數(shù)電課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

目錄第一章 設(shè)計(jì)背景與要求（2）設(shè)計(jì)要求（2）第二章 系統(tǒng)概述（3） 2.1設(shè)計(jì)思想與方案選擇（3） 2.2各功能塊的組成（4） 2.3工作原理（8）第三章 單元電路設(shè)計(jì)與分析（9） 3.1各單元電路的選擇（9） 3.2設(shè)計(jì)及工作原理分析（9）第四章 電路的組構(gòu)與調(diào)試（12） 4.1遇到的主要問(wèn)題（12） 4.2現(xiàn)象記錄及原因分析（12） 4.3解決措施及效果（14） 4.4功能的測(cè)試方法、步驟，記錄的數(shù)據(jù)（14）第五章 結(jié)束語(yǔ)（15） 5.1對(duì)設(shè)計(jì)題目的結(jié)論性意見(jiàn)及進(jìn)一步的改進(jìn)的意向說(shuō)明（15） 5.2總結(jié)設(shè)計(jì)的收獲和體會(huì)（16）附圖（電路總圖及各個(gè)模塊詳圖）（17）參考文獻(xiàn)（20）第1章 設(shè)計(jì)背景與要求本次設(shè)計(jì)的LCD（Liquid Crystal Display）顯示控制電路是利用一定的硬件工具和適當(dāng)?shù)能浖ぞ邩?gòu)成一個(gè)可以顯示點(diǎn)陣字符的LCD移動(dòng)式顯示設(shè)備，此次設(shè)計(jì)不但可以設(shè)計(jì)出一定的文字顯示電路，如果對(duì)顯示器進(jìn)行一定的修改則可以顯示彩色文字、圖形等等效果，這種設(shè)計(jì)是各種文字、圖形顯示設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性架構(gòu)，可以對(duì)以后的擴(kuò)展做鋪墊。設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)的LCD現(xiàn)實(shí)控制電路采用了FPGA（FieldProgrammable Gate Array ）設(shè)計(jì)了一個(gè)文字顯示LCD的接口控制電路，利用控制電路使LCD能夠顯示移動(dòng)式的廣告語(yǔ)或者是通知等，本次設(shè)計(jì)的顯示內(nèi)容將儲(chǔ)存在ROM（Read-Only Memory ）中。第2章 系統(tǒng)概述2.1設(shè)計(jì)思想與方案選擇采用微程序控制器的設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)中所有的控制信號(hào)匯編成微指令存放在ROM中，然后利用一個(gè)可同步預(yù)置計(jì)數(shù)頻率可變的計(jì)數(shù)器控制微指令的讀取速度。系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行后，從ROM中順序的讀取微指令代碼，對(duì)HD44780進(jìn)行有效的操作，實(shí)現(xiàn)顯示字符的顯示和刷新，而微指令的讀取速度則由地址計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖一本實(shí)驗(yàn)選取的硬件環(huán)境為FPGA開(kāi)發(fā)裝置LP-2900，LCD與驅(qū)動(dòng)芯片組構(gòu)成LCM模組。LP-2900采用了以HD44780實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制的LCM。電路設(shè)計(jì)框圖如圖1，其中分頻選擇模塊可用分頻器實(shí)現(xiàn)，計(jì)數(shù)模塊可以用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，ROM模塊可以用庫(kù)參數(shù)存儲(chǔ)模塊lpm_rom，然后通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)接到HD44780，控制邏輯模塊經(jīng)過(guò)分析后可以采用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)。圖二2.2各功能塊的組成在設(shè)計(jì)中需要使用到的功能模塊有：分頻器：分頻器的作用是產(chǎn)生不同頻率的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，以便能夠使之后的控制中獲得理想的顯示效果。計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器的作用是利用分頻器所產(chǎn)生的不同頻率的時(shí)鐘脈沖信號(hào)保證在顯示器讀取數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)時(shí)采用不同的頻率，在寫(xiě)入文字和微指令時(shí)采用較快的執(zhí)行速度，在顯示文字位移時(shí)采用較慢的執(zhí)行速度，控制ROM中的地址刷新速度。ROM：ROM的作用是利用本身的儲(chǔ)存能力，在有限的儲(chǔ)存范圍內(nèi)，將要執(zhí)行的微指令和文字實(shí)現(xiàn)保存在ROM中，在要執(zhí)行操作時(shí)從ROM中讀取需要執(zhí)行的微指令和文字。HD44780：常用字符型LCD驅(qū)動(dòng)控制器件，單行5*8、5*10或雙行5*8顯示，內(nèi)部包含文字庫(kù)并具有多種控制命令。HD44780內(nèi)部包含有命令寄存器IR、數(shù)據(jù)寄存器DR、地址計(jì)數(shù)器AC和顯示儲(chǔ)存器DDRAM。HD44780說(shuō)明：命令寄存器IR：在讀出IR數(shù)據(jù)時(shí)，最高位的DB7是HD44780忙狀態(tài)標(biāo)志，低7位數(shù)據(jù)DB6DB0是地址計(jì)數(shù)器AC中的內(nèi)容。BF為“1”時(shí)，HD44780內(nèi)部進(jìn)行操作；BF為“0”時(shí)，HD44780接收新的命令。地址計(jì)數(shù)器AC：HD44780的地址計(jì)數(shù)器為內(nèi)部?jī)?chǔ)存器DDRAM和CGRAM分配地址，其內(nèi)部?jī)?nèi)容即為當(dāng)前DDRAM和CGRAM的地址。當(dāng)一條地址設(shè)置命令寫(xiě)入IR時(shí)，其中的地址碼即送到地址計(jì)數(shù)器AC中。在讀或者寫(xiě)的操作中，地址計(jì)數(shù)器AC自動(dòng)加1或者減1。顯示存儲(chǔ)器DDRAM：DDRAM中共有128個(gè)8位存儲(chǔ)單元，其中80個(gè)為顯示RAM，分為兩個(gè)地址不連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)。地址為十六位進(jìn)制00H27H的40個(gè)單元顯示在LCD的第一行，地址為40H67H的40個(gè)單元顯示在LCD的第二行。表1、LCD設(shè)置顯示時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元地址與LCD顯示位置對(duì)照表LCD顯示位置12313141516第一行字符存儲(chǔ)地址（hex）000102.0C0D0E0F.252627第一行字符存儲(chǔ)地址（hex）404142.4C4D4E4F.656667 HD44780讀寫(xiě)控制邏輯：當(dāng)RS=1,R/W=0時(shí)，在EN信號(hào)下降沿，數(shù)據(jù)端口的數(shù)據(jù)被暫存到DR中，HD44780的內(nèi)部操作寫(xiě)入計(jì)數(shù)器AC指定地址的DDRAM或CGRAM單元。當(dāng)RS=0,R/W=0時(shí)，在EN信號(hào)下降沿，數(shù)據(jù)端口的命令寫(xiě)入IR，HD44780執(zhí)行內(nèi)部操作。表2、HD44780控制邏輯RSR/WEN功能00下降沿寫(xiě)命令碼01高電平讀BF標(biāo)志和AC值10下降沿寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)碼11高電平讀顯示數(shù)據(jù)碼圖三2.3工作原理本設(shè)計(jì)用途為L(zhǎng)CD顯示控制電路，工作原理為首先將需要操作的控制信號(hào)匯編成微指令代碼儲(chǔ)存在ROM中，然后利用分頻器產(chǎn)生的不同頻率來(lái)控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)速度，利用計(jì)數(shù)器控制ROM地址的讀取速度，在進(jìn)行微指令和顯示文字寫(xiě)入的時(shí)候，邏輯控制電路給分頻器一個(gè)信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)較高頻率控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器在較高的時(shí)鐘脈沖下對(duì)ROM進(jìn)行地址讀取，完成微指令和顯示文字的讀?。恢筮壿嬁刂齐娐方o分頻器一個(gè)信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)較低頻率控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器在較低的時(shí)鐘脈沖下對(duì)ROM進(jìn)行地址讀取，完成顯示文字位移操作。第3章 單元電路設(shè)計(jì)與分析3.1各單元電路的選擇分頻器：利用8片7490制作分頻電路，利用74151選擇頻率。計(jì)數(shù)器：帶有8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，SLOAD、SCLR和時(shí)鐘控制功能CLOCK的計(jì)數(shù)器。ROM：帶有12位輸出總線(xiàn)和時(shí)鐘控制功能CLOCK，內(nèi)部?jī)?chǔ)存容量256字節(jié)，12位儲(chǔ)存單元的ROM。3.2設(shè)計(jì)及工作原理分析先利用8片7490制作一個(gè)分頻電路，將FLEX10KA總產(chǎn)生的OSC固定10MHz的頻率通過(guò)分頻器分別產(chǎn)生10MHz、1MHz、100KHz、10KHz、1KHz、100Hz、10Hz、1Hz的不同頻率，然后利用74151數(shù)據(jù)選擇器對(duì)頻率進(jìn)行選擇。圖三然后建立一個(gè).hex文件，將微指令代碼和顯示文字輸入在文件中，建立一個(gè)ROM儲(chǔ)存器，ROM選擇輸入端口鎖存，將.hex文件導(dǎo)入ROM中，使系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)文件能夠讀入從而開(kāi)始執(zhí)行系統(tǒng)。表3、Hex微指令代碼創(chuàng)建一個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘有分頻器負(fù)責(zé)輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器的輸出控制ROM的地址，計(jì)數(shù)速度控制ROM的地址刷新速度。在寫(xiě)命令周期設(shè)置地址刷新速度為0.01S；在控制顯示位移數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)置地址刷新速度為1S。故為了能夠到達(dá)可變頻率設(shè)置，需要在12位控制命令中設(shè)置一位頻率選擇信號(hào)SL，控制數(shù)據(jù)選擇器選擇不同頻率的時(shí)鐘作為地址計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。在.Hex文件中，我們需要顯示的內(nèi)容不斷的左右移動(dòng)，執(zhí)行相同的一段命令，故在12位控制命令中設(shè)置一個(gè)含有微指令修改ROM下一條取指地址，設(shè)置LD作為地址計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)控制信號(hào)。實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器地址的修改。為了在運(yùn)行中避免地址修改指令被誤發(fā)至HD44780，則可以執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令時(shí)封鎖使能信號(hào)EN，如此則需要在微指令中增加一位EN選通信號(hào)OE，在指令跳轉(zhuǎn)時(shí)該信號(hào)無(wú)效，EN不能產(chǎn)生正脈沖。表4、微指令編碼位序功能及序位D11D10D9D8D7D0信號(hào)名SLLDOERS命令或數(shù)據(jù)寫(xiě)入IR0/1010HD44780命令寫(xiě)入DR0/1011顯示字符的ASCII碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址修改*10*指令跳轉(zhuǎn)目標(biāo)地址 最后設(shè)置控制邏輯電路，使RESET鍵按下后能夠重啟系統(tǒng)。高4位D11D8信號(hào)功能對(duì)照SL：頻率選擇信號(hào)LD：地址計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)控制信號(hào)OE：EN選通信號(hào)RS：寄存器選擇信號(hào)第4章 電路的組構(gòu)與調(diào)試4.1遇到的主要問(wèn)題在分頻器做好之后需要得到不同的頻率，在讀寫(xiě)過(guò)程中需要產(chǎn)生一個(gè)較快的速度0.01S，但是在顯示的時(shí)候需要一個(gè)較慢的速度1S，設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)置了一位SL作為頻率選擇信號(hào)來(lái)參與頻率信號(hào)的選擇，但是74151中的頻率選擇采用的是3位有效二進(jìn)制數(shù)，就是采用3個(gè)0、1信號(hào)編組產(chǎn)生8種不同的選擇模式，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)所需要的頻率100Hz和1Hz所代表的二級(jí)制編組為101和011，故可以發(fā)現(xiàn)，第三位的1是不變的，一個(gè)Vcc接在第三位上，而在讀寫(xiě)操作和顯示操作中SL需要一次改變，所以在這個(gè)問(wèn)題上遇到了一個(gè)如何選用信號(hào)的問(wèn)題，即可以使用其他的信號(hào)來(lái)控制前兩位的輸入信號(hào)，只要是利用了讀寫(xiě)和顯示操作發(fā)生一次轉(zhuǎn)變即可，再利用一個(gè)反相器即可獲得理想的頻率改變效果。4.2現(xiàn)象記錄及原因分析在進(jìn)行軟件仿真中獲得了一組數(shù)據(jù)，在進(jìn)行GROUP組合之后發(fā)現(xiàn)與微指令中的HD44780數(shù)據(jù)部分不能夠重合，在與其他人員進(jìn)行校對(duì)后發(fā)現(xiàn)也同樣出現(xiàn)此類(lèi)效果，原因極有可能為計(jì)算機(jī)在進(jìn)行運(yùn)行程序中，十進(jìn)位與十六進(jìn)位所引發(fā)的軟件問(wèn)題，如果修改成統(tǒng)一的十六進(jìn)制后則能夠獲得統(tǒng)一的數(shù)據(jù)使其重合。圖四圖五4.3解決措施及效果在實(shí)際的過(guò)程中，依然利用了SL作為頻率的選擇信號(hào)，利用SL的改變，控制在讀寫(xiě)操作和顯示操作轉(zhuǎn)變中的變換效果，利用一個(gè)反相器，在轉(zhuǎn)變過(guò)程中，頻率選擇信號(hào)自然從101轉(zhuǎn)變?yōu)?11，使得頻率能夠在讀寫(xiě)操作結(jié)束以后迅速的轉(zhuǎn)變?yōu)?Hz的速度上來(lái)，適應(yīng)人們對(duì)于閱讀文字的需求。在實(shí)驗(yàn)器材上的實(shí)際效果也非常的出色，對(duì)于10Hz和0.1Hz而言有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。4.4功能的測(cè)試方法、步驟，記錄的數(shù)據(jù)在完成計(jì)算機(jī)仿真之后進(jìn)行了FLEX10K上的運(yùn)行。程序?qū)脒^(guò)程中顯示綠燈，一切正常，運(yùn)行開(kāi)始，數(shù)據(jù)已0.01S的速度讀入顯示器，當(dāng)?shù)谝恍蠦etter City Better Life!讀完后，第二行開(kāi)始讀入數(shù)據(jù)Welcome to Shanghai!之后兩行文字開(kāi)始以1S的速度移動(dòng)，文字先向左移動(dòng)10次，然后向右移動(dòng)10次，然后進(jìn)入循環(huán)移動(dòng)過(guò)程，當(dāng)按下設(shè)定好的RESET鍵后，整個(gè)屏幕進(jìn)入白屏，系統(tǒng)重啟，數(shù)據(jù)開(kāi)始重新讀入，重新開(kāi)始運(yùn)行操作過(guò)程。第5章 結(jié)束語(yǔ)5.1對(duì)設(shè)計(jì)題目的結(jié)論性意見(jiàn)及進(jìn)一步的改進(jìn)的意向說(shuō)明 本次設(shè)計(jì)利用了FLEX10K中的LCD顯示器使生活中常見(jiàn)的移動(dòng)文字廣告牌有了實(shí)質(zhì)性的了解，對(duì)整個(gè)過(guò)程有了深入的了解，在推廣應(yīng)用方面，利用本次設(shè)計(jì)帶來(lái)的機(jī)會(huì)，學(xué)到了移動(dòng)文字廣告牌的內(nèi)涵，所使用的設(shè)備，在未來(lái)的學(xué)習(xí)中，希望將本次實(shí)驗(yàn)加以推廣，從簡(jiǎn)單的2行5*8的設(shè)計(jì)中學(xué)會(huì)更大型文字顯示設(shè)備的原理，對(duì)文字的字體能夠進(jìn)行修改，文字的顏色方面做出一定的改變，利用更先進(jìn)的設(shè)備能夠獲得更加多功能的文字效果，通過(guò)對(duì)軟件方面的修改進(jìn)而省略一定的硬件開(kāi)支的方法，如何獲得更好的可移植性，使整個(gè)設(shè)計(jì)思路能夠在不同的平臺(tái)獲得較好的效果。5.2總結(jié)設(shè)計(jì)的收獲和體會(huì)每一個(gè)設(shè)計(jì)都凝集了一個(gè)個(gè)人或者一個(gè)集體的智慧，從最簡(jiǎn)單的分頻到計(jì)數(shù)器，ROM的考慮到最后總設(shè)計(jì)圖的完成，都需要大量的時(shí)間和精力的投入，在設(shè)計(jì)中能夠真正體會(huì)到努力的付出與回報(bào)是成正比的。在設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題及其對(duì)設(shè)計(jì)完成后有了更多的想法，激發(fā)了希望深刻了解本次設(shè)計(jì)的各種設(shè)備，并希望能夠利用一些其他更先進(jìn)的設(shè)備設(shè)計(jì)出更好更出色的設(shè)計(jì)效果，不斷的創(chuàng)新。在設(shè)計(jì)中把現(xiàn)實(shí)的課程應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中，把理論的知識(shí)強(qiáng)化到現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)中。在將來(lái)的設(shè)計(jì)中，不論是個(gè)人和團(tuán)隊(duì)都能夠一步一步的做到最沒(méi)有遺憾的設(shè)計(jì)，收獲的不僅僅是本次設(shè)計(jì)帶來(lái)的好處，要從本次設(shè)計(jì)中獲得更多的擴(kuò)展，能夠適應(yīng)以后不同的環(huán)境，不論有多難，只要能夠付出足夠的努力都能夠獲得一個(gè)合理的回報(bào)，在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中獲得對(duì)自己有利的