EDA應(yīng)用技術(shù) 第2版 課件 01-LED點(diǎn)陣顯示屏控制器設(shè)計(jì)方案課件

項(xiàng)目7LED點(diǎn)陣顯示屏控制器設(shè)計(jì)方案LED點(diǎn)陣屏則廣泛應(yīng)用于各種公共場(chǎng)合的廣告屏以及公告牌。本項(xiàng)目以LED點(diǎn)陣屏控制器設(shè)計(jì)為載體，通過(guò)基于FPGA最小系統(tǒng)板的LED點(diǎn)陣屏控制器設(shè)計(jì)制作，說(shuō)明VHDL程序的結(jié)構(gòu)描述方式、元件例化語(yǔ)句的使用、IP（IntellectualProperty）功能模塊使用。教學(xué)目標(biāo)項(xiàng)目7LED點(diǎn)陣顯示屏控制器設(shè)計(jì)方案技能目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)(1)能將實(shí)際數(shù)字系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)化為數(shù)字電子系統(tǒng)硬件語(yǔ)言描述。(2)能用層次化、結(jié)構(gòu)化方法描述數(shù)字電子系統(tǒng)電路。(3)能根據(jù)設(shè)計(jì)需要定制PLL功能模塊。(4)能根據(jù)設(shè)計(jì)需要定制ROM功能模塊。(5)能用VHDL程序控制LED點(diǎn)陣的顯示。(1)了解VHDL程序的行為描述、數(shù)據(jù)流描述和結(jié)構(gòu)化描述概念。(2)掌握元件例化語(yǔ)句的使用方法。(3)了解LED點(diǎn)陣屏顯示原理。(4)掌握IP功能模塊的使用方法。(1)培養(yǎng)與人協(xié)作、團(tuán)隊(duì)工作的能力。(2)培養(yǎng)勇于嘗試的創(chuàng)新精神。(3)培養(yǎng)一絲不茍的職業(yè)精神。任務(wù)描述項(xiàng)目7LED點(diǎn)陣顯示屏控制器設(shè)計(jì)方案用3片16×16LED組成的點(diǎn)陣顯示屏，左移循環(huán)顯示“FPGA控制點(diǎn)陣”等字符，其中英文字母為半角，即每個(gè)字母為8×16點(diǎn)陣，一片16×16LED點(diǎn)陣顯示2個(gè)英文字母；中文字符采用16×16點(diǎn)陣，即一片16×16LED點(diǎn)陣顯示1個(gè)漢字，顯示效果如圖7.1所示。軟件設(shè)計(jì)要求：在QuartusPrime20.1軟件平臺(tái)上用VHDL程序設(shè)計(jì)LED點(diǎn)陣顯示屏控制器，并通過(guò)編譯及ModelSim-Altera2020.1仿真軟件仿真檢查設(shè)計(jì)結(jié)果。圖7.1LED點(diǎn)陣顯示屏顯示效果圖設(shè)計(jì)方案項(xiàng)目7LED點(diǎn)陣顯示屏控制器設(shè)計(jì)方案用16×16LED點(diǎn)陣顯示字符，就是控制組成字符的各個(gè)點(diǎn)所在位置的LED器件發(fā)光。利用人眼的視覺(jué)暫留，采用動(dòng)態(tài)分時(shí)掃描技術(shù)使LED點(diǎn)陣模塊顯示字符。動(dòng)態(tài)分時(shí)掃描簡(jiǎn)單地說(shuō)就是送出第1列各行LED亮滅的數(shù)據(jù)，同時(shí)選通該列使其點(diǎn)亮一定時(shí)間，然后熄滅；再送出第2列各行LED亮滅的數(shù)據(jù)，同時(shí)選通第2列使其點(diǎn)亮相同的時(shí)間，然后熄滅；以此類推，完成第16列之后，又重新點(diǎn)亮第1列，如此反復(fù)循環(huán)。只要循環(huán)速度足夠快(24次/s以上)，由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的字符。設(shè)計(jì)LED點(diǎn)陣顯示屏控制器，就是在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，生成列掃描信號(hào)，與此同時(shí)，輸出相應(yīng)的行信號(hào)。1．3點(diǎn)陣字符顯示屏硬件電路連接項(xiàng)目7LED點(diǎn)陣顯示屏控制器設(shè)計(jì)方案將3個(gè)點(diǎn)陣字符的行（或列）信號(hào)串聯(lián)后與FPGA的輸入輸出引腳相連接，而每個(gè)點(diǎn)陣字符的列（或行）信號(hào)直接與FPGA的輸入輸出引腳相連接，連接方式如圖7.3所示。這樣的連接方式只需要64個(gè)輸入輸出引腳，cycloneIVE系列EP4CE6E22C8-FPGA最小系統(tǒng)板的輸入輸出引腳可以達(dá)到連接的要求。圖7.33點(diǎn)陣字符與FPGA連接原理圖2．點(diǎn)陣字符的取模項(xiàng)目7LED點(diǎn)陣顯示屏控制器設(shè)計(jì)方案根據(jù)漢字及英文字符的顯示原理，顯示漢字及英文字符時(shí)需要相應(yīng)字符的字模，一般字符的字模是由字符取模軟件完成，如PCtoLCD等。本設(shè)計(jì)采用的字符取模規(guī)則為從第一列開(kāi)始向下取8個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)字節(jié)(位從低到高排序是從上到下)，然后從第二列開(kāi)始向下取8個(gè)點(diǎn)作為第二個(gè)字節(jié)...依此類推?！癋PGA控制點(diǎn)陣”等字符的點(diǎn)陣圖，如圖7.5所示。圖7.5FPGA控制點(diǎn)陣字符的點(diǎn)陣圖2．點(diǎn)陣字符的取模項(xiàng)目7LED點(diǎn)陣顯示屏控制器設(shè)計(jì)方案“FPGA控制點(diǎn)陣”等字符的點(diǎn)陣，上半字十/二進(jìn)制取模碼見(jiàn)表7.1。2．點(diǎn)陣字符的取模項(xiàng)目7LED點(diǎn)陣顯示屏控制器設(shè)計(jì)方案“FPGA控制點(diǎn)陣”等字符的點(diǎn)陣，下半字十/二進(jìn)制取模碼見(jiàn)表7.1。3．LED點(diǎn)陣顯示屏控制器設(shè)計(jì)方案項(xiàng)目7LED點(diǎn)陣顯示屏控制器設(shè)計(jì)方案根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，需同時(shí)顯示3片16×16LED點(diǎn)陣字符，因而，生成的列掃描選通信號(hào)為16×3=48位，輸出對(duì)應(yīng)列的行信號(hào)為16位。16位行信號(hào)采用FPGA片上2個(gè)8位ROM存儲(chǔ)器同時(shí)使用，輸出16位行信號(hào)。ROM1輸出行信號(hào)的低8位，ROM2輸出字符的高8位，即ROM1順序存儲(chǔ)“FPGA控制點(diǎn)陣”等字符的上半字碼值，而ROM2順序存儲(chǔ)“FPGA控制點(diǎn)陣”等字符的下半字的碼值。根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，“FPGA控制點(diǎn)陣”等字符需循環(huán)左移的方式顯示。采用當(dāng)一幀圖像顯示穩(wěn)定后，起始地址指針下移一列的方式完成左移循環(huán)顯示。本項(xiàng)目采用一幀圖像掃描多次后再移