88点阵显示电路课程报告.docx
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88点阵显示电路课程报告
一、设计目的
这次课程设计主要是通过对FPGA（现场可编程门阵列）芯片的设计实践，使学生掌握一般的PLD（可编程逻辑器件）的设计过程、设计要求、设计内容、设计方法，能根据要求及工艺需要进行电子芯片设计并制定有关技术文件。
这个课题还要求我们掌握8×8点阵显示电路原理和VHDL设计方法，学习用VHDL语言设计较复杂电路，利用EDA技术知识，解决常见实际问题的能力，使学生积累实际EDA编程经验。
二、设计要求
（1）熟悉掌握常用仿真开发软件QuartusⅡ9.0，能熟练运用开发软件完成特定功能的电子电路的仿真、软硬件调试；
（2）用8X8LED点阵实现简单字符的显示：
1）LED共阳方式；
2）采用扫描的方式显示信息，信息内容可存于文件；
3）显示方式：
自动滚动或者手动选择；
4）完成全部流程：
设计规范文档、模块设计、代码输入、功能仿真、约束与综合、布局布线、下载验证等。
三、总体设计方案要求
1.设计的总体原理
点阵显示器的设计原理为用一块FPGA芯片控制其显示字符。
将编好的控制程序下载到FPGA芯片，外接5V工作电压，其时钟信号由芯片板上自带晶振提供，外接开关输入控制信号到FPGA芯片，由FPGA具体执行输出点阵显示器各点的控制信号，总体原理框图如图
（1）所示
图3-1总体原理框图
2.设计内容
若要用点阵发光二极管显示字符，首先要将字符放在一个方块内，方块分成8×8共64个小方块，在方块内写上字符，小方块里有字符笔划则填“1”，无笔划则填“0”，这样就形成了一个字符的二进制数据。
图
（2）为8×8点阵LED外观及引脚图，其等效电路如图（3）所示，只要
其对应的X、Y轴顺向偏压，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。
要使一个字符在显示器整屏显示，点阵点阵发光显示器就必须通过快速逐列点亮，而且是周而复始的循环点亮，使人眼的暂留视觉效应形成一个全屏字符。
图3-28×8点阵LED外观及引脚图
图3-38×8点阵LED等效电路
四、EDA设计及仿真
1.计数器
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYDZDQIS
PORT（CLK:
INSTD_LOGIC;
RST:
INSTD_LOGIC;
QOUT:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0））;
END;
ARCHITECTUREDZDQOFDZDQIS
SIGNALQ0:
STD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;--地址读取信号
BEGIN
P0:
PROCESS（CLK）
VARIABLEAQ1:
STD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;--末位地址
VARIABLEATEMP:
INTEGERRANGE0TO16;--循环计数
VARIABLEAQ0:
STD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;--初始地址
BEGIN
IFRST='1'THEN
AQ1:
="001000";--末位地址初值
ELSIF（CLK'EVENTANDCLK='1'）THEN
AQ0:
=AQ0+1;--依次读取前8位地址
IF（AQ0=AQ1）THEN
AQ0:
=AQ0-"001000";
ATEMP:
=ATEMP+1;--当读完8位返回首地址
IF（ATEMP=16）THEN
AQ0:
=AQ0+1;
AQ1:
=AQ1+1;
ATEMP:
=0;--重复读取第一屏16遍，首地址，末地址均加1，显示下一屏
IF（AQ0="100001"）THEN
AQ0:
="000000";--首地址回到000000
AQ1:
="001000";--末地址回到001000
ENDIF;
ENDIF;
ENDIF;
ENDIF;
QOUT<=AQ0;
ENDPROCESSP0;
END;
图4-1计数器框图
图4-2计数器时序仿真图
计数器的波形分析：
由程序及仿真波形图可以看出该计数器每个上升沿都从ROM中读出一个数，然后下一个上升沿读下一个数，读出0—7的内容后，返回初始值重新读，反复16次之后，读从1—8的数值。
2.行变换
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYDZ_LEDIS
PORT（CLK:
INSTD_LOGIC;
HANG_OUT:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0））;--行输出
END;
ARCHITECTUREDZ_LEDOFDZ_LEDIS
COMPONENTROOM
PORT（ADDRESS:
INSTD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;
CLOCK:
INSTD_LOGIC;
Q:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0））;
ENDCOMPONENT;--调用ROM
SIGNALHANG:
STD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;--行变换信号
BEGIN
P1:
PROCESS（HANG,CLK）
BEGIN
IF（CLK'EVENTANDCLK='1'）THEN
IFHANG（7DOWNTO0）="00000000"ORHANG（7DOWNTO0）="10000000"THEN
HANG（7DOWNTO0）<="00000001";
ELSIFHANG（7DOWNTO0）<="00000001"THEN
HANG（7DOWNTO0）<="00000010";
ELSIFHANG（7DOWNTO0）<="00000010"THEN
HANG（7DOWNTO0）<="00000100";
ELSIFHANG（7DOWNTO0）<="00000100"THEN
HANG（7DOWNTO0）<="00001000";
ELSIFHANG（7DOWNTO0）<="00001000"THEN
HANG（7DOWNTO0）<="00010000";
ELSIFHANG（7DOWNTO0）<="00010000"THEN
HANG（7DOWNTO0）<="00100000";
ELSIFHANG（7DOWNTO0）<="00100000"THEN
HANG（7DOWNTO0）<="01000000";
ELSIFHANG（7DOWNTO0）<="01000000"THEN
HANG（7DOWNTO0）<="10000000";
ENDIF;--信号HANG进行逐列扫描
ENDIF;
HANG_OUT<=NOTHANG;
ENDPROCESSP1;
END;
图4-3行变换原理框图
图4-4行变换的时序仿真波形图
行变换部分在每一个上升沿进行判断，从而使列从右到左不断扫描。
但是，由于HANG信号应为低电平有效，但是在仿真的时候若将信号定义为“11111110”、“11111101”、“11111011”、“11110111”、“11101111”、“11011111”、“10111111”、“01111111”时，仿真错误。
所以用HANG_OUT<=NOTHANG进行仿真。
3.ROM
这里的ROM并没有用VHDL代码进行编写，而是利用原理图，直接进行设置，并建立后缀为.mif的文件，放入其中作为存储的内容。
实现方法如下：
1、点击file→new，选择MemoryLnitializationFile
2、选择存储空间为40，更改数据类型为16进制，输入如下数字：
0000000000000000
0000525252527E00
00FE9292FE9292FE
5E52525252527200
0000000000000000
3、点击保存，此时不要建立工程
4、点击file→new，选择点击BlockDiagram/SchematicFile
5、在空白处双击鼠标左键，选择MegaWizardPlug-lnManager选择next，选择MemoryCompiler→ROM-1PORT,键入名称ROM
6、将存储空间选为32字节，去掉q’
7、添加刚刚制作的后缀为.mif的文件。
8、保存并建立工程。
图4-5ROM原理框图
4、系统设计
将上述的两个程序生成元件，与ROM一起放在原理图文件中并进行连接，具体过程如下：
1、在程序输入文件中点击file→Create/Update→CreateSymbolFilesForCurrentFile
2、将两个程序都生成元件，然后进入原理图文件，在空白处双击鼠标左键，在quartus/libraries中就能找到生成的元件，将对应的管脚连接起来。
图4-6总原理框图
3、保存、编译并仿真
图4-7总程序的时序仿真波形图
程序仿真波形图分析：
在整个程序中时钟信号统一，为了保证读取的数据和HANG信号能一一对应。
HANG信号为“0”以此左移，Q不断输出存储数据。
五、硬件实现
1、给出硬件实现
实验步骤：
⑴打开QuartusⅡ9.0软件，点击新建选择VHDLFile,然后把程序输入进去，然后保存，保存名字和程序的名字相同；
⑵建立新工程管理窗，将设计文件加入工程，选择仿真器及其综合器类型，在选择完目标芯片后结束设置；
（3）保存文件点击软件页面上方的编译按键进行编译；
（4）编译成功后，打开波形编辑器，设置仿真时间区域，然后编辑输入波形，进行软件仿真，观察仿真结果。
（5）在引脚锁定，选择编程模式和配置后进行下载，进行硬件测试。
图5-1脚码锁定图
2.硬件仿真结果
（1）调试时遇到的问题
下载完成后，上电调试时，点阵显示器有一行两列不亮，经检查后发现时因为点阵显示器与硬件电路板接触不良，将其按紧，使其接触良好后，问题解决。
显示器显示固定的图案，经分析，软件应该没显示问题，硬件无接线问题，可能是时钟频率过高，显示的字变化太快，人眼不能分辨。
将软件改写，使经分频器分频后的频率降低，在重新编译，下载调试，发现其一屏一屏显示时，能正常显示汉字，并且速度不算太快。
（2）通过修改程序等措施排除调试问题后，得到正确硬件效果，如下图所示：
图5-2硬件显示字符“E”
图5-3硬件显示字符“田”
图5-4硬件显示字符“2”
六、设计总结
通过本次EDA课程设计，我们加深了课上所学，在此次点阵数字显示电路设计过程中，进一步熟悉了quartus软件的使用，深入了解了芯片的结构及性能参数。
在焊接完电路板后调试过程应注意以下几点：
用万用表检测电路的焊接中是否有虚焊和漏焊；检测电源电压是否为5V；用万用表测试电源通道不短路后加电；给行以高电平，给列以低电平，依次检测每个二极管是否都正常发光；用万用表检测开关的连接是否有误。
值得注意的是，仿真与电路焊接时有一定区别的，并不完全一致，焊接过程要仔细了解各接点的关系。
经过课程设计，我感觉到个人的能力往往是有限的，通过集体，集思广益，任何问题都可以得到合理的解决办法。
七．参考文献
⑴孙俊逸，EDA技术课程设计，华中科技大学出版社，2009;
（2）杨旭，EDA技术基础与实验教程，清华大学出版社，2010;
（3）VolneiA.Pedroni.VHDL数字电路设计教程.电子工业出版社;
（4）杭州康芯电子有限公司.EDA技术实验讲义；
八、设计生成的电路图
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