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1、湖南工业大学本科毕业设计（论文） 摘 要主要研究基于Altera公司FPGA芯片的电子显示屏的研究，配备相应的PC机软件，可实现合拢、开帘、上下左右移动等显示形式，并可显示时钟。具体内容：1.FPGA系统设计；2.显示接口电路的设计；3.时钟接口电路的设计；4. FPGA系统与PC机通讯接口(RS232)的设计。FPGA控制模块控制时钟模块、点阵显示模块、上位机通信模块的协同工作，并分析、处理接收的数据。时钟模块完成对时钟芯片的读写，包括时钟初始化和时钟信息读取，最终用数码管显示时钟。点阵显示模块实现LED点阵的驱动和显示功能。驱动部分使用移位寄存器74HC595和移位寄存器 74HC164
2、组成，74HC595 负责列扫描数据，74HC164 负责行扫描数据。行扫描采用三极管放大电流，加大扫描强度，提高点阵屏亮度。LED点阵是由16个大小为 32mm*32mm 的8*8共阳点阵组成16*64 点阵，可以显示四个汉字，点阵屏可拆装，采用圆孔铜排针，连接性能非常好。串口通信部分通过RS232串口实现。用户可以通过上位机软件发送待显示的数据给FPGA控制系统。采用FPGA为核心控制模块，通过接收上位机数据控制LED点阵显示信息,同时通过键盘来控制显示方式，并且在数码管上显示实时时钟。软件部分根据各芯片的时序图进行模块编程，消除了竞争和冒险。通过编程、调试、仿真、下载正确地实现了合拢、开
3、帘、上下左右移动等显示形式，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：FPGA控制模块，串行通信电路，LED点阵及驱动电路 ，时钟模块ABSTRACTThe main research based on Alteras FPGA chip electronic display, a PC equipped with the appropriate software, can be realized together and open the curtains, move around the display in the form, and can display
4、the clock. Specific content: 1.FPGA system design; 2 shows the design of the interface circuit; 3 clock interface circuit design; FPGA system and PC, the design of the communication interface (RS232). FPGA control module controls the clock module, dot matrix display module, the PC communication modu
5、le to work together and to analyze and process the received data. The clock module clock chip to read and write, including clock initialization and clock information read the final clock with digital display. Dot-matrix display module LED dot matrix drive and display functions. Drive using a shift r
6、egister 74HC595 shift register 74HC164 74HC595 is responsible for column scan data, the 74HC164 is responsible for the line scan data. Line scan using current transistor amplifier to increase the scanning strength, improve dot matrix screen brightness. LED dot matrix 16 size 32mm * 32mm 8 * 8 common
7、 anode dot matrix composed of 16 * 64 dot matrix, you can display four characters, dot matrix screen is removable, round hole copper pin connection performance good. Serial communications through the RS232 serial interface. Users can use the software to send data to be displayed to the the FPGA cont
8、rol systems. Using FPGA as the core control module, LED dot matrix display is controlled by the host computer receives data through the keyboard at the same time to control the display and digital display real-time clock. Software are based in part on the timing diagram of each chip module programmi
9、ng, eliminating the competition and adventure.Programming, debugging, simulation, download the correct close, open curtain, move around the display in the form of the experimental verification of the hardware system is also consistent with the conclusions of software simulation results. Keywords: FP
10、GA control module, serial communication circuit, LED dot matrix drive circuit, clock module湖南工业大学本科毕业设计（论文）第1章 绪 论 1.1研究现状 LED照明就像是近年来高速发展的交通，迅速崛起，近几年来年增长率几近超过60%,而随着LED发光效率的不断提升，封装技术的不断改进，驱动能力和寿命的增加，LED照明技术在未来几年内会逐渐进入千家万户。随着世界各国环保议题逐渐重视，LED照明产业页将扮演愈来愈重要的角色，其主要产品是应用于室内、室外照明以及街灯等高功率产品。据悉，2009年全球照明市场约
11、1219亿美元，而LED就占了其中的0.5%,可见其有一个很好的发展前景。其中，又以亚太地区的市场规模最大，约占全球比例的33.7%，其次是北美和欧洲，分别占30.1%和27.4%。在应用产品中，户外照明约占总比重的12%，具有相当大的发展空间，而在此当中中国市场占据了全球市场的38%，成为户外照明中占有率最高的。此外，在受政府政策及推广影响下的街灯应用有望成为照明产业中成长最快的。在欧美优先领起的趋势下，2010年全球达到450万盏LED街灯的水平，并且伴随着国际加紧节能减碳的节奏，一旦路灯标准规格普及，中国市场有望突破占有世界50%以上的比例。LED驱动器技术的发展主要体现在两方面：一方面
12、，日常生活中常用的卤素灯、白炽灯和荧光灯将被离线式高功率因数校正可调光LED驱动器替代；另一方面，低压卤素灯也将被LED驱动器能高效替代。在为LED提供电能及热能保护的前提下，以增加其耐用性。当然，优化驱动器以提供最佳功效也成为一大发展趋势。随着数字技术的快速发展，基于FPGA芯片控制全彩LED大屏幕图像显示系统设计，各种数字显示屏也像雨后春笋随即涌现出来，像LCD、LED、DLP都是其中最典型的代表，而各种数字大屏幕的控制系统也多种多样，有用PC+DVI接口解码芯片+FPGA芯片联机控制系统的，也有用ARM+FPGA脱机控制系统的。尽管大尺寸液晶显示在未来的几年还有相当大的市场份额，但针对大
13、尺寸直下式背光源的驱动和控制芯片的开发的历史并不悠久。针对LED背光源的特点，可以将信号处理技术和复杂的控制技术融合到背光源技术中，目前的做法主要是采用FPGA，各厂家均有自家不同的控制方法和算法。随着数字电视技术和背光技术的发展，背光的控制方法及驱动方法越来越规范化，为了降低成本，将屏显控制、背光控制单元和电视的机芯微处理器由一个微处理器统一实现也将是一种技术发展的趋势。 如今，Verilog HDL设计成为中国台湾地区和美国逻辑电路设计和制造厂家的一大设计主流，而中国大陆地区目前学习使用Verilog HDL也已超过了VHDL。从使用的角度看，对于集成电路（ASIC）设计人员来说，更多的是
14、掌握verilog，因为在IC设计领域，有90以上的公司采用verilog进行IC设计。而对于PLD/FPGA设计者而言，两种语言区别不是很大。 1.2 研究意义 随着社会的快速发展，LED显示屏作为一种大型平板显示设备，以其功耗低、使用寿命长、维护费用低等特点在显示屏领域占据着非常重要的位置。特别是在近年,带有红、蓝、绿三基色以及灰度显示效果的全彩LED显示屏，以其丰富多彩的显示效果而倍受业界关注，成为LED显示屏市场近年增长幅度较大的产品之一。单位面积亮度、寿命、三基色的偏差程度、对比度、点距、灰度等级(包括灰度级数和线性度)、扫描频率等性能指标是衡量或横向比较大型显示设备优劣的标准。而这
15、些性能指标的优劣,很大程度决定于扫描控制器的一个性能。因此对大屏幕全彩LED显示扫描控制方法的研究有着重要的意义。随着显示亮度要求的增加、屏尺寸的扩大,数据传输和控制的时间也会增加，如果仍然采用简单的单片机作为控制器，将会影响画面显示的效果，严重时可能导致无法正常工作，然而，如果控制器采用可编程逻辑器件，则可解决这一难题。一方面，随着生产工艺的提高和微电子技术的发展，器件的性能会有很大的提高，从而出现了高性能的现场可编程逻辑器件（FPGA），FPGA具有处理速度高、高容量、可靠性高和集成度高等特点，在大屏幕显示系统设计中使用FPGA可以满足现在的LED大屏幕系统对于处理视频数据的高速要求，同时
16、改善电路的性能，缩小系统的体积。设计中使用硬件描述语言进行电路设计，可以随时根据设计需要进行修改，而不必对硬件进行修改，它使系统的设计和调试非常方便，不仅大大的缩短了产品的开发周期，降低了开发成本，也方便以后的系统升级。1.3 研究内容本课题为基于Altera公司FPGA芯片的电子显示屏的研究设计，并配备相应的PC机软件，从而实现开帘、合拢、上下、左右移动等多种显示形式，并可显示相应的时钟。具体内容为：1.FPGA整体系统的设计；2.时钟接口电路的设计；3.显示接口电路的设计； 4. FPGA系统与PC机通讯接口(RS232)的设计。第2章 系统组成及工作原理2.1 系统组成本设计要求使用Altera公司的FPGA芯片完成64*16点阵式LED点阵显示屏的显示，配备相应的PC机软件，实现上位机与下位机的通信，下位机实现开帘、
