可以使用庫(kù)、程序包、配置語(yǔ)句、生成語(yǔ)句、類屬語(yǔ)句來(lái)管理大型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，但 Verilog 沒(méi)有管理大型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的語(yǔ)句； VHDL 語(yǔ)法規(guī)范、規(guī)則復(fù)雜、代碼要求非常嚴(yán)格，但 Verilog 設(shè)計(jì)靈活，與 C 類似，入門比較容易。此后， VHDL 便得到了廣泛的接受，并逐漸代替了原來(lái)非標(biāo)準(zhǔn)的 HDL，VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口。 IEEE 于 1987 年底將 VHDL 確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言。 目前， Verilog HDL 已經(jīng)使用的非常廣泛。它繼承了 C 語(yǔ)言的很多語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，非常容易學(xué)習(xí)和掌握。它適用于系統(tǒng)級(jí) (system)、算法級(jí)（ alogrithem）、寄存器傳輸級(jí)（ RTL 邏輯級(jí)（ logic）、門級(jí)（ gate）、電路開(kāi)關(guān)級(jí)（ switch）設(shè)計(jì)建模。但基于電路原理圖的設(shè)計(jì)在修改上就不如硬件描述語(yǔ)言編程方便。 2)設(shè) 計(jì)者可以在設(shè)計(jì)周期的早期對(duì)電路進(jìn)行修改并驗(yàn)證，這樣有利于在早期發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤以避免反復(fù)的設(shè)計(jì)工作。 硬件描述語(yǔ)言 一、硬件描述語(yǔ)言概 述 硬件描述語(yǔ)言是一種可以用來(lái)描述硬件電路結(jié)構(gòu)、信號(hào)連接關(guān)系和定時(shí)關(guān)系的語(yǔ)言，其中最有代表性的硬件描述語(yǔ)言就是美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)的 VHDLVeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)語(yǔ)言和 GatewayDesign Automation 公司開(kāi)發(fā)的 Verilog HDL 語(yǔ)言 [24]。 目前在市場(chǎng)上銷售的 FPGA 芯片大部分來(lái)自兩家公司： Altera 公司和 Xilinx 公司，這兩家公司的 FPGA 芯片占據(jù)了市場(chǎng)份額的 80%以上，其他的 FPGA 廠家產(chǎn)品主要是針對(duì)某些特定的應(yīng)用 [22]。 FPGA 及開(kāi)發(fā)工具介紹 FPGA 芯片介紹 FPGA 又叫現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它采用的是一種類似掩膜可編輯門陣列的結(jié)構(gòu)，它是一種可編程的器件。專家預(yù)測(cè)認(rèn)為：在國(guó)內(nèi)，全彩色 LED 顯示屏的市場(chǎng)需求量的增長(zhǎng)率將超過(guò) 50%。 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2020 年中國(guó) LED 芯片行業(yè)總產(chǎn)值達(dá) 1500 億元人民幣，同比增長(zhǎng)100%。有了行業(yè)規(guī)范和質(zhì)量體系就意味著能夠使用統(tǒng)一的判定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。 LED 顯示屏產(chǎn)品正在走向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。 在交通路口、繁華商 業(yè)街等，都能看到用來(lái)做廣告載體 LED 顯示屏，輪流播放著商業(yè)廣告和部分公益廣告，廣告形式層出不窮，變化多端，內(nèi)容極其豐富。 LED 顯示屏的發(fā)展趨勢(shì) 自從上世紀(jì) 90 年代以來(lái)，我國(guó) LED 顯示屏的產(chǎn)品工藝及設(shè)計(jì)技術(shù)都在穩(wěn)步地發(fā)展自從高亮度、全彩化藍(lán)色及純綠色 LED 產(chǎn)品出現(xiàn)以來(lái)， LED 顯示屏的基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)化， LED 顯示屏的制造成本也隨之降低，這使 LED 顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛 [15][16]。因此，設(shè)計(jì)時(shí)既要保證驅(qū)動(dòng)電路容易實(shí)現(xiàn)，又要保證圖像的穩(wěn)定、無(wú)閃爍[13][14][18]。因此，當(dāng) LED 數(shù)量比較少時(shí)可以選擇使用靜態(tài)顯示方式，而當(dāng) LED 數(shù)量較多時(shí)則應(yīng)使用動(dòng)態(tài)顯示方式，以避免以上問(wèn)題 [11][12][17]。與動(dòng)態(tài)顯示相比，采用靜態(tài)顯示方式需要增加譯碼驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量，且隨著屏示屏的尺寸加大與分辨率的提高，所需的譯碼驅(qū)動(dòng)裝置將更多。該方法的原理是利用人眼對(duì)物體具有視覺(jué)延遲這一事實(shí)來(lái)達(dá)到所有 LED 同時(shí)顯示的效果。靜態(tài)顯示方式是指所有的二極管都分別用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)輸 入一幅畫面的圖像數(shù)據(jù)，所有的 LED 都同時(shí)對(duì)其進(jìn)行顯示，一直維持到下一幅圖像的到來(lái)[9][10]。 2)同步顯示屏系統(tǒng) 同步顯示屏系統(tǒng)是指將計(jì)算機(jī)屏幕上的內(nèi)容通過(guò)控制器實(shí)時(shí)地映射在 LED 屏上，該系統(tǒng)主要是將顯卡中的數(shù)據(jù)提取出來(lái)，然后經(jīng)過(guò)控制器作一系列的處理以后送到 LED 顯示屏顯示 [7][8]。首先在計(jì)算機(jī)上編輯好文字或圖片信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)和命令經(jīng)過(guò)串口發(fā)送到控制器的存儲(chǔ)器中，然后通過(guò)對(duì)預(yù)先存放在控制器里的各種數(shù)據(jù)信息的調(diào)用，把接收到的指令轉(zhuǎn)化為顯示屏所需要的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，最后在顯示屏上進(jìn)行顯示。 3)全彩色顯示屏系統(tǒng) 該系統(tǒng)是由紅、綠、藍(lán)三種顏色的 LED 點(diǎn)陣組成，它的顯示顏色非常豐富 ，畫面生動(dòng)而逼真，顯示屏能接收視頻信號(hào)并且可以顯示出全彩色的運(yùn)動(dòng)圖像[4][5]。這種顯示屏通常用于顯示純文字信息。 LED 顯示屏的穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期為 1995 年以后，出現(xiàn)了雙基色灰度級(jí)為 256 的視頻顯示屏，之后又出現(xiàn)了由紅、綠、藍(lán)三原色 LED 所生產(chǎn)的全彩色 LED 顯示屏，它的顏色非常豐富，圖像清晰，畫面逼真，這使 得 LED 顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越為廣泛。 1990 到 1995 年期間，這是 LED 顯示屏的快速發(fā)展時(shí)期。那個(gè)時(shí)期， LED 顯示屏所用的材料受到限制，使得 LED 顯示屏沒(méi)能得到廣泛的應(yīng)用， LED 顯示屏主要靠通訊控制方式來(lái)控制，在客觀上影響了顯示效果[3]。 LED 顯示屏發(fā)展回顧 根據(jù) LED 顯示屏的發(fā)展?fàn)顩r可以將 LED 顯示屏的發(fā)展過(guò)程分成三個(gè)階段：發(fā)展初期、快速發(fā)展時(shí)期和穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期。圖文顯示屏顯示的信息主要以漢字、英文文本和簡(jiǎn)單圖形為主；而視頻顯示屏采用了微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，能夠?qū)Ω鞣N播放信息，如文字、圖像、視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)、同步、清晰的播放。 關(guān)鍵詞： LED 顯示屏，全彩色， FPGA， DDR 讀寫，掃描 目錄 摘要 .................................................... 2 目錄 ................................................. 3 第 1 章 緒論 .......................................... 4 LED 顯示屏系統(tǒng)概述 ................................ 4 LED 顯示屏發(fā)展回顧 ........................... 4 FPGA 及開(kāi)發(fā)工具介紹 ............................... 6 課題研究的目的、意義及主要研究?jī)?nèi)容 ................ 8 第 2 章 LED 器件基本原理及相關(guān)知識(shí)介紹 ................... 9 發(fā)光二級(jí)管特性 .................................... 9 LED 器件的驅(qū)動(dòng)方式 ............................... 10 LED 顯示板的 信號(hào)接口 ............................. 14 第 3 章 LED 點(diǎn)陣顯示屏控制器的軟件設(shè)計(jì) ................. 16 第 4 章 總結(jié)與展望 ...................................... 19 參考文獻(xiàn) ............................................... 20 緒論 LED 顯示屏系統(tǒng)概述 LED 顯示屏由若干個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊所組成的顯示屏幕，相對(duì)其它顯示媒介，它的使用壽命更長(zhǎng)、可靠性更高、環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)、性價(jià)比更高，是現(xiàn)代社會(huì)中主流的平板顯示產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于圖像和視頻顯示領(lǐng)域 [1]。時(shí)鐘模塊為相關(guān)模塊產(chǎn)生所需的時(shí)鐘信號(hào)。讀地址產(chǎn)生模塊按照顏色和權(quán)重來(lái)產(chǎn)生讀地址，寫地址產(chǎn)生模塊按照顏色數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生灰度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)目的地址，讀寫控制模塊控制 DDR 存儲(chǔ)器的讀寫操作。 灰度級(jí)產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生 256 級(jí)灰度。最終，待顯示數(shù)據(jù)和控制信號(hào)被送到 LED 驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng) LED 屏進(jìn)行顯示?？刂破魃系囊蕴W(wǎng)芯片將數(shù)據(jù)以幀形式傳送到 FPGA 控制模塊，該模塊對(duì)接收的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解碼，并對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行γ反校正與位分離重組。該控制 器主要包括以太網(wǎng)接口模塊、 FPGA 控制模塊、 DDR 緩存模塊和 LED 驅(qū)動(dòng)電路模塊。 綜合 課程設(shè)計(jì) 題 目 （ 中文） 彩色 LED 控制器的設(shè)計(jì) 姓 名 劉秋香 學(xué) 號(hào) 2020180324 院 （系） 工學(xué)院 電子系 專業(yè)、年級(jí) 2020級(jí)