EDA(LED点阵显示屏控制系统设计)

1、EDA技术与应用课程设计报告题 目： LED点阵显示屏控制系统设计 院 （系）： 机电与自动化学院 专业班级： 自动化 学生姓名： 学 号： 2014 指导教师： 2017年6月 19日至2017年 6 月23 日*EDA技术及应用课程设计任务书一、设计题目LED点阵显示屏控制系统设计二、设计主要内容 (1) 控制要求本课程设计要求根据输入指令要求对16*16点阵的LED显示屏进行显示控制，在控制过程中以EP3C10E144C8为主控芯片，利用译码芯片进行行扫描控制，同时输出字型码进行显示控制。 根据控制要求，编写VHDL程序实现LED点阵屏控制功能； 使用字库转换软件实现汉字字型码的转换。

2、要求能够实现名字及学号的现示，要求能够实现字符不同的移动显示方向，能够实现不同的显示速度(时钟频率不变)。(2) 设计要求 设计FPGA的基础工作电路； 设计LED点阵屏，译码电路，驱动电路及FPGA芯片的硬件电路连接； 程序设计及仿真调试； 程序下载并进行硬件调试 （3）撰写说明书 含系统硬件设计电路； 含软件设计（程序及必要的说明）； 含软件仿真及生成的顶层文件，含代码生成的硬件电路； 调试及调试结果，以及在调试过程中出现的问题及解决办法。三、原始资料(1) 16*16点阵LED屏可显示数字及汉字，对于点阵，在给出字型码数据的同时给出行扫描信号，通过控制给出数据的速度，结合人体的视觉效应可

3、以使点阵屏稳定显示字符；(2) 本系统控制的还有译码电路及驱动电路。通过输出译码数据，可以调整显示字符的移动方向。(3) 在控制过程中，可以外接控制开关控制字符显示方式； (4) EP3C10E144C8芯片只能输出3.3V电压，对于16个LED液晶灯的驱动是不够的，因此必须有外接驱动电路提供足够的驱动能力。 驱动点阵屏显示根据输入信号产生点阵屏的控制数 据控制信号驱动电路CLK译码电路四、要求的设计成果在QuartusII软件中新建原理图文件，编译，仿真，锁定管脚并下载到目标芯片。 (1) 根据设计要求, 设计系统的原理框图，说明系统中各主要组成部分的功能； (2) 在QuartusII软件

4、中，编写各个模块VHDL源程序；并上机调试通过； (3) 根据软件编好用于系统仿真的测试文件；(4) 编好用于硬件验证的管脚锁定文件；(5) 记录系统各个模块仿真结果； (6) 记录调试过程中出现的问题及解决办法。注意：基本要求学生必须完成，学有余力的学生可以在基本要求完成的前提下，选择其它方案完成设计。一般来说，生成的硬件电路越简单考查评价就越高。五、进程安排序号课程设计内容学时分配备注1集中学生学习课程设计的关键理论知识、分配设计任务、明确设计要求、查找资料等。0.5天2根据任务的要求进行方案构思，初选方案，绘制系统原理框图并与指导教师讨论，方案定稿。 0.5天3完成各模块的VHDL程序设

5、计、编译和时序仿真2天4编程、下载，结合硬件平台，进行调试。完成顶层文件图绘制，对编制好的文件交给老师检查，并按照老师要求修改。1天5撰写课程设计说明书0.5天6答辩及验收课程设计0.5天合计5天六、主要参考资料1 侯伯享. VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计. 西安：西安电子科技大学出版,20102 潘松. EDA技术实用教程. 成都：电子科技大学出版社,20103 李玉山. 电子系统集成设计技术. 北京：电子工业出版社，2010.6.4 李国丽.EDA与数字系统设计.北京：机械工业出版社,20095 周彩宝.VHDL语言及其应用. 上海:华东计算机技术研究所：20096 谭会生.EDA

6、技术中和应用实例与分析.西安:西安电子科技大学出版社,2008 指导教师（签名）： 20 年 月 日摘 要：我国经济正处于发展的高峰期，也需要广大的公共场合信息公示平台，而利用LED点阵滚动显示正好符合情况，且这种方式已经成为信息传递的一种重要手段。因此，在日常生活中，点阵随处可见。通过多种控制手段，点阵还可以实现各种文字甚至图案的动态显示。在不同的应用场合，点阵的设计要求也是不同的。传统思路一般是应用单片机实现点阵控制，但该方法有一定的局限性。该次课程设计主要研究利用VHDL语言编程来设计汉字的显示。首先描述相应的设计电路；然后叙述在16*16矩阵显示汉字的原理；最后给出描述功能的VHDL设

7、计语言。并通过编程、调试、仿真、下载正确实现汉字滚动、扫描显示结果。关键词： LED点阵；FPGA；VHDL语言；汉字滚动显示。目录1实验要求及总体方案11.1 实验要求11.2 扫描显示11.3 滚动显示12LED点阵显示原理12.1 LED点阵原理12.2汉字取模23扫描显示33.1 设计基本原理33.2计数器设计33.3 列驱动设计43.4 行驱动设计44.仿真图原理图及实物图44.1仿真图44.2原理图54.3实物图65.程序7参考文献：1051实验要求及总体方案1.1 实验要求本课程设计要求根据输入指令要求对16*16点阵的LED显示屏进行显示控制，在控制过程中以EP3C10E144

8、C8为主控芯片，利用译码芯片进行行扫描控制，同时输出字型码进行显示控制。1.2 扫描显示采用从上往下依次点亮，扫描显示16列。每次显示一个汉字，显示完毕后扫描显示第二汉字，之后刷新显示第三汉字，依次刷新显示“高思禹20142101009”。循环显示以上汉字。1.3 滚动显示利用ROM库的方法，采用滚屏显示，使每一位都置1这就实现了点亮；当第0位也置1后，给第0位也置0，再采用上下的方法将每一位都置0，这就实现了反相依次熄灭，等第15位为0时，又重新开始，以此循环。2LED点阵显示原理2.1 LED点阵原理以下为16×16点阵LED外观及引脚图及其等效电路，只要其对应的X、Y轴顺向偏压

9、，即可使LED发亮。例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。图2-1 16*16点阵LED等效电路图2-1 16*16点阵LED等效电路 图2-1 点阵图点阵LED一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式： 点扫面、行扫描、列扫描。若使用第一种方式，其扫描频率必须大于16×64=1024Hz，周期小于1ms即可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（16颗LED）时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。2.2汉字取模图2-2 汉字取

10、模用取模软件依次取出相应字的代码，其中的16进制数可利用计算机中的计算器软件转换成二进制即可。3扫描显示3.1 设计基本原理16*16LED灯JC2 74HC24574 HC15474HC245图3-1 基本原理图16×16扫描LED点阵只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮；计数器模块用来控制每个字显示的时间长短，当计数器计数到设定的值后，显示屏就换下一个字；本设计由32进制计数器(COUNT32)，16进制计数器(COUNT16)，行驱动（XIANSHI）和列驱动(ROWCON)组成。3.2计数器设计s1是计数器，其每计一次数，更换一个字显示。例如当计数为 “0010”时

11、显示“*”，当计数为“0011”时显示“*”，按要求需显示“*”，所以当计数为“1110”时又循环显示“*”，给其脉冲周期为1S,1S钟换一个字。3.3 列驱动设计b0控制所亮的行，当输出为0001时，给点阵的第一列高电平，输出为0010H时，给点阵的第二行列电平，依次类推，逐次给每列高电平。3.4 行驱动设计该模块控制的是所显示的字。例如当s1为0001时，表示显示第一个字；当s1为00010时，表示显示第二个字，依次类推。b0控制所显示的为字的第几行，例如当b0为0001时，表示输出字的第一行文字信息；b0为0010时，表示输出字的第二行文字信息，依次类推。4.仿真图原理图及实物图 4.1

12、仿真图图4-1 时序仿真图4.2原理图图4-2 原理图（上下连接）4.3实物图图4-3滚动显示实物图5.程序Library ieee;Use ieee.std_logic_1164.all;Use ieee.std_logic_unsigned.all;Entity G isPort(clk:in std_logic;s0:out std_logic_vector(3 downto 0);Cout:out std_logic_vector(15 downto 0);End G;ARCHITECTURE bhv of G issignal b0:std_logic_vector(3 downto

13、 0);Signal s1:std_logic_vector(3 downto 0);Signal s2:std_logic_vector(15 downto 0);Begina1:process(clk) begin If clk'event and clk='1' then b0<=b0+1; end if; s0<=b0;End process;a2:process(clk) begin If clk'event and clk='1' then Case s1 is When"0001"=>case

14、b0 is-高When"0001"=>s2<="0000000110000000"When"0010"=>s2<="1111111111111111" When"0011"=>s2<="0000000000000000"When"0100"=>s2<="0001111111111000"When"0101"=>s2<="00011000000110

15、00"When"0110"=>s2<="0001111111111000"When"0111"=>s2<="0000110000110000"When"1000"=>s2<="0111111111111110"When"1001"=>s2<="0110100000000110"When"1010"=>s2<="01101111111101

16、10"When"1011"=>s2<="0110110000110110"When"1100"=>s2<="0110110000110110"When"1101"=>s2<="0110111111110110"When others=>s2<="0000000000000000"End case; When"0010"=>case b0 is-*When"1111

17、"=>s2<="0000000000000000"When"0000"=>s2<="0111111111111110"When"0001"=>s2<="0111000110001110"When"0010"=>s2<="0111000110001110"When"0011"=>s2<="0111111111111110"When"0100

18、"=>s2<="0111000110001110"When"0101"=>s2<="0111000110001110"When"0110"=>s2<="0111111111111100"When"0111"=>s2<="0000000000000000"When"1000"=>s2<="0111110110001100"When"1001

19、"=>s2<="0111110111001110"When"1010"=>s2<="0110110011100110"When"1011"=>s2<="1110110001111111"When"1100"=>s2<="1100110000011011"When"1101"=>s2<="1100111111111000"When others=&g

20、t;s2<="0000000000000000"End case;When"0011"=>case b0 is-*When"1111"=>s2<="0000000000000000"When"0001"=>s2<="0111111111111110"When"0010"=>s2<="0000000110000000"When"0011"=>s2<="

21、;0011111111111100"When"0100"=>s2<="0111000110000110"When"0101"=>s2<="0111000110000110"When"0110"=>s2<="0011111111111100"When"0111"=>s2<="0000000110000000"When"1000"=>s2<="0111111111111110"When"1001"=>s2<="1110000110110111"When"1010"=>s2<="1110000110111111"When"1011"=>s2<="1110000011111111"When"1100"=>s2<="1111111100011111&quo