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1、 本科毕业设计（论文）题目用 VHDL 设计LED 汉字滚动显示器学生姓名任雪宾学号04066230教学院系电子信息工程学院专业年级通信工程2004级指导教师王章瑞职称副教授单位电子信息工程学院辅导教师职 称单位完成日期2008年6月日Southwest Petroleum University Graduation ThesisDesign a LED Chinese Character RollingDisplay with VHDLGrade: 2004Name: Ren XuebinSpecialty: Telecommunications EngineeringInstructor:
2、 Wang Zhangrui School of Electronic and Information Engineering2008-6摘 要本文对基于FPGA控制的LED汉字滚动显示器的设计方法进行了探讨。提出了两个实现方案。并对其中一个方案作了详细说明。文中首先介绍了LED发光二极管点阵的控制原理；然后研究了在LED发光二极管点阵上滚动显示汉字的方法；最后，用VHDL语言程序设计了一个完整的LED汉字滚动显示器。本系统由扫描控制模块、只读存储器ROM和FPGA外面的LED点阵显示模块、一个反相器和两个4-16译码器构成。其中：扫描控制模块和只读存储器ROM集成在FPGA芯片内部。两个4-
3、16译码器(74LS154)和一个反相器配合FPGA中的列扫描控制模块共同完成了两块1616点阵显示模块的32列的扫描控制。FPGA定义的只读存储器ROM中保存了要显示的汉字的数据，并以16位的数据宽度输出到LED阵显示模块的行端，配合列扫描控制共同完成汉字的滚动显示。本系统利用数字系统设计自动化(EDA)技术实现了全硬件方式的LED点阵显示。利用FPGA内部的物理资源，将只读存储器ROM和主要功能模块设计在FPGA内部。充分显示了EDA技术设计的灵活性，同时也大大提高了系统的集成度和稳定性。关键词：FPGA； LED； EDA；动态扫描AbstractThis article discuss
4、es the designing method of FPGA controlled LED Chinese character rolling display. This article also proposes two feasible plans and gives a detailed explanation to one of the plans. The article firstly introduces the LED control principle. Then the article studies rolled the demonstration Chinese ch
5、aracter method on the LED light emitter diode lattice. Finally, I design a complete LED Chinese character rolling display with VHDL language program.This system is composed of a scanning control module, a ROM, an LED plot array module, an inverter and two decoders, with the scanning control module a
6、nd the ROM installed inside the FPGA chip. The two decoders and the inverter work with the out-scanning control module in the FPGA to exercise 32-array scanning control of the two 1616 dot-matrix display module. The FPGA-defined ROM preserves the data of the Chinese characters that will be displayed
7、, and it sends the data, by way of a 16-bit data width, to the end of the LED plot array module. With the array-scanning controller, the Chinese characters achieve their rolling display.This system has realized the entire hardware way LED lattice demonstration using the number system design automati
8、on (EDA) technology. Using FPGA internal physics resources, non-erasable storage ROM and major function module design in FPGA. It had demonstrated fully the EDA technical designs flexibility, simultaneously also greatly enhanced systems integration rate and the stability.Keywords: FPGA; LED; EDA; Dy
9、namic scanning目 录1 绪 论11.1 本设计的研究背景和研究目的11.2 研究内容及方法21.3 设计的主要工作22 设计方案32.1 方案一32.2 方案二32.3 方案比较43 扫描控制模块53.1 LED点阵原理53.2 汉字的存储63.3 汉字的显示73.4 滚动速度的控制93.5存储模块103.5.1 使用参数化组件LPM_ROM来实现103.5.2 用FPGA内部的逻辑单元设计一个ROM124 分频电路134.1 解决毛刺134.1.1 改变输入信号消除毛刺134.1.2 通过D触发器消除毛刺144.2 关键部分VHDL程序145 按键扫描电路165.1 直接式/矩
10、阵式按键165.2 键盘消抖电路185.2.1 比较法消键抖动185.2.2 积分法消键抖动186 FPGA的顶层设计196.1 层次化设计的概念196.1.1 模块化196.1.2 元件重用196.2 生成组件符号206.3 调用组件符号206.3.1 建立项目206.3.2 定义输入/输出端口与联线217 结论237.1 总结237.2 建议23谢 辞24参考文献25附录：系统各个模块的VHDL程序26I用VHDL设计LED汉字滚动显示器1 绪 论1.1 本设计的研究背景和研究目的受到体育场馆用LED显示屏需求快速增长的带动，近年来，中国 LED显示屏应用逐步增多。目前，LED已经广泛应用
11、在银行、火车站、广告、体育场馆之中。而随着奥运会、世博会的临近，LED显示屏将广泛的应用在体育场馆以及道路交通指示中，LED显示屏在体育广场中的应用将出现快速增长。2007年，中国LED显示屏市场需求额为49.5亿元，比2006年增长22.2%，这其中全彩显示屏需求额达到21.1亿元，占整体市场的42.6%，双色显示屏的需求额位于第二位，需求额为18.3亿元，占整体市场的40%，单色显示屏需求额为10.1亿元。图1.1 2006-2010年中国LED显示屏市场规模2008年奥运会的召开将会直接推动体育场用屏幕数量的快速增加，同时，由于奥运会用屏对LED显示屏的质量要求也较高，因此，高端屏幕的使
12、用比例也将会增加，数量和质量的提高带动LED显示屏市场的增长。除了体育场馆之外，奥运会和世博会等重大活动召开的另一直接推动领域就是广告领域国内外的广告公司必然会看好奥运会和世博会带来的商机，因此必然会增加广告用屏的数量来提高自身收入，从而促进了广告用屏市场的发展。奥运会和世博会等重大活动的召开必然会伴随着很多大型活动，政府、新闻媒体和各种组织都可能会在奥运会和世博会之间举办各种相关活动，某些活动可能需要大屏LED，这些需求直接带动显示屏市场。目前，国内从事LED显示屏生产的企业众多，同时，受到外资企业LED显示屏价格过高的影响，在中国LED显示屏市场上多以本土企业为主。目前，本土LED显示屏生
13、产企业除供应国内需求外，还不断把产品出口到国外市场。而近年来，受到成本压力的影响，国际上一些知名的LED显示屏企业也逐步把 生产基地移到了中国，如巴可在北京设立了显示屏生产基地，Lighthouse在惠州也拥有生产基地，Daktronics、莱茵堡都在国内设立了生产工厂。随着国际LED显示屏生产大厂不断把生产基地转移至国内， 加之国内众多的LED显示屏本土企业，中国正在成为全球LED显示屏的主要生产基地。因此研究研究LED汉字滚动显示屏的设计方法具有重要的理论和现实意义。1.2 研究内容及方法采用传统方法设计的汉字滚动显示器，通常需要使用单片机、存储器和制约逻辑电路来进行PCB（印制电路板）板
14、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研发经费和较长投放市场周期的代价。随着电子设计自动化(EDA）技术的进展，基于可编程ASIC器件的数字电子系统设计的完整方案越来越受到人们的重视，并且以EDA技术为核心、的能在可编程ASIC器件上进行系统芯片集成的新设计方法，也正在快速地取代基于PCB板的传统设计方式。如何使用EDA工具设计电子系统是人们普遍关心的问题。在EDA工具软件QuartusII的支持下，本设计通过了编译、适配和软件仿真验证。最后载入硬件系统证明了它的正确性。1.3 设计的主要工作 本设计需要利
15、用EDA工具软件QuartusII编写并调试系统的VHDL程序。并且每一个模块都在这个软件下进行了仿真。系统的VHDL程序编好过后先在实验室的EDA实验箱上下载调试，成功过后再根据电路焊接相应的电路板。最好将程序下载到制好的电路上验证。2 设计方案2.1 方案一本文系统的LED点阵模块，共由1632=512个LED发光二极管组成。如何在该点阵模块上显示汉字是本文设计的关键技术。本文系统设计是采用一种32路动态分时扫描技术来实现的。具体方法是，将8个88数组的显示模块组合成两个16行16列的扫描结构并将其串联（如图2.1所示）。其行输入端与FPGA内的只读存储器ROM的16位数据输出端口相连；32个列控制端与两个4-16译码器A、B的输出相连；而译码器A、B的输入端和片选信号又与FPGA内的列扫描控制模块的输出端口scan4-scan0相连。图2.1为方案的结构框图。图2.1 系统的结构框图
