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1、东东 华华 理理 工工 大大 学学 长长 江江 学学 院院 毕 业 论 文 题题 目：目：基于基于 FPGA 点阵显示屏设计点阵显示屏设计( (软件软件) ) Title: Design of Dot Matrix Screen based on FPGA 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的 指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和 致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不 包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而
2、使用过的材料。 对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的 说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文） 的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本； 学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅 览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在 不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下
3、独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学
4、校规定处理。 作者签名：日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 摘摘 要要 本设计是一 1616 点阵 LED 电子显示屏的设计。整机以 EP2C5T144C8N 为主控芯 片，介绍了以它为控制系统的 LED 点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯 片控制一个行驱动器 74HC154 和两个列驱动器 74HC595 来驱动显示屏显示。该电子显 示屏可以显示各种文字或单色图像，采用 4 块 8 x 8 点阵 LED 显示模块来组成 16x16 点阵显示模式。显示采用动态显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种 显示方式。文中详细介绍了 LED 点阵显示的硬件设计思路、硬
5、件电路各个部分的功能 及原理、相应软件的程序设计，以及使用说明等。 控制系统程序采用 FPGA 编辑，通过编程控制各显示点对应 LED 阳极和阴极端的电 平，就可以有效的控制各显示点的亮灭。所显示字符的点阵数据可以自行编写（即直 接点阵画图） ，也可从标准字库中提取。 LED 显示以其组构方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、成本低廉 等特点在车站、证券所、运动场馆、交通干道及各种室内/外显示场合的信息发布，公 益宣传，环境参数实时，重大活动倒计时等等得到广泛的应用。 设计结果证明，该系统性能稳定，结构合理，具有横向扩展拼接功能。 关键词关键词： LED FPGH 硬件描述语言 ABS
6、TRACT The design is a 16 16 dot matrix LED display design. The machine to EP2C5T144C8N as the main chip, LED dot-matrix electronic display for the control system it dynamic design and development process. Through the chip to control a line drive 74HC154 and two drive 74HC595 to drive the display sho
7、ws. The electronic screen can display text or monochrome images, four 8 x 8 dot matrix LED display module to form a 16x16 dot matrix display mode. Displays the dynamic display, graphics or text to achieve stationary, moved out of the other display. LED dot matrix display hardware design ideas, featu
8、res and principles of the various parts of the hardware circuit, the corresponding software programming, and instructions for use, etc. in detail. Control system using FPGA Editor, by programming the control point corresponds to the LED anode and cathode level, can effectively control the display po
9、int bright off. Shows the character of the lattice data can write your own (ie, direct dot drawing) can also be extracted from the standard font.LED display with its group structure is flexible, showing a stable, low power consumption, long life, mature technology, low cost and other characteristics
10、 of the station, securities, sports venues, major trunk roads and a variety of indoor / outdoor occasions, information dissemination, public promotion, environmental parameters in real time, the major activities of the countdown has been widely used.The design results show that the system is stable
11、performance, reasonable structure, with horizontal expansion splicing. Keywords: LED FPGH hardware description language 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 1 1.1 FPGA 的发展历史和发展方向1 1.2 FPGA 的应用.3 1.3 LED 的定义和特点4 1.4 LED 简介5 1.5 LED 显示屏的分类7 第二章第二章 系统整体设计方案系统整体设计方案 8 2.1 需要实现的功能8 2.2 显示模式方案论证8 2.3 显示数据传输方案论证.9 第三章第三章 硬件设
12、计硬件设计 10 3.1 FPGA 最小系统10 3.2 FPGA 硬件系统的设计技巧 .14 3.4 列驱动电路.14 3.5 行驱动电路.17 3.6 点阵 LED 电子显示屏电路 18 第四章第四章 系统程序的设计系统程序的设计 20 4.1 系统主程序20 第五章第五章 调试及仿真调试及仿真 22 5.1 系统开发工具介绍.22 5.2 调试与仿真.22 5.3 编译.24 5.4 时序仿真.25 结结 论论 27 致致 谢谢 28 参考文献参考文献 29 附录一附录一 30 第一章第一章 绪论绪论 随着 FPGA 的不断发展，应用于生活当中屡见不鲜。以其简单，便捷，低成本及低 功耗的
13、特点逐渐取代了以往中、小规模的集成电路产品。只要写入不同的程序，同一 片 FPGA 能够完成不同的工作，FPGA 极高的可靠性，微型性和智能性（需编写不同的 程序后就能够完成不同的控制工作） ，FPGA 已成为工业控制领域中普遍采用的智能化 控制工具，已经深深地渗入到日常生活当中。 1.11.1 FPGAFPGA 的发展历史和发展方向的发展历史和发展方向 每一个后看来很成功的新事物，从诞生到发展壮大都不可避免地经历过艰难的历 程，并可能成为被研究的案例，FPGA 也不例外。 1985 年，当全球首款 FPGA 产品XC2064 诞生时，注定要使用大量芯片的 PC 机 刚刚走出硅谷的实验室进入商
14、业市场，因特网只是科学家和政府机构通信的神秘链路， 无线电话笨重得像砖头，日后大红大紫的 BillGates 正在为生计而奋斗，创新的可编 程产品似乎并没有什么用武之地。 事实也的确如此。最初，FPGA 只是用于胶合逻辑(GlueLogic)，从胶合逻辑到算 法逻辑再到数字信号处理、高速串行收发器和嵌入式处理器，FPGA 真正地从配角变成 了主角。在以闪电般速度发展的半导体产业里，22 年足够改变一切。“在未来十年内 每一个电子设备都将有一个可编程逻辑芯片”的理想正成为现实。 1985 年，Xilinx 公司推出的全球第一款 FPGA 产品 XC2064 怎么看都像是一只“丑 小鸭”采用 2m
15、 工艺，包含 64 个逻辑模块和 85000 个晶体管，门数量不超过 1000 个。22 年后的 2007 年，FPGA 业界双雄 Xilinx 和 Altera 公司纷纷推出了采用最 新 65nm 工艺的 FPGA 产品，其门数量已经达到千万级，晶体管个数更是超过 10 亿个。 一路走来，FPGA 在不断地紧跟并推动着半导体工艺的进步2001 年采用 150nm 工艺、 2002 年采用 130nm 工艺，2003 年采用 90nm 工艺，2006 年采用 65nm 工艺。 在上世纪 80 年代中期，可编程器件从任何意义上来讲都不是当时的主流，虽然 其并不是一个新的概念。可编程逻辑阵列(PL
16、A)在 1970 年左右就出现了，但是一直 被认为速度慢，难以使用。1980 年之后，可配置可编程逻辑阵列(PAL)开始出现，可 以使用原始的软件工具提供有限的触发器和查找表实现能力。PAL 被视为小规模/中等 规模集成胶合逻辑的替代选择被逐步接受，但是当时可编程能力对于大多数人来说仍 然是陌生和具有风险的。20 世纪 80 年代在“megaPAL”方面的尝试使这一情况更加 严重，因为“megaPAL”在功耗和工艺扩展方面有严重的缺陷，限制了它的广泛应用。 然而，Xilinx 公司创始人之一FPGA 的发明者 RossFreeman 认为，对于许多应用 来说，如果实施得当的话，灵活性和可定制能力都是具有吸引力的特性。也许最初只 能用于原型设计，但是未来可能代替更广泛意义上的定制芯片。事实上，正如 Xilinx 公司亚太区营销董事郑馨南所言，随着技术的不断发展，FPGA 由配角到主角，很多 系统设
