LED1616点阵汉字显示设计VHDL版Word格式文档下载.docx
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二、课题研究的主要内容：
1.实现16×
16点阵的汉字显示；
2.实现有限汉字显示；
4.实现汉字的滚动显示；
5.完成方案论证。
三、主要研究〔设计〕方法论述：
通过去图书馆查阅书籍收集资料，同时在搜索引擎上检索资料，分析借鉴已有类似产品、设计方案与成功经验，选择几种可行方案比对，最后确定最切实可行的方案展开设计。
通过Multisim或Quartus软件对系统进展模拟仿真，对电路功能进展改良与完善。
在EDA试验箱上进展调试。
四、设计〔论文〕进度安排：
时间〔迄止日期〕
工作内容
〔第1周〕
理解并确认毕业设计任务书，撰写完成毕业设计开题报告
〔第2周〕
完成调研与资料收集、整理
〔第3周〕
设计方案与原理框图确定
〔第4、5、6、7周〕
电路资料收集，单元电路设计
〔第8、9周〕
电路仿真与改良、完善
〔第10、11周〕
资料整理
2010.
〔第12周〕
书写毕业设计报告
〔第13周〕
修改毕业设计报告并整理装订
五、指导教师意见：
指导教师签名：
年月日
六、系部意见：
系主任签名：
摘要
Abstract
主要研究基于VHDL的Led点阵汉字滚动显示。
首先描述了基于现场可编程门阵〔FPGA〕的硬件电路，以与点阵显示汉字的原理;
然后在单个16X16LED发光二极管点阵上滚动汉字的原理；
最后给出了描述其功能的VHDL语言程序设计方法。
通过编程、调试、仿真、下载正确地实现了汉字滚动显示扫描结果，其硬件系统的实验验证也获得了与软件模拟仿真结论相吻合的结果。
关键词：
LED点阵；
FPGA；
VHDL语言；
汉字滚动显示
PrimaryresearchisbasedonVHDL,LedScrollingdotmatrixcharacters.Firstdescribedbasedonfieldprogrammablegatearray（FPGA）hardwarecircuit,aswellastheprinciplecharacterdotmatrixdisplay;
andtheninasingle16X16LEDscrollingLEDdotmatrixontheprinciplesofChinesecharacters;
Finally,theVHDLdescriptionlanguageprogramofitsfunctionsdesign.Throughprogramming,debugging,simulation,downloadthecorrectcharacterscrollachievedscanresults,theexperimentalverificationofitshardwareandsoftwarearealsoobtainedfindingsconsistentwithsimulationresults.
Keywords:
LEDdot-matrix;
FPGA;
VHDLlanguage;
characterscrollingdispla
第一章前言
1.1本设计的研究背景和研究目的
而随着世博会的临近，LED显示屏将广泛的应用在体育场馆以与道路交通指示中，LED显示屏在体育广场中的应用将出现快速增长。
目前，国内从事LED显示屏生产的企业众多，同时，受到外资企业LED显示屏价格过高的影响，在中国LED显示屏市场上多以本土企业为主。
目前，本土LED显示屏生产企业除供给国内需求外，还不断把产品出口到国外市场。
而近年来，受到本钱压力的影响，国际上一些知名的LED显示屏企业也逐步把生产基地移到了中国，如巴可在设立了显示屏生产基地，Lighthouse在某某也拥有生产基地，Daktronics、莱茵堡都在国内设立了生产工厂。
随着国际LED显示屏生产大厂不断把生产基地转移至国内，加之国内众多的LED显示屏本土企业，中国正在成为全球LED显示屏的主要生产基地。
因此研究LED汉字滚动显示屏的设计方法具有重要的理论和现实意义。
随着我国经济的高速开展,对公共场合发布信息的需求日益增长，利用LED点阵滚动显示汉字的出现正好适应了这一市场需求，已经成为信息传播的一种重要手段。
采用传统方法设计的汉字滚动显示器，通常需要使用单片机、存储器和制约逻辑电路来进展PCB板级的系统集成。
尽管这种方案有单片机软件的支持较为灵活，但是由于受硬件资源的限制，未来对设计的变更和升级，总是难以防止要付出较多研发经费和较长投放市场周期的代价。
随着电子设计自动化〔EDA〕技术的进展，基于可编程FPGA器件进展系统芯片集成的新设计方法，也正在快速地到代基于PCB板的传统设计方式。
因此，本设计的研究是很有必要的，之所以基于FPGA设计是因为现场可编程门阵列〔FPGA〕设计周期小，灵活度高，适合用于小批量系统，提高系统的可靠性和集成度。
1.2LED点阵显示特点
〔1〕可以显示各种数字、文字、图表、曲线、图形；
〔2〕采用纯红、高绿作双基色发光器件，发光亮度高，色彩鲜艳、丰富；
〔3〕显示效果清晰、稳定、功耗低、寿命长；
〔4〕优质铝合金结构，磨沙、银镜或钛金不锈钢包边。
尺寸和规格可根据需要灵活组合；
〔5〕支持各种计算机网络，编辑软件丰富、易用；
〔6〕适用于室内、外所有信息发布与广告宣传场所。
如：
银行、证券交易所、商场、市场、宾馆、洒楼、电信、邮政、医院、车站、机场等。
1.3FPGA设计的特点
FPGA通常被认为是ASIC实现的一种替代手段.一般ASIC包括三种,既全定制、半定制（含标准单元和门阵列）以与可编程器件。
对于前两种,需要支付不可重复使用的工程费用NRE（NonrecurringEngineering）,主要用于芯片的流片、中测、分析的工程开销,一次费用一般在1万至数万美元以上。
如果一次不成功、返工、甚至屡次返工,NRE费用将要上升。
本钱高、风险大,而通常对每个ASIC品种的需求量往往不大,NRE费用分摊到每个产品上价太高,用户无法承受。
而对于可编程器件PLD（ProgrammableLogicDevice）正是可以解决上述问题的新型ASIC,PLD以其操作灵活、使用方便、开发迅速、投资风险小等突出优点,特别适合于产品开发初期、科研样品研制或小批量的产品.FPGA是一种新型的PLD,其除了具有PLD的优点外,其规模比一般的PLD的规模大。
目前,Xilinx推出的XC4025可以达到25000门的规模,Altera公司的FLEX10K100系列芯片可达到十万门的规模,完全可以满足用户的一般设计需要。
FPGA的主要特点是:
存放器数目多,采用查找表计数,适合时序逻辑设计。
但是互连复杂,由于互连采用开关矩阵,因而使得延时估计往往不十分准确。
FPGA也有其自身的局限性,其一就是器件规模的限制,其二就是单元延迟比拟大。
所以,在设计者选定某一FPGA器件后,要求设计者对器件的结构、性能作深入的了解,在体系结构设计时,就必须考虑到器件本身的结构与性能,尽可能使设计的结构满足器件本身的要求.这样就增加了设计的难度。
离开对FPGA结构的详细了解,设计人员就不可能优化设计。
因而设计人员必须了解FPGA器件的特性和限制,熟悉FPGA的结构。
在了解FPGA结构特点的根底上,就可以利用VHDL语言描写出高效的电路描述实现性能优化的电路。
第二章系统设计
设计任务与要求
〔1〕设计一个16×
16的LED点阵显示器；
〔2〕在设计过程中，EDA试验箱进展仿真调试。
〔1〕输出预定义“王、日、田、口〞四个汉字；
〔2〕输出汉字循环显示；
〔3〕操作方便、可维护性高；
〔4〕程序简捷，便于修改。
方案一：
本设计所使用的16×
16的点阵，EDA实验箱上有其接口电路，列选信号为SEL0，SEL1，SEL2,SEL3,经4线16线译码器输出16列，从左起为第一列，列选信号是由一个4位向量SEL[3..0]控制；
行选信号为H0～H15,是由16个行信号组成的，每一行由一个单独的位来控制，高电平有效。
例如“0000〞表示第0列，“0000000000000001〞表示第一行的点亮。
由于列是由一个向量决定，而每一时刻的值只能有一个固定的值，因而只能使某一列的假如干个点亮，因此就决定了只能用逐列扫描的方法。
例如要使第一列的2,4,6,8，行亮，如此列为“0001〞、行为“0000000010101010〞就可以实现了。
方案二：
VHDL程序设计的是硬件，他和编程语言的最大区别是它可以“并发执行〞。
本设计可以将LED显示屏要的显示内容抽象成一个二维数组〔数组中的‘1’对映点阵显示屏上面的亮点〕，用VHDL语言设计一个进程将这个数组动态显示在LED显示屏上，再利用另一个进程对这个数组按一定频率进展数据更新，更新的方式可以有多种。
因为两个进程是同时进展的〔并发执行〕，如果对数组中的汉字数据按滚动的方式更新，如此可实现汉字的滚动显示。
如图2-1为该方案原理图。
更新数组数据
二维数组
动态显示
图2-1方案二原理图
方案的比拟
方案一很容易实现，而且占用FPGA的资源较少。
但是由于其实现方式的局限性，该方案只能实现汉字的滚动显示。
方案二中将LED点阵抽象成了一个二维数组。
可以设计一些比拟复杂的算法来控制这个数组，使设计的系统不但可以滚动显示汉字，还可以扩展一些其它的显示效果。
但是方案二中对数组的处理局部对FPGA芯片的资源消耗太大学校实验室里的EPF10K10LC84-4芯片只有576个逻辑单元远远不够设计要求。
所以最终选择方案一。
扫描控制模块
2.3.1LED的显示原理
16×
16扫描LED点阵的工作原理同8位扫描数码管类似。
它有16个共阴极输出端口,每个共阴极对应有16个LED显示灯，所以其扫描译码地址需4位信号线〔SEL0-SEL3〕，其汉字扫描码由16位段地址〔0-15〕输入。
通过时钟的每列扫描显示完整汉字。
图2-2LED灯红绿信号图2-316×
16点阵LED等效电路
点阵LED一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式：
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