FPGA课程设计报告

1、汉字点阵的FPGA实现实习报告学院：电气与信息工程学院 姓名：龚妙 专业：电子信息科学与技术081 学号： 08401500126 指导老师：张学毅2011年11月11日汉字点阵显示的FPGA实现1、 引言随着我国经济的高速发展，对公共场合发布信息的需求日益增长，利用LED点阵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显示，通常需要使用单片机、存储器和制约逻辑电路来进行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，总是难以避免要付出较多的研发经费和较长投放市场周期的代价。随着电子

2、设计自动化（EDA）技术的进展，基于可编程FPGA器件进行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，本文主要阐述基于FPGA和VHDL语言实现在16*16点阵上汉字的显示问题。2、 设计方案本文的LED点阵模块，共有16*16个发光二极管组成，此次设计最大的难点在于如何显示汉字。系统采用16路动态分时扫描技术来实现，将16*16数组的显示模块的列输入端与FPGA的ROM的16位数据输出端口相连，16个行控制端与一个4-16译码器的输出端相连，译码器的输入端又与FPGA内的行扫描控制模块的输出sel3-sel0相连。图1.1为硬件原理图。图1.1 系统原理框图3

3、、 LED的显示原理16*16LED点阵的显示原理如同单个LED显示原理，当顺向一端接有高电平，另一端为低电平时，对应的LED就被点亮。16*16的点阵就是对应于行或列为高电平时，另一端为低电平，且为顺接时，他们交叉地方的LED就被点亮。点阵LED一般采用扫描方式显示，包括1）行扫描；2）列扫描；3)点扫描。采用不同的扫描方式其对扫描频率也有不同的要求。此次实验采用的是列扫描的方式。4、 汉字的显示汉字显示使用的是16*16的点阵，EDA实验箱上有其接口，列选信号为sel0-sel3，经416线译码器输出16行，列选信号是由一个4位向量sel3:0控制，行选信号为q0-q15，每一行由一个单独

4、的位来控制，高电平有效。由于列是由一个向量决定的，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若干个点亮，因此就决定了只能用逐列扫描的方法。5、 编程思路本次设计的难点在于怎样显示汉字及如何动态的变换汉字，从这方面入手，因为本次设计要显示的汉字和数字较多，故可采取自动切换的方法，即在字与字之间加一延时和循环即可实现汉字的动态显示，故用到了一个17进制计数器（共17个汉字和数字）和一个16进制的计数器，外加一延时单元和汉字字模单元几部分组成。六、程序清单 'define UD #1 module dianzhen ( sysclk, rst_b, led_data, led_se

5、l ); input sysclk,rst_b; output 15:0 led_data; output 3:0 led_sel; wire sysclk; wire rst_b; reg 15:0 led_data; reg 3:0 led_sel; reg 3:0 led_sel_n; reg 15:0 led_scan_cnt; reg 15:0 led_scan_cnt_n; reg 27:0 led_keep_cnt; reg 27:0 led_keep_cnt_n; reg 3:0 led_mode; reg 3:0 led_mode_n; parameter scan_led

6、= 16'h50; parameter scan_src = 28'h100; always (posedge sysclk or negedge rst_b) begin if(!rst_b) led_scan_cnt<='ud 16'b0; else led_scan_cnt<='ud led_scan_cnt_n; end always (*) begin if(led_scan_cnt = scan_led) led_scan_cnt_n = 16'h0; else led_scan_cnt_n = led_scan_cnt

7、+ 16'h1; end always (posedge sysclk or negedge rst_b) begin if(!rst_b) led_sel <= 'UD 4'h0; else led_sel <= 'UD led_sel_n; end always (*) begin if(led_sel_cnt = scan_led) led_sel_n = led_sel + 4'h1; else led_sel_n = led_sel; end always (posedge sysclk or negedge rst_b) begi

8、n if(!rst_b) led_keep_cnt <= 'UD 28'h0; else led_keep_cnt <= 'UD led_keep_cnt_n; end always (*) begin if(led_keep_cnt = scan_scr) led_keep_cnt_n = 28'h0; else led_keep_cnt_n = led_keep_cnt + 28'h1; end always (posedge sysclk or negedge rst_b) begin if(!rst_b) led_mode <=

9、 'UD 4'h0; else led_mode <= 'UD led_mode_n; end always (*) begin if(led_mode = 4'he) led_mode_n = 4'h0; else if(led_keep_cnt = scan_scr) led_mode_n = led_mode +4'h1; else led_mode_n = led_mode; end always (*) begin case(led_mode) 4'h0: case(led_sel) 4'h0:led_data =

10、 16'h0000;/dian 4'h1:led_data = 16'h7000; 4'h2:led_data = 16'h4000; 4'h3:led_data = 16'h4ff8; 4'h4:led_data = 16'h4448; 4'h5:led_data = 16'h4448; 4'h6:led_data = 16'h4448; 4'h7:led_data = 16'h4448; 4'h8:led_data = 16'h3fff; 4'h9

11、:led_data = 16'h0448; 4'ha:led_data = 16'h0448; 4'hb:led_data = 16'h0448; 4'hc:led_data = 16'h0448; 4'hd:led_data = 16'h0ff8; 4'he:led_data = 16'h0000; 4'hf:led_data = 16'h0000; endcase 4'h1: case(led_sel) 4'h0:led_data = 16'h0000;/ke 4

12、'h1:led_data = 16'h0100; 4'h2:led_data = 16'h0100; 4'h3:led_data = 16'hffff; 4'h4:led_data = 16'h0200; 4'h5:led_data = 16'h0200; 4'h6:led_data = 16'h02cc; 4'h7:led_data = 16'h0422; 4'h8:led_data = 16'h0400; 4'h9:led_data = 16'h0

13、491; 4'ha:led_data = 16'h0051; 4'hb:led_data = 16'hffff; 4'hc:led_data = 16'h0072; 4'hd:led_data = 16'h0192; 4'he:led_data = 16'h0212; 4'hf:led_data = 16'h0410; endcase 4'h2: case(led_sel) 4'h0:led_data = 16'h0000;/0 4'h1:led_data = 16&

14、#39;h07c0; 4'h2:led_data = 16'h0ff0; 4'h3:led_data = 16'h1830; 4'h4:led_data = 16'h1018; 4'h5:led_data = 16'h2008; 4'h6:led_data = 16'h2008; 4'h7:led_data = 16'h2008; 4'h8:led_data = 16'h2008; 4'h9:led_data = 16'h2008; 4'ha:led_data

15、 = 16'h1010; 4'hb:led_data = 16'h1830; 4'hc:led_data = 16'h0ff0; 4'hd:led_data = 16'h07c0; 4'he:led_data = 16'h0000; 4'hf:led_data = 16'h0000; endcase 4'h3: case(led_sel) 4'h0:led_data = 16'h0000;/8 4'h1:led_data = 16'h0000; 4'h2:le

16、d_data = 16'h0c70; 4'h3:led_data = 16'h1e70; 4'h4:led_data = 16'h1298; 4'h5:led_data = 16'h2308; 4'h6:led_data = 16'h2108; 4'h7:led_data = 16'h2108; 4'h8:led_data = 16'h2108; 4'h9:led_data = 16'h2088; 4'ha:led_data = 16'h2188; 4'

17、;hb:led_data = 16'h21D8; 4'hc:led_data = 16'h1270; 4'hd:led_data = 16'h1e70; 4'he:led_data = 16'h0C00; 4'hf:led_data = 16'h0000; endcase 4'h4: case(led_sel) 4'h0:led_data = 16'h0000;/1 4'h1:led_data = 16'h0000; 4'h2:led_data = 16'h0000;

18、 4'h3:led_data = 16'h2000; 4'h4:led_data = 16'h2000; 4'h5:led_data = 16'h2000; 4'h6:led_data = 16'h2000; 4'h7:led_data = 16'h3ff8; 4'h8:led_data = 16'h3ff0; 4'h9:led_data = 16'h2010; 4'ha:led_data = 16'h2010; 4'hb:led_data = 16'

19、h2010; 4'hc:led_data = 16'h2010; 4'hd:led_data = 16'h0000; 4'he:led_data = 16'h0000; 4'hf:led_data = 16'h0000; endcase 4'h5: case(led_sel) 4'h0: led_data = 16'h1080; 4'h1: led_data = 16'h4410; 4'h2: led_data = 16'h2492 ; 4'h3: led_data

20、= 16'h1c52 ; 4'h4: led_data = 16'ha732 ; 4'h5: led_data = 16'h251f ; 4'h6: led_data = 16'h1224 ; 4'h7: led_data = 16'h3c12 ; 4'h8: led_data = 16'h1254 ; 4'h9: led_data = 16'h1fd4 ; 4'ha: led_data = 16'h4632; 4'hb: led_data = 16'h445

21、2; 4'hc: led_data = 16'h7492 ; 4'hd: led_data = 16'h0010 ; 4'he: led_data = 16'h0100 ; 4'hf: led_data = 16'h0000 ; endcase 4'h6: case(led_sel) 4'h0: led_data = 16'h4010 ; 4'h1: led_data = 16'h2210 ; 4'h2: led_data = 16'h15f0 ; 4'h3: led

22、_data = 16'h081f ; 4'h4: led_data = 16'h1610 ; 4'h5: led_data = 16'h21f0 ; 4'h6: led_data = 16'h8100 ; 4'h7: led_data = 16'h80c0 ; 4'h8: led_data = 16'h4038 ; 4'h9: led_data = 16'h4000 ; 4'ha: led_data = 16'h27ff ; 4'hb: led_data = 16&#

23、39;h1000 ; 4'hc: led_data = 16'h0c08 ; 4'hd: led_data = 16'h0310 ; 4'he: led_data = 16'h0060 ; 4'hf: led_data = 16'h0000 ; endcase 4'h7: case(led_sel) 4'h0:led_data = 16'h0000;/20 4'h1:led_data = 16'h0fe0; 4'h2:led_data = 16'h1010; 4'h3

24、:led_data = 16'h2008; 4'h4:led_data = 16'h2008; 4'h5:led_data = 16'h1010; 4'h6:led_data = 16'h0fe0; 4'h7:led_data = 16'h0000; 4'h8:led_data = 16'h0000; 4'h9:led_data = 16'h3070; 4'ha:led_data = 16'h2188; 4'hb:led_data = 16'h2208; 4&

25、#39;hc:led_data = 16'h2408; 4'hd:led_data = 16'h2808; 4'he:led_data = 16'h3070; 4'hf:led_data = 16'h0000; endcase 4'h8: case(led_sel) 4'h0:led_data = 16'h0000;/11 4'h1:led_data = 16'h0000; 4'h2:led_data = 16'h2000; 4'h3:led_data = 16'h2

26、000; 4'h4:led_data = 16'h3ff8; 4'h5:led_data = 16'h2010; 4'h6:led_data = 16'h2010; 4'h7:led_data = 16'h0000; 4'h8:led_data = 16'h0000; 4'h9:led_data = 16'h0000; 4'ha:led_data = 16'h2000; 4'hb:led_data = 16'h2000; 4'hc:led_data = 16&

27、#39;h3ff8; 4'hc:led_data = 16'h2010; 4'he:led_data = 16'h2010; 4'hc:led_data = 16'h0000; endcase 4'h9: case(LED_SEL) 4'h0:led_data = 16'h0000;/year 4'h1:led_data = 16'h0400; 4'h2:led_data = 16'h0402; 4'h3:led_data = 16'h0422; 4'h4:led_d

28、ata = 16'h0422; 4'h5:led_data = 16'h0422; 4'h6:led_data = 16'h0422; 4'h7:led_data = 16'hfffe; 4'h8:led_data = 16'h0422; 4'h9:led_data = 16'h0422; 4'ha:led_data = 16'h0422; 4'hb:led_data = 16'h07e3; 4'hc:led_data = 16'h040C; 4'hd

29、:led_data = 16'h0410; 4'he:led_data = 16'h0420; 4'hf:led_data = 16'h0440; endcase 4'ha: case(led_sel) 4'h0:led_data = 16'h0000;/11 4'h1:led_data = 16'h0000; 4'h2:led_data = 16'h2000; 4'h3:led_data = 16'h2000; 4'h4:led_data = 16'h3ff8; 4

30、'h5:led_data = 16'h2010; 4'h6:led_data = 16'h2010; 4'h7:led_data = 16'h0000; 4'h8:led_data = 16'h0000; 4'h9:led_data = 16'h0000; 4'ha:led_data = 16'h2000; 4'hb:led_data = 16'h2000; 4'hc:led_data = 16'h3ff8; 4'hd:led_data = 16'h2

31、010; 4'he:led_data = 16'h2010; 4'hf:led_data = 16'h0000; endcase 4'hb: case(led_sel) 4'h0: led_data = 16'h0000;/month 4'h1: led_data = 16'h0000; 4'h2: led_data = 16'h0000; 4'h3: led_data = 16'h0000; 4'h4: led_data = 16'h3fff; 4'h5: led_

32、data = 16'h4111; 4'h6: led_data = 16'h2111; 4'h7: led_data = 16'h0111; 4'h8: led_data = 16'h0111; 4'h9: led_data = 16'h0111; 4'ha: led_data = 16'h03ff; 4'hb: led_data = 16'h0C00; 4'hc: led_data = 16'h1000; 4'hd: led_data = 16'h2000; 4'he: led_data = 16'h4000; 4'hf: led_data = 16'h0000; endcase 4'hc: case(led_sel) 4'h0: led_data = 16'h0000;/8 4'h1: le