EDA應用技術 第2版 課件 01-LED點陣顯示屏控制器設計方案課件

項目7LED點陣顯示屏控制器設計方案LED點陣屏則廣泛應用于各種公共場合的廣告屏以及公告牌。本項目以LED點陣屏控制器設計為載體，通過基于FPGA最小系統(tǒng)板的LED點陣屏控制器設計制作，說明VHDL程序的結構描述方式、元件例化語句的使用、IP（IntellectualProperty）功能模塊使用。教學目標項目7LED點陣顯示屏控制器設計方案技能目標知識目標素質目標(1)能將實際數(shù)字系統(tǒng)需求轉化為數(shù)字電子系統(tǒng)硬件語言描述。(2)能用層次化、結構化方法描述數(shù)字電子系統(tǒng)電路。(3)能根據(jù)設計需要定制PLL功能模塊。(4)能根據(jù)設計需要定制ROM功能模塊。(5)能用VHDL程序控制LED點陣的顯示。(1)了解VHDL程序的行為描述、數(shù)據(jù)流描述和結構化描述概念。(2)掌握元件例化語句的使用方法。(3)了解LED點陣屏顯示原理。(4)掌握IP功能模塊的使用方法。(1)培養(yǎng)與人協(xié)作、團隊工作的能力。(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。任務描述項目7LED點陣顯示屏控制器設計方案用3片16×16LED組成的點陣顯示屏，左移循環(huán)顯示“FPGA控制點陣”等字符，其中英文字母為半角，即每個字母為8×16點陣，一片16×16LED點陣顯示2個英文字母；中文字符采用16×16點陣，即一片16×16LED點陣顯示1個漢字，顯示效果如圖7.1所示。軟件設計要求：在QuartusPrime20.1軟件平臺上用VHDL程序設計LED點陣顯示屏控制器，并通過編譯及ModelSim-Altera2020.1仿真軟件仿真檢查設計結果。圖7.1LED點陣顯示屏顯示效果圖設計方案項目7LED點陣顯示屏控制器設計方案用16×16LED點陣顯示字符，就是控制組成字符的各個點所在位置的LED器件發(fā)光。利用人眼的視覺暫留，采用動態(tài)分時掃描技術使LED點陣模塊顯示字符。動態(tài)分時掃描簡單地說就是送出第1列各行LED亮滅的數(shù)據(jù)，同時選通該列使其點亮一定時間，然后熄滅；再送出第2列各行LED亮滅的數(shù)據(jù)，同時選通第2列使其點亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，完成第16列之后，又重新點亮第1列，如此反復循環(huán)。只要循環(huán)速度足夠快(24次/s以上)，由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的字符。設計LED點陣顯示屏控制器，就是在時鐘信號的控制下，生成列掃描信號，與此同時，輸出相應的行信號。1．3點陣字符顯示屏硬件電路連接項目7LED點陣顯示屏控制器設計方案將3個點陣字符的行（或列）信號串聯(lián)后與FPGA的輸入輸出引腳相連接，而每個點陣字符的列（或行）信號直接與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到連接的要求。圖7.33點陣字符與FPGA連接原理圖2．點陣字符的取模項目7LED點陣顯示屏控制器設計方案根據(jù)漢字及英文字符的顯示原理，顯示漢字及英文字符時需要相應字符的字模，一般字符的字模是由字符取模軟件完成，如PCtoLCD等。本設計采用的字符取模規(guī)則為從第一列開始向下取8個點作為一個字節(jié)(位從低到高排序是從上到下)，然后從第二列開始向下取8個點作為第二個字節(jié)...依此類推?！癋PGA控制點陣”等字符的點陣圖，如圖7.5所示。圖7.5FPGA控制點陣字符的點陣圖2．點陣字符的取模項目7LED點陣顯示屏控制器設計方案“FPGA控制點陣”等字符的點陣，上半字十/二進制取模碼見表7.1。2．點陣字符的取模項目7LED點陣顯示屏控制器設計方案“FPGA控制點陣”等字符的點陣，下半字十/二進制取模碼見表7.1。3．LED點陣顯示屏控制器設計方案項目7LED點陣顯示屏控制器設計方案根據(jù)任務書要求，需同時顯示3片16×16LED點陣字符，因而，生成的列掃描選通信號為16×3=48位，輸出對應列的行信號為16位。16位行信號采用FPGA片上2個8位ROM存儲器同時使用，輸出16位行信號。ROM1輸出行信號的低8位，ROM2輸出字符的高8位，即ROM1順序存儲“FPGA控制點陣”等字符的上半字碼值，而ROM2順序存儲“FPGA控制點陣”等字符的下半字的碼值。根據(jù)任務書要求，“FPGA控制點陣”等字符需循環(huán)左移的方式顯示。采用當一幀圖像顯示穩(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。本項目采用一幀圖像掃描多次后再移