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1、ECSHOP需求分析EDA 技术与应用课程设计报告页脚内容0题目:L E D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*ECSHOP需求分析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 L
2、ED 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。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。页脚内容6三、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
3、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。根据CLK输入信号产生点阵控制信屏的控制数据译码驱动电点阵屏显驱示动电四、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
4、理框图,说明系统中各主要组成部分的功能; (2)在 QuartusII 软件中,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备注分配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,
5、0.5 天绘制系统原理框图并与指导教师讨论,方案定稿。3 完成各模块的 VHDL 程序设计、编译和时序仿真2 天编程、下载,结合硬件平台,进行调试。完4成顶层文件图绘制,对编制好的文件交给老师检查,1 天5并按照老师要求修改。撰写课程设计说明书0.5 天6答辩及验收课程设计合计0.5 天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,200
6、95 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 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
7、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。目录摘要:错误!未指定书签。1. 实验要求及总体方案错误!未指定书签。1.1 实验要求错误!未指定书签。1.2 扫描显示错误!未指定书签。1.3 滚动显示错误!未指定书签。2. LED 点阵显示原理错误!未指定书签。2.1 LED 点阵原理错误!未指定书签。2.2 汉字取模错误!未指定书签。3. 扫描显示错误!未指定书签。3.1 设计基本原理错误!未指定书签。3.
8、2 计数器设计错误!未指定书签。3.3 列驱动设计错误!未指定书签。3.4 行驱动设计错误!未指定书签。4. 仿真图原理图及实物图错误!未指定书签。4.1 仿真图错误!未指定书签。4.2 原理图错误!未指定书签。4.3 实物图错误!未指定书签。5. 程序错误!未指定书签。参考文献:错误!未指定书签。ECSHOP需求分析1. 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 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。1.2 扫描显示采用从上往下依次点亮,扫描显示
9、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。2. LED 点阵显示原理2.1 LED 点阵原理以下为 1616 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,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
10、限流电阻可以放在 X 轴或 Y 轴。图 2-116*16 点阵 LED 等效电路图 2-116*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 1664=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 168=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 汉字取模页脚内容2用取模软件依次取出相应字的代码,其中的 16
11、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JC274HC74H24C15474图 3-1 基本原理图HC16*16LED 灯1616 扫描 LED 点24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5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” 时显示“*”,当计数为“00
12、11”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
13、理图及实物图ECSHOP需求分析4.1 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Libraryieee;Useieee.std_logic_1164.all; Useieee.std_logic_unsigned.all;EntityGis Port(clk:instd_logic;s0:outstd_logic_vector(3downto0); Cout:outstd_logic_vector(15downto0);EndG;ARCHITECTUREbhvofGis signalb0:std_logic_vec
14、tor(3downto0);页脚内容3ECSHOP需求分析Signals1:std_logic_vector(3downto0); Signals2:std_logic_vector(15downto0);Begin a1:process(clk)begin Ifclkeventandclk=1then b0=b0+1;endif; s0caseb0is- 高When0001=s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2caseb0is-*When1111=s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2caseb0is-*When1111=s2s2s2s2s2s2
15、s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2s2=0000000000000000;Endcase; Endif; Cout=s2; Endprocess; a3:process(clk)Variablem:integerrange0to511; Variableint:std_logic;BeginIfclkeventandclk=1thenm:=m+1;Ifm=511then s1=s1+1;Endif;Endif;Endprocess; end;-程序只模拟扫描显示“高*”三个字。参考文献:1 郭照南,孙胜麟.电子技术与 EDA 技术实验及仿真.长沙:中南大学出版社,2012.42 孟庆斌,司敏山.EDA 实验教程.天津:南开大学出出版社,2011.8 3吴岩海.EDA 技术及应用.西安:西安电子科技大学出版社,2012.1 4徐飞.EDA 技术与实践.北京:清华大学出版社,2011.6课程设计成绩评定表项目比例得分平时成绩(百分制记分)30%成绩业务考核成绩(百分制记分)70%评定总评成绩(百分制记分)100%评定等级优良中及格不及格指导教师(签名):20 年月日
限制150内