畢業(yè)設(shè)計--基于fpga的彩色點陣控制器設(shè)計

1、<p>　　編號： </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書</p><p>　　題 目： 基于FPGA的彩色點陣 </p><p>　　控制器設(shè)計 </p><p>　　系 別： 電子工程系 </p><p>　　專 業(yè)：

2、 電子信息工程 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： xx </p><p>　　職 稱： 講師 </p>

3、<p>　　題目類型：理論研究 實驗研究 工程設(shè)計 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 應(yīng)用研究</p><p><b>　　2013年6月1日</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　LED顯示屏工藝發(fā)展很快，使得LED顯示屏有很多優(yōu)異特性。由于其優(yōu)異的特性，在生活應(yīng)用很廣泛。例如

4、：手機屏、筆記本電腦顯示屏、廣告牌、數(shù)碼相機、大屏電視機以及軍事領(lǐng)域等等都有應(yīng)用，因而得到了業(yè)界廣泛的關(guān)注。LED 發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)從最初的單色屏發(fā)展到現(xiàn)在的全彩顯示屏，而且隨著LED工藝制作技術(shù)發(fā)展，從以前的單個LED燈到現(xiàn)在的大屏的LED顯示屏，從最早的無灰階單色屏靜態(tài)驅(qū)動，到現(xiàn)在彩色顯示屏動態(tài)驅(qū)動，所以對驅(qū)動控制電路有了更高的要求。</p><p>　　本課題研究的是當今行業(yè)流行的雙基色LED顯示屏驅(qū)動控制

5、器技術(shù)，以FPGA為核心結(jié)合顯示屏控制電路驅(qū)動點陣屏。設(shè)計采用的FPGA芯片是目前較為流行的Altera FPGA系列為EP2C5T144C8N芯片。根據(jù)LED顯示屏的特性和內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)，選定需要用的驅(qū)動控制芯片，設(shè)計一款該LED顯示屏的驅(qū)動電路。本課題設(shè)計的是基于FPGA的LED顯示屏控制器設(shè)計，需要選用什么樣的軟件開發(fā)工具，設(shè)計LED顯示屏的掃描控制程序。本課題設(shè)計選用的是Verilog語言編寫軟件部分。結(jié)合Verilog 語言設(shè)計

6、的特點和編寫程序的規(guī)則再結(jié)合硬件電路編寫對LED顯示屏的掃描控制部分。</p><p>　　所以，本課題設(shè)計是通過結(jié)合點陣塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點和特性的分析和理解，設(shè)計出了對LED顯示屏控制電路的設(shè)計方案。結(jié)合FPGA開發(fā)板、硬件電路和軟件工程設(shè)計，最終實現(xiàn)了對LED顯示屏的控制系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：FPGA；雙基色LED顯示屏；Verilog 語言</p>&

7、lt;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　LED display technology developing rapidly, making the LED display has many excellent properties. Because of its excellent properties, is widely applied in life.

8、 For example, mobile phone screen, notebook screen, billboards, digital camera, a big TV and etc are used in the military field, thus gets widely attention. LED development up to now, already from the original monochrome

9、 screen development up to now, full-color display, and with the development of LED technology of the production process,</p><p>　　This topic research is the industry popular technology, dual color LED displa

10、y driver controller with FPGA as the core in combination with lattice screen display control circuit drive. This topic design USES the FPGA chip is currently more popular Altera FPGA series for EP2C5T144C8N chip. Accordi

11、ng to the characteristics of LED display and internal structure, need to use the selected drive control chip, and design a driving circuit of the LED display. This topic design is design of LED display c</p><p

12、>　　So, this topic is designed by combining lattice screen to the internal structure of the analysis and understanding of the characteristics and properties, design the design scheme of LED display control circuit. Com

13、bining the FPGA development board, hardware circuit and software design, finally achieved the LED display control system design.</p><p>　　Key words: FPGA ; Double color LED display; Verilog language</p>

14、;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　1 方案論證2</b></p><p>　　1.1 整體設(shè)計論證2</p><p>　　1.2 硬件模塊設(shè)計論證3</p>

15、<p>　　1.2.1LED顯示屏驅(qū)動控制方案的比較3</p><p>　　1.2.2LED顯示屏驅(qū)動方式芯片選定3</p><p>　　1.3 軟件控制模塊設(shè)計論證4</p><p>　　2 硬件驅(qū)動電路設(shè)計實現(xiàn)5</p><p>　　2.1 硬件總體電路設(shè)計思路5</p><p>　　2.2

16、硬件電路總體設(shè)計實現(xiàn)5</p><p>　　2.3 硬件電路制作過程5</p><p>　　2.4 硬件行驅(qū)動控制模塊設(shè)計實現(xiàn)7</p><p>　　2.5 硬件列驅(qū)動控制模塊設(shè)計實現(xiàn)9</p><p>　　2.6 點陣屏模塊的設(shè)計實現(xiàn)10</p><p>　　3 軟件掃描控制設(shè)計實現(xiàn)12</p&g

17、t;<p>　　3.1 軟件設(shè)計總體思路12</p><p>　　3.2 軟件總體設(shè)計實現(xiàn)12</p><p>　　3.3 軟件設(shè)計過程12</p><p>　　3.4 存儲數(shù)據(jù)的模塊12</p><p>　　3.5 顯示屏掃描控制模塊17</p><p>　　3.6 LED顯示屏灰度實現(xiàn)19

18、</p><p>　　4 彩色LED顯示屏控制器整體實現(xiàn)21</p><p>　　4.1 設(shè)計要求21</p><p>　　4.2 彩色點陣屏控制器的設(shè)計實現(xiàn)22</p><p>　　4.3 整體方案實現(xiàn)效果22</p><p>　　5 硬件與軟件調(diào)試20</p><p>　　5.

19、1 硬件設(shè)計調(diào)試過程23</p><p>　　5.2 軟件設(shè)計調(diào)試過程25</p><p>　　5.3 硬件與軟件設(shè)計調(diào)試過程的小總結(jié)27</p><p><b>　　6 結(jié)論27</b></p><p><b>　　謝辭29</b></p><p><b&

20、gt;　　參考文獻30</b></p><p><b>　　附錄31</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　LED顯示屏Light Emitting Diodede：又叫電子顯示屏。隨著現(xiàn)代的進步，LED顯示屏在制作工藝有很大的改善，并且在性能上有了很大的進步。雖然在市場上顯

21、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(qū)動原理到驅(qū)動方式再到實際應(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，在實際應(yīng)用領(lǐng)域擁有一席之位。目前，在國外很多國家的街道上隨處可見，作為信息傳輸?shù)墓ぞ?，在實際應(yīng)用和顯示的效果都很好。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(yīng)用。如廣告宣傳、交通信號燈、汽車、教育系統(tǒng)、火車站、證券公司、大型商場等。但是在控制技術(shù)方面還有很多不足

22、。由于LED顯示屏發(fā)出的光很亮，并且閃爍對人眼睛刺激很大，這是由于技術(shù)的不成熟所導致的，所以國外對LED顯示屏技術(shù)還處在發(fā)展段。目前，在國內(nèi)LED顯示屏受到很多個體戶和企業(yè)廣泛的研究和應(yīng)用從而得到迅速的發(fā)展。這是因為LED顯示本身所具有高亮度、低功耗、環(huán)保、可大型化、使用壽命長、性能穩(wěn)定等優(yōu)異的特性。在國內(nèi)LED顯示屏在實際應(yīng)用，主要是作為傳輸信息的工具。如電子顯示屏門牌，墻式電視機等。而</p><p>　　本

23、課題設(shè)計的是基于FPGA的彩色點陣控制器。彩色點陣屏制作工藝發(fā)展迅速，在性能上也有很大的提高，這樣對控制電路的要求也越來越高。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。要想制作出一款彩色顯示屏控制器在性能上有更高的要求，可以從LED顯示屏色彩豐富和低功耗著手，使得LED顯示的顏色更艷麗，畫面更生動，耗能更少。在國內(nèi)外有很多人對LED顯示屏控制器有研究，但是設(shè)

24、計出來的控制器控制顯示屏顯示的效果還不是很好。如出現(xiàn)閃爍，屏體太亮，顯示的顏色不夠豐富，畫面不夠生動等缺點。</p><p>　　所以本課題研究是結(jié)合LED顯示屏的優(yōu)越特性設(shè)計的一款控制器。根據(jù)對LED點陣屏發(fā)光的特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成分析。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)動控制芯片。結(jié)合芯片的工作原理從而設(shè)計一款LED顯示屏的驅(qū)動控制電路。最后，結(jié)合Verilog 語言設(shè)計的特點再結(jié)合硬件電路

25、設(shè)計編寫軟件LED顯示屏掃描控制程序。由于本課題設(shè)計使用動態(tài)和靜態(tài)的掃描技術(shù)。動態(tài)掃描技術(shù)必須選用移位寄存器，必須在時間上控制數(shù)據(jù)的移位，可以讓畫面產(chǎn)生動態(tài)。靜態(tài)掃描技術(shù)以靜態(tài)鎖存器掃描方式，把所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)送到鎖存器并且打入屏體中顯示，并且充分保證LED亮度。綜合上所述，結(jié)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(shè)計出對LED顯示屏控制器的掃描程序，再結(jié)合FPGA開發(fā)板功能和驅(qū)動控制電路的設(shè)計實現(xiàn)對LED點陣屏的控制，從

26、而可以顯示文字信息和圖文信息等動態(tài)和靜態(tài)信息。</p><p><b>　　1 方案論證</b></p><p>　　本章節(jié)是從理論上分析LED顯示屏控制器的方案，包括方案對比、芯片選擇、軟件設(shè)計模塊論證。</p><p>　　1.1 整體設(shè)計論證</p><p>　　根據(jù)對LED顯示屏的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)有了一定的研究。本

27、節(jié)分析對LED顯示屏的基本結(jié)構(gòu)和工作流程。其中包括設(shè)計軟件系統(tǒng)與硬件控制系統(tǒng)通過FPGA開發(fā)板的結(jié)合，和對數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的顯示。首先，對整體設(shè)計進行分析；其次對對硬件驅(qū)動設(shè)計進行理論分析；最后，對軟件驅(qū)動設(shè)計進行理論的分析。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。</p><p>　　根據(jù)LED顯示屏的特性，并且經(jīng)過實際的驗證來了解LED顯示屏的特性，結(jié)

28、合LED顯示屏其特性和經(jīng)過測試的LED顯示屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)選定需要用什么樣的驅(qū)動控制芯片，設(shè)計一款該LED顯示屏的驅(qū)動控制電路，并且使用protel 99 畫圖軟件設(shè)計出LED顯示屏的驅(qū)動控制電路原理圖，制作一塊LED顯示屏的驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件。由于本課題設(shè)計的是基于FPGA的LED顯示屏控制器設(shè)計，所以在選用FPGA系列芯片是要考慮很多方面的問題。例如，邏輯單元數(shù)、存儲單元數(shù)等等。結(jié)合這些問題本設(shè)計使用Altera FPGA系列為EP2C5T

29、144C8N芯片制作的FPGA最小系統(tǒng)開發(fā)板。在對軟件設(shè)計時需要了解開發(fā)板的相關(guān)知識并且確定選用什么樣的軟件開發(fā)工具，設(shè)計軟件掃描控制部分。本課題設(shè)計選用的是Verilog語言編寫軟件掃描控制部分。最后，結(jié)合Verilog 語言設(shè)計的特點再結(jié)合設(shè)計的硬件電路的特點在Quartus Ⅱ開發(fā)軟件上編寫Verilog HDL程序?qū)ED顯示屏的軟件設(shè)計，設(shè)計LED顯示屏的掃描控制部分。結(jié)合前兩個硬件設(shè)計實現(xiàn)加上軟件設(shè)計控制系統(tǒng)就可以制作出彩色

30、點陣控制器。圖1.1為彩色點陣控制器基本結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖1.1 彩色點陣控制器基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.2 硬件模塊設(shè)計論證</p><p>　　查找與LED顯示屏相關(guān)資料并了解，接下來需要確定使用什么芯片去驅(qū)動LED顯示屏。本課題設(shè)計使用的是雙基色LED顯示屏，需要對LED顯示屏的行和列進行驅(qū)動，而且要選擇使用什么樣的驅(qū)動控制方案非常重要

31、。</p><p>　　1.2.1 LED顯示屏驅(qū)動控制方案的比較</p><p>　　方案一：串行控制驅(qū)動方式通過一個串行輸入并行輸出的驅(qū)動芯片。把將要顯示的數(shù)據(jù)通過串行的傳輸方式發(fā)送入驅(qū)動芯片寄存器中寄存，通過程序?qū)π酒氖鼓苄盘柖丝刂?，控制?shù)據(jù)的顯示。其特點是在制作電路板的時候線路連接簡單點。這樣給電路板的設(shè)計帶來了很大的方便，同時給調(diào)試電路板電路的時候減少了工作量。串行控制驅(qū)動方式

32、芯片可選的有：74HC595和74LS595等等。但由于這些芯片在工作時的驅(qū)動能力很差，一般都用于對LED顯示屏列的驅(qū)動。串行控制驅(qū)動方式還有一個難點就是在軟件設(shè)計時要對數(shù)據(jù)傳輸時，進行時鐘控制，對應(yīng)的把每個數(shù)據(jù)傳輸，送入寄存器寄存。對于行驅(qū)動方式相對比較容易，只要把在LED顯示屏的數(shù)據(jù)分時順序送出去，但是其驅(qū)動能力就很弱，由于對LED顯示屏驅(qū)動能力要大，可以在驅(qū)動芯片和LED顯示屏之間加上三極管或者CMOS管來增強其驅(qū)動能力。<

33、/p><p>　　方案二：并行控制驅(qū)動方式是將顯示的數(shù)據(jù)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。并行控制驅(qū)動方式的特點是數(shù)據(jù)刷新顯示屏的頻率快，這樣就降低對驅(qū)動電路的要求了。同時，對數(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)定在制作電路的時候要適當?shù)恼{(diào)整線路的寬度。可以采用74HC373級聯(lián)的方式控制。而并行控制驅(qū)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)

34、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(diào)試電路板的時候帶了很大的難度。</p><p>　　根據(jù)本課題設(shè)計所買的LED顯示屏是共陽的接法，并且考慮在制作電路板和調(diào)試帶來方便，本課題設(shè)計選用串入并出的控制方式設(shè)計控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.2 LED顯示屏驅(qū)動方式芯片選定</p><p>　　通過對驅(qū)動方式的比較，本課題設(shè)計選用了74HC59

35、5和74HC138芯片。在制作LED顯示屏的列驅(qū)動芯片一般都使用74HC595芯片。74HC595是一款串行輸入并行輸出數(shù)據(jù)的移位寄存器芯片。74HC595芯片是通過11、12、13組合邏輯來控制對數(shù)據(jù)輸入、移位、儲存、輸出。制作16×16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。對于LED顯示屏行的

36、控制驅(qū)動芯片可以有很多選擇性?？梢愿鶕?jù)點陣屏的特點和自己的需求進行選擇。對于共陽的LED顯示屏使用74HC138芯片，結(jié)合用三極管設(shè)計的一個反相器電路，從而實現(xiàn)對LED點陣屏的行進行控制。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。</p><p>　　1.3 軟件控制模塊設(shè)計論證</p><p>　　本課題設(shè)計使用的是FPGA開發(fā)板最小系

37、統(tǒng)，所以使用了編程語言是Verilog。要通過Verilog語言描述對驅(qū)動控制芯片進行控制，如圖1.2為軟件控制整體設(shè)計思路圖。</p><p>　　圖1.2 軟件控制整體設(shè)計思路圖</p><p>　　注意：由于顯示屏不能在同一時刻顯示出來漢字，必須通過硬件控制電路和軟件控制系統(tǒng)的完美的結(jié)合才能顯示一個完整的漢字。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(jù)傳輸

38、的時候要排整要發(fā)送數(shù)據(jù)的順序。同時在傳輸數(shù)據(jù)的時間上也要控制好，利用人眼視覺的惰性調(diào)整，讓每一次刷新顯示屏的時間剛好讓人眼感覺不出LED顯示屏有間斷性的亮滅。如果時間沒有調(diào)整好就會出現(xiàn)閃爍，造成顯示的效果不是很好。在確定使用什么驅(qū)動方式后，結(jié)合LED顯示屏和芯片來分析數(shù)據(jù)的顯示，圖1.3為數(shù)據(jù)顯示等效圖。</p><p>　　圖1.3數(shù)據(jù)顯示等效圖</p><p>　　2 硬件驅(qū)動電路設(shè)

39、計實現(xiàn)</p><p>　　從理論上分析LED顯示屏控制器后，根據(jù)選用的芯片設(shè)計一款控制器。從硬件電路的總體設(shè)計到個個模塊的實現(xiàn)。</p><p>　　2.1 硬件總體電路設(shè)計思路</p><p>　　經(jīng)過查找74HC138芯片的相關(guān)資料對其進行研究，根據(jù)自己的研究在腦海里形成設(shè)計思路，設(shè)計使用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

40、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(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。使用74HC595芯片的15腳和1至7腳并行八位數(shù)據(jù)輸出作為顯示屏列數(shù)據(jù)的輸出，來控制顯示屏的十六列燈的亮滅；9腳級聯(lián)輸出端作為數(shù)據(jù)輸入；10腳復位端，因為低電平有效，不需要把數(shù)據(jù)清除，把復位端直接VCC；11腳移位寄存器數(shù)

41、據(jù)移位時鐘輸入端作為移位寄存器芯片控制數(shù)據(jù)移位信號；12腳移位寄存器存儲數(shù)據(jù)時鐘輸入端作為移位寄存器芯片數(shù)據(jù)寄存信號控制端；13腳移位寄存器使能作為輸入的數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上，因為使能控制信號是低電平有效，為了使電路設(shè)計和在編寫程序簡單，把13腳直接GND；14腳串行數(shù)據(jù)輸出端作為芯片級聯(lián)端，實現(xiàn)更多數(shù)據(jù)的級聯(lián)。</p><p>　　2.2 硬件電路總體設(shè)計實現(xiàn)</p><p>　　本課題設(shè)

42、計用的是8×8的雙基色點陣屏，使用四塊點陣屏經(jīng)過設(shè)計組合成的16×16 LED點陣屏用來顯示漢字和圖片，所謂的16×16，是每一個漢字在縱、橫行各用16像素點的區(qū)域內(nèi)顯示，滿足了本次設(shè)計的要求。由于本次使用的點陣屏是雙基色的，所以要用四個74HC595芯片通過級聯(lián)的方式控制十六列紅和十六列綠燈的亮滅，再用兩塊74HC138芯片級聯(lián)的方式組合成4-16譯碼器對十六行進行控制。用兩片74HC138芯片的4腳和6

43、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。由于本課題設(shè)計使用的雙基色點陣屏是共陽的接法，所以對點陣屏行控制輸出的數(shù)據(jù)進行取反，經(jīng)過取反再輸出，輸出的數(shù)據(jù)就能對點陣屏依次進行某一行的控制。通過四片74HC595芯片上的11腳聯(lián)在一起，再加上12腳并聯(lián)。而四塊74HC595是通過9腳級聯(lián)十四腳實現(xiàn)了32位數(shù)據(jù)的輸入。所以通過74HC595芯片的9腳、11腳和12腳組合在一起，就能

44、對LED點陣屏的16列紅色和綠色的LED燈的亮滅進行控制。</p><p>　　2.3 硬件電路制作過程</p><p>　　使用protel 99 畫圖軟件畫硬件原理圖，protel 99軟件是ProklTechnology公司開發(fā)的一款畫圖軟件，它可以進行電路原理圖設(shè)計和單層或雙層印刷電路板設(shè)計。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(shè)計和PC

45、B電路圖設(shè)計時，必須先畫好相應(yīng)的元器件封裝并更新到元器件庫當中，才能完成相應(yīng)的設(shè)計。圖2.1為硬件電路開發(fā)流程。</p><p>　　圖2.1硬件電路開發(fā)流程</p><p>　　設(shè)計原理圖：根據(jù)選用的74HC138和74HC595芯片的功能設(shè)計一款驅(qū)動控制電路。打開protel 99軟件新建一個原理圖文件，根據(jù)課題設(shè)計要求設(shè)計的原理圖，在左側(cè)的元器件庫中找到相應(yīng)的元器件圖，按照一定的順序

46、排列。排列好后，把相應(yīng)的管腳連接，雙擊原理圖中器件圖，彈出對話框，如圖2.2所示，在Footprint選項中填入相應(yīng)的元器件封裝的名字。把每一個器件的封裝設(shè)定好后，更新PCB，點擊設(shè)計標題欄下的子標題，完成了電路圖PCB更新。</p><p>　　圖2.2 封裝管腳設(shè)置</p><p>　　設(shè)計PCB圖：更新PCB圖后，對PCB圖進行設(shè)計，把器件進行布局，再根據(jù)自己的需要對電源線和信號線進

47、行參數(shù)設(shè)置。設(shè)置GND和VCC線的線寬，再對其它線的線寬進行設(shè)置，并且要對焊孔和線的進行安全距離設(shè)置。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(diào)試時帶來困難，而且通電信號不太好。設(shè)置好線寬后，再設(shè)置焊孔的大小，如果焊孔設(shè)置的太小，在打孔的時候會把銅邊打沒，焊接就非常困難。設(shè)置好這些后，開始進行布線，布線時要注意不要走直線。因為本

48、課題設(shè)計的線路比較多，如果采用單面布局就有很多的跳線，所以選擇了制作雙面板布局的方式。</p><p>　　轉(zhuǎn)印PCB：把設(shè)計的PCB原理圖打印時，要注意本課題設(shè)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(yīng)，如果沒有對頂層電路進行鏡像處理，就不能使其對應(yīng)。把打印好的地層PCB圖轉(zhuǎn)印到銅板上，需要高溫轉(zhuǎn)印機進行轉(zhuǎn)印。再根據(jù)制作雙面板的步驟，在一面

49、已經(jīng)轉(zhuǎn)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(yīng)的孔，用鐵絲穿過PCB圖紙中對應(yīng)的孔，再穿過電路板上的孔。完成后，就固定PCB圖紙并把它放入高溫轉(zhuǎn)印機上轉(zhuǎn)印。</p><p>　　（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。腐蝕完后開始打孔，根據(jù)前面設(shè)置好的焊盤大小選用相應(yīng)的打孔針打孔，在打孔時要注意對準焊盤的中心，不然會把焊盤打沒，這樣

50、會給焊接帶來困難。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。如果一面有線連接另一面沒有線連接，就對有線連接的那一面進行打孔，這樣能為焊接帶來方便。如果只針對一面打孔，由于轉(zhuǎn)印雙層電路圖產(chǎn)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。打孔完后，再一次確定焊孔是否去不都打了沒，確定無誤后才可進行下一步驟。</p><p>　　（5）焊接元器件：本次硬件制作的是雙面板，首先必須

51、把所有兩面需要焊接的焊孔。對照原理圖，用鐵絲把每個兩面需要焊接的焊孔用鐵絲接好，對其進行焊接，在焊接時為了確保每個焊空都是導通的，焊接完一個必須用萬用表對其進行測試。焊完后，再對照原理圖，把相應(yīng)的器件插入相應(yīng)的位置，對器件進行焊接。要特別注意個個元器件的管腳的是否對應(yīng)，確定無誤后才能開始焊接。</p><p>　　2.4 硬件行驅(qū)動控制模塊設(shè)計實現(xiàn)</p><p>　　本課題設(shè)計用到了兩片

52、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。根據(jù)本課題設(shè)計的要求把兩片74HC138芯片通過級聯(lián)的方式連接：把第一片74HC138芯片5腳和6腳分別接GND和VCC；第二片74HC138芯片的4腳和5腳接GND；兩片74HC138芯片的4腳和6腳聯(lián)起引出一根輸入腳D，其它三根腳為A、B、C，組合成4-16譯碼器，如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 4-16譯碼器</

53、p><p>　　當給兩片74HC138組合設(shè)計出的4-16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(shè)計出的4-16譯碼器通過譯碼，就能對LED顯示屏的十六行進行控制。如圖2.3所示，想要先讓U21進行譯碼，給D置0就可以對其進行譯碼控制。想要讓U22進行譯碼，給D置1，就可以對其進行譯碼控制。結(jié)合A、B、C三根二進制輸入端賦值，再結(jié)合設(shè)計的反相器電路，如圖2.4所示。就可以完

54、整的控制共陽點陣屏的十六行的掃描。</p><p><b>　　VCC</b></p><p><b>　　Vin </b></p><p><b>　　RL</b></p><p><b>　　GND </b></p><p&g

55、t;　　圖2.4 反相器電路圖</p><p>　　當給B極Vin輸入端一個高電平，由于三極管的E極接VCC是的三極管不能導通，當在E極和B極之間加上一個很大的上拉電阻，通過上拉電阻的作用把B極的高電平變?yōu)榈碗娖?，從而使得三極管處于導通狀態(tài)，使得接在LED顯示屏上的C極輸出低電平。反之，則輸出低電平。</p><p>　　本課題設(shè)計使用的點陣顯示屏是共陽的接法，所以還需要設(shè)計一款反相器電路

56、（如圖2.4所示）對譯碼器輸出的數(shù)據(jù)進行取反。通過反相器電路與74HC138芯片的結(jié)合才能使得顯示屏顯示并對其行進一行一行的控制，表2.1為兩片74HC138芯片結(jié)合反相器電路輸出的真值表。 </p><p>　　表2.1 兩片74HC138芯片結(jié)合反相器輸出的真值表</p><p>　　2.5 硬件列驅(qū)動控制模塊設(shè)計實現(xiàn)</p><p>　　本課題設(shè)計使用四片74

57、HC595芯片并行輸出32位數(shù)據(jù)用于控制16列紅燈和16列綠燈的亮滅，通過查找相關(guān)資料對該芯片的管腳功能進行分析。根據(jù)本課題設(shè)計的設(shè)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。相連組合成對32

58、位數(shù)據(jù)的移位寄存器，接法如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 32位數(shù)據(jù)的移位寄存器</p><p>　　當給14腳輸入32位串行數(shù)據(jù)后，給以為控制信號SCK輸入一個高電平，通過調(diào)用延時程序，32位數(shù)據(jù)通過移位控制信號，分別移入四片74HC595芯片中。數(shù)據(jù)移完后，給寄存控制信號RCK一個高電平把32位數(shù)據(jù)進行鎖存，通過13腳使能控制信號端接GND就把數(shù)據(jù)并行輸出。</p&

59、gt;<p>　　2.6 點陣屏模塊設(shè)計實現(xiàn)</p><p>　　隨著科技的進步和迅速發(fā)展，使得半導體材料的制造技術(shù)和對半導體材料加工技術(shù)的不斷成熟和完善，從而在制造各種不同的半導體材料越來越容易，使得LED顯示屏的種類很多，從型號到種類再到像素的大小。目前，在市場上見到的LED點陣屏有單基色和雙基色、三基色。顯示屏用紅、綠、藍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

60、基色顯示屏和三基色顯示屏顯示出很多種不同的顏色。三基色顯示屏可顯示由黑到白的可見光，色彩飛非常豐富。由于LED點陣屏有多種規(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。根據(jù)組成LED顯示屏顏色的數(shù)目可分為單色、雙色、三色，根據(jù)顏色的不同可以選擇制作單色顯示屏還是彩色顯示屏。如果想顯示一種顏色的字，可以選用單色點陣屏制作顯示屏；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。單色有很多種顏色，如紅、綠、黃

61、，藍色等單色。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)計的軟件而定的。目前使用較多的軟件控制方式為脈沖寬度控制法，是控制脈沖的占空大小的方式控制二極體的點亮</p><p>　　圖2.6 單色LED矩陣的接法</p><p>　　點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。不同的接法對于驅(qū)動芯片和設(shè)計驅(qū)動電路

62、也有不同的要求，所以在制作驅(qū)動大型的點陣屏必須知道點陣內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。下面以雙基色的接法為例，如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 LED點陣共陽接法</p><p>　　共陽雙基色點陣屏共有24根管腳，8根共陽端，8根是控制紅燈亮，8根是控制綠燈亮。而共陰的接法剛好與共陽的接法相反。當把共陽的雙基色點陣屏8根接共陽一端接一定的高電平，另外十六根管腳給低電平，就會顯示橙色的。<

63、/p><p>　　本課題設(shè)計使用了四塊8×8點陣屏。通過對點陣屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析，點陣屏按內(nèi)部結(jié)構(gòu)接法可分為共陰和共陽兩種接法。通過使用萬用表測試出本課題設(shè)計使用點陣屏為共陽的接法，如圖2.7所示。通過對使用的芯片的分析，再結(jié)合點陣屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計出用四塊8×8矩陣塊實現(xiàn)16×16的點陣屏，如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 顯示屏的接法</p&g

64、t;<p>　　本課題設(shè)計用的是紅和綠兩種顏色組成的雙色點陣。如圖2.8所示，R1-R16為紅色發(fā)光二級管的控制引腳；G1-G16為綠色發(fā)光二級管的控制引腳；L1-L16為紅色綠發(fā)光二級管共陽的控制引腳。當個紅色發(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)光二極管就會發(fā)出紅色的光。當個綠色發(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)光二極管就會發(fā)出綠色的光。當個紅色和綠色發(fā)光二極管的

65、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)光二極管就會發(fā)出橙色或黃色的光。顏色的不同是與發(fā)光二極管的亮度有關(guān)。</p><p>　　測試共陽和共陽的步驟：</p><p>　　（1）把萬用表轉(zhuǎn)到二極檔位；</p><p>　　（2）把萬用表的任意表筆接在8×8點陣塊的任意引腳；</p><p>　?。?）把另一只表筆依次在

66、8×8點陣塊的所有引腳接觸，看是否有發(fā)光二極管點 亮。如果只有一種顏色的燈亮，則把兩只表筆對換；</p><p>　　（4）把對換的表筆依次在8×8點陣塊所有引腳接觸，看是否有兩種顏色的燈亮。如果有，則看是哪只表筆接在固定腳的一端。如果是紅色表筆，則是共陽的接法；如果是黑色表筆，則是共陰的接法。</p><p>　　3 軟件掃描控制設(shè)計實現(xiàn)</p&

67、gt;<p>　　本課題設(shè)計使用了FPGA最小系統(tǒng)開發(fā)板，F(xiàn)PGA系列為EP2C5T144C8N芯片。為了能夠更好地設(shè)計出LED顯示屏掃描控制部分，必須對FPGA最小系統(tǒng)開發(fā)板有一定的了解。FPGA系列為EP2C5T144C8N芯片擁有89個可編引腳可用于輸入和輸出；2個鎖相環(huán)，用于分配和倍頻用。本課題設(shè)計就要用到時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，而且是個難點；8個時鐘輸入端（50MHz），用于時鐘的輸入，對編寫的程序和電路設(shè)計運

68、行進行控制；119808比特隨機存儲器，用于數(shù)據(jù)的存儲，可以隨意取出或存入數(shù)據(jù)；4608個邏輯單元，可以對數(shù)據(jù)或文件資源進行訪問。FPGA最小系統(tǒng)開發(fā)板上配置了EPROM芯片使用EPCS4，大小為4Mbit：用來存儲下載后程序文件了，連接在AS下載口。下載程序后，可保存到EPROM中，只要不對其進行擦除，可循環(huán)使用；50MHz有源晶振一片：可以供給程序的時鐘輸入；八個貼片發(fā)光二極管，可用于測試程序調(diào)試；復位開關(guān)：對下載的程序進行清空，但

69、對EPROM中的數(shù)據(jù)不能清空；電容，用于電源濾波，穩(wěn)壓。JTGA下載口和AS下載口，對已編譯完成的程序或電路設(shè)計進行下載，還有兩塊穩(wěn)壓芯片給輸出的電壓進</p><p>　　本課題設(shè)計設(shè)計語言使用的是Verilog語言編寫軟件程序設(shè)計軟件部分，經(jīng)過查找相關(guān)書籍了解到Verilog語言編程的特點，這樣可以在編寫程序很有幫助。本課題設(shè)計的軟件設(shè)計方案的實現(xiàn)，是結(jié)合對硬件控制電路的設(shè)計的特點進行分析，并通過分步調(diào)試實現(xiàn)

70、了各個模塊，然后結(jié)合分步調(diào)試實現(xiàn)的代碼，并且濤考慮到時序邏輯問題，結(jié)合這些進行綜合設(shè)計實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的設(shè)計。軟件主要部分包括兩個模塊：存儲和發(fā)送數(shù)據(jù)模塊和LED顯示屏控制掃描模塊。</p><p>　　3.1 軟件設(shè)計總體思路</p><p>　　本課題設(shè)計結(jié)合Verilog語言編寫軟件程序，通過對LED顯示屏控制器的設(shè)計的分析。根據(jù)74HC138和74HC595芯片的分析，編寫軟件掃描

71、控制部分。對行掃描控制需要對74HC138的A、B、C、D四線進行賦二進制數(shù)值，再根據(jù)列控制信號對74HC595的數(shù)據(jù)輸入端進行數(shù)據(jù)輸入，并給74HC595的移位控制信號和寄存控制信號賦0或1。賦值方式是當一行數(shù)據(jù)輸入后，每移位一個數(shù)據(jù)給一個移位信號，移位三十二次后給一個寄存器寄存控制信號把數(shù)據(jù)寄存。為了使行控制信號與列控制信號同步，采用返回值的方式實現(xiàn)十六行數(shù)據(jù)的讀取。動態(tài)掃描是采用當?shù)谝淮嗡⑿峦觑@示屏，給一定的延時后，第二次刷新顯示

72、屏時把第一行的數(shù)據(jù)給第二行控制信號，多次循環(huán)就實現(xiàn)動態(tài)掃描控制技術(shù)。還需要一個數(shù)據(jù)儲存和發(fā)送模塊，當掃描控制模塊個一個信號，就把相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送到掃描控制模塊中，就實現(xiàn)了整個軟件掃描控制設(shè)計。軟件設(shè)計思路總體流程圖，如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 軟件設(shè)計思路總體流程圖</p><p>　　3.2 軟件設(shè)計總體實現(xiàn)</p><p>　　本課題設(shè)計的軟件

73、掃描控制系統(tǒng)主要包括：分配器模塊、動態(tài)控制模塊、數(shù)據(jù)儲存和發(fā)送模塊和顯示屏掃描控制模塊。整體軟件設(shè)計電路圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2整體軟件設(shè)計電路圖</p><p>　　3.3 軟件設(shè)計過程</p><p>　　QuartusⅡ開發(fā)軟件是Altera公司在二十一世紀初針對自己公司生產(chǎn)的現(xiàn)場可編程門陣列集成開發(fā)環(huán)境設(shè)計的一款開發(fā)工具軟件。Quar

74、tusⅡ開發(fā)工具是在Altera公司前一代開發(fā)工具MAX+PLUS Ⅱ上改進和發(fā)展的產(chǎn)物。它能夠提供完美的多平臺設(shè)計環(huán)境，并且可以輕松滿足設(shè)計者特定設(shè)計的需要。它是單片可編程系統(tǒng)設(shè)計的綜合性環(huán)境和單片可編程系統(tǒng)開發(fā)的基本設(shè)計工具，圖3.3為軟件設(shè)計開發(fā)流程圖。</p><p>　　圖3.3 軟件設(shè)計開發(fā)流程圖</p><p>　　程序編寫：根據(jù)對QuartusⅡ軟件的了解和所學習的Veri

75、log語言的使用規(guī)則編寫相關(guān)軟件程序。在QuartusⅡ軟件上可以進行程序設(shè)計、底層電路設(shè)計、波形仿真設(shè)計等多種，而且可以混合設(shè)計。打開QuartusⅡ軟件新建工程，再在工程文件中新建一個文本輸入程序設(shè)計文件。本課題需要進行底層電路設(shè)計，所以對文本輸入程序設(shè)計文件進行創(chuàng)建一個底層電路設(shè)計。點擊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 fi

76、le for current file，則會彈出，表示底層文件創(chuàng)建成功。</p><p>　　程序編譯：由Verilog硬件描述語言編寫程序和底層電路圖設(shè)計以及波形仿真設(shè)計進行編譯。由于程序設(shè)計和底層電路設(shè)計編譯后，不能直接看到設(shè)計的結(jié)果，只能看到錯誤和警告，通常通過建立仿真文件，進行仿真，看效果是否與自己設(shè)計預想的結(jié)果相符合。對編寫好的文件進行編譯時，要對自己編寫的程序進行檢查，確定無誤后，點擊按鍵，就對設(shè)計的

77、程序文件和底層電路設(shè)計進行編譯。編譯完成后會彈出該對話框，彈出該對話并出現(xiàn)警告，但并不是錯誤，這樣還是表示編譯成功；彈出對話框，則程序有錯誤，在文本程序輸入窗口下有一個錯誤顯示窗口如圖3.4，在該對話框找到錯誤并雙擊，則會跳到錯誤的地方，對其進行修改。再一次進行編譯，沒有出現(xiàn)錯誤提示表示編譯成功。</p><p>　　圖3.4 錯誤提示窗口</p><p>　　仿真測試：利用Quartus

78、Ⅱ軟件的仿真文件根據(jù)所需要的結(jié)果進行參數(shù)設(shè)計進行仿真，這樣做更能驗證設(shè)計的結(jié)果與自己設(shè)計的硬件所顯示的結(jié)果相同。仿真測試又分為功能仿真和時序仿真。功能仿真可以直接對編寫程序設(shè)計、底層電路圖設(shè)計及其它的設(shè)計方式進行的仿真測試，為了驗證設(shè)計者所設(shè)計的程序和電路圖設(shè)計的功能和效果與設(shè)計者設(shè)計硬件器件的功能和效果相符合，但進行功能仿真運行的結(jié)果與設(shè)計者設(shè)計的硬件器件運行的結(jié)果誤差相差很大。時序仿真是為了使仿真的結(jié)果更能夠接近設(shè)計者設(shè)計的硬件器件

79、運行結(jié)果，并且設(shè)計者在做時序仿真，設(shè)計者必須對仿真文件中具體的器件做出參數(shù)的設(shè)置才能得到測試結(jié)果，但由于時序仿真的仿真時間非常長，根據(jù)自己的需要考慮選擇使用。本課題使用了功能仿真，新建一個仿真文件，雙擊區(qū)域，彈出對話框如圖3.5所示，然后點擊圖3.5所示的按鍵，又彈出對話框如圖3.6所示，設(shè)置參數(shù)如圖3.6所示，點擊List，把所需要的管腳放入仿真文件中，再對管腳進行相應(yīng)的設(shè)置，設(shè)置完后點擊對仿真文件進行仿真，查看結(jié)果。</p&g

80、t;<p>　　圖3.5 仿真文件參數(shù)設(shè)置 圖3.6 添加管腳對話框</p><p>　　配置：在下載文件時，設(shè)計者需要設(shè)定所需要的參數(shù)將編譯后產(chǎn)生的下載文件能夠下載到指定的目標芯片上，再結(jié)合設(shè)計者所設(shè)計的硬件的結(jié)合最終能產(chǎn)生與實際相符合的效果。</p><p>　　編程下載：使用Quartus Ⅱ生成的下載文件需要通過專用的驅(qū)動接口才能下

81、載到芯片上。先通過USB口與筆記本電腦連接，并且裝上相應(yīng)的驅(qū)動；再通過一個USB轉(zhuǎn)JTGA口相連接；最后JTAG下載口與FPGA最小系統(tǒng)開發(fā)板。把編譯成功生成的編程文件通過編程器下載目標器件，以便進行硬件調(diào)試和驗證設(shè)計的結(jié)果。</p><p>　　通過下載器下載到FPGA開發(fā)板，把硬件電路與FPGA開發(fā)板相應(yīng)的引腳相連接，看效果是否符合，進而完成課題的軟件設(shè)計。</p><p>　　3.4

82、 存儲和發(fā)送數(shù)據(jù)的模塊</p><p>　　圖3.7 數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送模塊</p><p>　　點陣基本數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送模塊的作用是存儲的數(shù)據(jù)經(jīng)過控制信號把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)掃描控制模塊中，兩個模塊之間要在時間上控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，表3.1為數(shù)據(jù)存儲發(fā)送模塊端口定義。</p><p>　　表3.1數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送模塊端口定義</p><p>　　該模

83、塊是在QuartusⅡ軟件中生成的一個底層電路圖，模塊實現(xiàn)對三十二位數(shù)據(jù)的儲存和數(shù)據(jù)的發(fā)送。圖3.7所示的data[31:0]為數(shù)據(jù)的輸出口，當給一個高電平時，控制端口模塊返回一個q[3:0]的數(shù)字，通過返回值的方式取出對應(yīng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)就會送入LED顯示屏控制模塊。部分程序：</p><p>　　input clk;//時鐘輸入</p><p>　　input[3:0] q;//控制數(shù)據(jù)輸

84、入端</p><p>　　function[31:0] data;//返回一個32位數(shù)據(jù)</p><p>　　input[3:0] in; //返回值輸入信號</p><p><b>　　begin </b></p><p><b>　　case (in)</b></p><

85、;p>　　0 : begin data='h00ffff00;end //第一行數(shù)據(jù)</p><p>　　1 : begin data='h00ffff00;end //第二行數(shù)據(jù)</p><p>　　2 : begin data='h000ff000;end //第三行數(shù)據(jù)</p><p>　　3 : beg

86、in data='h000ff000;end //第四行數(shù)據(jù)</p><p>　　4 : begin data='h007ffc00;end //第五行數(shù)據(jù)</p><p>　　5 : begin data='h007ffc00;end //第六行數(shù)據(jù)</p><p>　　6 : begin data='h000ff

87、000;end //第七行數(shù)據(jù)</p><p>　　7 : begin data='h000ff000;end //第八行數(shù)據(jù)</p><p>　　8 : begin data='h007ffc00;end //第九行數(shù)據(jù)</p><p>　　9 : begin data='h007ffc00;end //第十行數(shù)據(jù)<

88、;/p><p>　　10 : begin data='h000ff000;end //第十一行數(shù)據(jù)</p><p>　　11 : begin data='h000ff000;end //第十二行數(shù)據(jù)</p><p>　　12 : begin data='h00ffff00;end //第十三行數(shù)據(jù)</p><p&g

89、t;　　13 : begin data='h00ffff00;end //第十四行數(shù)據(jù)</p><p>　　14 : begin data='h00000000;end //第十五行數(shù)據(jù)</p><p>　　15 : begin data='h00000000;end //第十六行數(shù)據(jù)</p><p>　　endfunction &

90、lt;/p><p>　　always@(posedge clk) </p><p><b>　　begin </b></p><p>　　case(number) </p><p>　　4'd0: data1<=data(q[3:0]); //32位數(shù)據(jù)發(fā)送控制信號</p><p&

91、gt;　　number=number+1;</p><p>　　if(number==1) number<=0; //case循環(huán)執(zhí)行語句清零 </p><p><b>　　end</b></p><p>　　endmodule </p><p>　　3.5 顯示屏掃描控制模塊

92、

93、

94、 </p><p>　　圖3.8 顯示屏掃描控制模塊</p><p>　　點陣基本掃描模塊的作用是存儲的數(shù)據(jù)經(jīng)過控制信號把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)掃描控制模塊中，再通過掃描控制模塊對74HC595進行控制，從而控制顯示屏。A、B、C、D 、為行選端口，SCK、RCK為列控制端口，表3.2為掃描控制模塊端口定義。</p>&l

95、t;p>　　表3.2為掃描控制模塊端口定義</p><p>　　該模塊是在QuartusⅡ軟件中生成的一個底層電路，該模塊實現(xiàn)對三十二位數(shù)據(jù)的移位和數(shù)據(jù)的寄存。圖3.8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寄存器信號控制信號，把數(shù)據(jù)寄存，再通過行控制信號把對應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在LED顯示屏。部分程序： </p

96、><p>　　always @(posedge clk)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　case(count)</p><p>　　0:begin SCK=0; R=data[0];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號，輸入第一位數(shù)據(jù)</p><p>　　1

97、:SCK=1;//打開移位寄存器以為信號</p><p>　　2:begin SCK=0; R=data[1];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號，輸入第二位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　3:SCK=1;</b></p><p>　　4:begin SCK=0; R=data[2];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號，輸入第三

98、位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　5:SCK=1;</b></p><p>　　6:begin SCK=0; R=data[3];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號，輸入第四位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　7:SCK=1;</b></p><p>　　8: begin SCK=0;

99、 R=data[4];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號，輸入第五位數(shù)據(jù)</p><p>　　9 :SCK=1;</p><p>　　10 : begin SCK=0; R=data[5];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號，輸入第六位數(shù)據(jù)</p><p>　　11 :SCK=1;</p><p>　　12 : begin

100、SCK=0; R=data[6];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號，輸入第七位數(shù)據(jù)</p><p>　　13 :SCK=1;</p><p>　　14 : begin SCK=0; R=data[7];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號，輸入第八位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　.</b></p><p>

101、;<b>　　.</b></p><p><b>　　.</b></p><p>　　62 :begin SCK=0; R=data[31];end// 關(guān)閉移位寄存器移位控制信號，輸入第三十二 位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　63:SCK=1;</b></p><p&g

102、t;<b>　　endcase</b></p><p>　　if(count==64)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　q=q+1;//控制數(shù)據(jù)輸入同步標志位</p><p>　　count=0;//對case語句清零</p><p>　　

103、RCK=1; //寄存器寄存控制信號打開，對32位數(shù)據(jù)寄存</p><p>　　hang=hang+1;//行控制信號</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　begin </b></p&g

104、t;<p>　　RCK=0; //寄存器寄存控制信號關(guān)閉 </p><p>　　count=count+1;//對32位數(shù)據(jù)依次執(zhí)行控制信號</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　assign B=hang[1];

105、賦值語句，第二位行控制信號，二進制編碼</p><p>　　assign C=hang[2];賦值語句，第三位行控制信號，二進制編碼</p><p>　　assign D=hang[3];賦值語句，可進行對74HC138進行片選。</p><p>　　該模塊實現(xiàn)對顯示屏的掃描，控制顯示屏顯示文字、圖文等。圖3.8所示中的data[31:0]為數(shù)據(jù)接收端，數(shù)據(jù)接收后，

106、通過一個case語句，分別把32位數(shù)據(jù)給R，再通過SCK移位控制信號和RCK寄存器控制信號的結(jié)合，把數(shù)據(jù)送入顯示屏，從而實現(xiàn)對顯示屏的掃描和控制。</p><p>　　3.6 LED顯示屏灰度實現(xiàn)</p><p>　　本課題設(shè)計要求實現(xiàn)動態(tài)和靜態(tài)兩種狀態(tài)的顯示。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現(xiàn)發(fā)光的亮度。由于本課題設(shè)計使用的有紅和綠組合成的雙基色點陣塊，在顯示

107、時，紅色的燈相對要亮一些。動態(tài)控制方法是利用人眼的惰性，把每個LED發(fā)光二極管通過調(diào)節(jié)其發(fā)光的時間，實現(xiàn)各種不同顏色。這種方法只要控制流過LED發(fā)光二極管的電流時間的長短。在LED發(fā)光二極管導通時，只要刷新頻率達到一定的高度，人的眼睛就不能感覺出LED燈在閃爍。本課題是對十六行逐行掃描的，所以是采用十六分之一的掃描控制方式。</p><p>　　考慮到實現(xiàn)動態(tài)效果時，刷新顯示屏是間斷性的，中間顯示屏的亮滅是瞬間的

108、?？梢岳萌搜劬Φ亩栊?，因為這樣可以使得LED顯示屏達到更好的視覺效果。首先要對光學特性中的亮度，色彩以及視角做一個深入的認識，并且結(jié)合人眼的視覺特性去了解人眼對光源的敏感度。由于LED顯示屏的亮度很高，這樣對人眼傷害也很大，所以在制作一塊顯示屏顯示圖像時，顯示的最終效果要結(jié)合光源對人眼的舒適度去做出相應(yīng)的改善。要想使顯示的圖像達到更好的效果是和光源特性以及視覺特性息息相關(guān)的。圖像顯示效果既和光學原理有關(guān)，也和人眼視覺特性有關(guān)，只有了解