EDA应用技术 第2版 课件 01-LED点阵显示屏控制器设计方案课件

项目7LED点阵显示屏控制器设计方案LED点阵屏则广泛应用于各种公共场合的广告屏以及公告牌。本项目以LED点阵屏控制器设计为载体，通过基于FPGA最小系统板的LED点阵屏控制器设计制作，说明VHDL程序的结构描述方式、元件例化语句的使用、IP（IntellectualProperty）功能模块使用。教学目标项目7LED点阵显示屏控制器设计方案技能目标知识目标素质目标(1)能将实际数字系统需求转化为数字电子系统硬件语言描述。(2)能用层次化、结构化方法描述数字电子系统电路。(3)能根据设计需要定制PLL功能模块。(4)能根据设计需要定制ROM功能模块。(5)能用VHDL程序控制LED点阵的显示。(1)了解VHDL程序的行为描述、数据流描述和结构化描述概念。(2)掌握元件例化语句的使用方法。(3)了解LED点阵屏显示原理。(4)掌握IP功能模块的使用方法。(1)培养与人协作、团队工作的能力。(2)培养勇于尝试的创新精神。(3)培养一丝不苟的职业精神。任务描述项目7LED点阵显示屏控制器设计方案用3片16×16LED组成的点阵显示屏，左移循环显示“FPGA控制点阵”等字符，其中英文字母为半角，即每个字母为8×16点阵，一片16×16LED点阵显示2个英文字母；中文字符采用16×16点阵，即一片16×16LED点阵显示1个汉字，显示效果如图7.1所示。软件设计要求：在QuartusPrime20.1软件平台上用VHDL程序设计LED点阵显示屏控制器，并通过编译及ModelSim-Altera2020.1仿真软件仿真检查设计结果。图7.1LED点阵显示屏显示效果图设计方案项目7LED点阵显示屏控制器设计方案用16×16LED点阵显示字符，就是控制组成字符的各个点所在位置的LED器件发光。利用人眼的视觉暂留，采用动态分时扫描技术使LED点阵模块显示字符。动态分时扫描简单地说就是送出第1列各行LED亮灭的数据，同时选通该列使其点亮一定时间，然后熄灭；再送出第2列各行LED亮灭的数据，同时选通第2列使其点亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，完成第16列之后，又重新点亮第1列，如此反复循环。只要循环速度足够快(24次/s以上)，由于人眼的视觉暂留现象，能够看到显示屏上稳定的字符。设计LED点阵显示屏控制器，就是在时钟信号的控制下，生成列扫描信号，与此同时，输出相应的行信号。1．3点阵字符显示屏硬件电路连接项目7LED点阵显示屏控制器设计方案将3个点阵字符的行（或列）信号串联后与FPGA的输入输出引脚相连接，而每个点阵字符的列（或行）信号直接与FPGA的输入输出引脚相连接，连接方式如图7.3所示。这样的连接方式只需要64个输入输出引脚，cycloneIVE系列EP4CE6E22C8-FPGA最小系统板的输入输出引脚可以达到连接的要求。图7.33点阵字符与FPGA连接原理图2．点阵字符的取模项目7LED点阵显示屏控制器设计方案根据汉字及英文字符的显示原理，显示汉字及英文字符时需要相应字符的字模，一般字符的字模是由字符取模软件完成，如PCtoLCD等。本设计采用的字符取模规则为从第一列开始向下取8个点作为一个字节(位从低到高排序是从上到下)，然后从第二列开始向下取8个点作为第二个字节...依此类推。“FPGA控制点阵”等字符的点阵图，如图7.5所示。图7.5FPGA控制点阵字符的点阵图2．点阵字符的取模项目7LED点阵显示屏控制器设计方案“FPGA控制点阵”等字符的点阵，上半字十/二进制取模码见表7.1。2．点阵字符的取模项目7LED点阵显示屏控制器设计方案“FPGA控制点阵”等字符的点阵，下半字十/二进制取模码见表7.1。3．LED点阵显示屏控制器设计方案项目7LED点阵显示屏控制器设计方案根据任务书要求，需同时显示3片16×16LED点阵字符，因而，生成的列扫描选通信号为16×3=48位，输出对应列的行信号为16位。16位行信号采用FPGA片上2个8位ROM存储器同时使用，输出16位行信号。ROM1输出行信号的低8位，ROM2输出字符的高8位，即ROM1顺序存储“FPGA控制点阵”等字符的上半字码值，而ROM2顺序存储“FPGA控制点阵”等字符的下半字的码值。根据任务书要求，“FPGA控制点阵”等字符需循环左移的方式显示。采用当一帧图像显示稳定后，起始地址指针下移一列的方式完成左移循环显示。本项目采用一帧图像扫描多次后再移