《毕业设计论文可编程提示信号显示器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文可编程提示信号显示器（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录一、前言1二、系统需求分析与原理设计2（一）系统需求分析2（二）系统原理设计2三、方案论证与可行性分析3（一）系统的总体结构3（二）硬件结构方案31方案一32方案二63方案比较和选择8（三）字符发生方案81手工绘制字符82计算机汉字库编辑字符10四、FPGA板设计11（一）复位系统11（二）时钟系统12（三）JATG下载和配置12（四）多路控制开关13（五）状态指示13五、可编程显示字符的VHDL设计与仿真13（一）列驱动产生13（二）行驱动产生15（三）时钟分频16（四）显示字符库的设计17（五）字符的循环控制181左右移动字符的程序182上下移动字符的程序18（六）字符显示的接口设计2
2、0六、系统调试与结果分析21（一）测试环境21（二）功能测试方法与步骤211硬件测试212软件测试21（三）性能测试结果与分析21七、系统功能扩展21八、结束语21感谢辞22参考文献22可编程提示信号显示器一、前言可编程设计是近年以来在电子设计领域中出现的一门新技术，它以可编程器件（CPLD/FPGA）为基础，应用计算机软件技术，对数字系统进行设计，改变了以往以板级设计的电子设计模式为芯片级设计的模式。由于大规模电路的发展使得芯片设计变得容易，同时也缩小了线路板的面积，增强了可靠性。目前可编程技术已经得到了非常广泛的应用，涉及到人类生活的各个方面。可编程技术其中的一个方面就是可编程提示信号的显
3、示，也即可编程字符（图案）的显示。可编程字符（图案）显示，是指显示的字符或图案可以通过编制程序的方法进行灵活变换。这些显示的内容是预先编程好的，再由可编程逻辑器件构成控制电路使要显示的内容按照一定的规律显示出来。在人们生活中，我们经常可以看到可编程字符(图案)显示的应用，例如列车时刻表显示屏，商品广告显示屏以及彩灯图案的显示等。可编程逻辑器件（Programmable Logic Devices，简称PLD）是一种用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。它的基本设计发法是借助于EDA软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，最后再由编程器或下载电缆，用目
4、标器件实现。这种利用PLD内建逻辑结构，由用户配置来实现任何组合逻辑和时序逻辑功能的器件，最初被视为分立逻辑电路和中小规模集成电路的替代物，随着设计技术和制造工艺的完善，器件性能、集成度、工作频率等指标不断提高，PLD的应用范围越来越广，目前它已成为数字ASIC设计的主流。随着片上系统（SOC）时代的到来，包括复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的可编程ASIC器件，不仅能满足片上系统设计的要求，而且具有系统内可再编程的独特优点，尤其是速度快、密度大和性能好的FPGA正日益成为系统的关键部件，可编程片上系统（System on a Programmable Chip）的
5、应用也越来越广泛。可编程ASIC设计技术引起电子系统设计技术的巨大变革和飞速发展，已成为现代电子系统设计的核心技术之一。可编程ASIC器件经过几年的发展，芯片规模、密度、性能有了惊人的变化。可编程ASIC器件成为计算机应用、通信技术、自动控制、仪器仪表等领域广受技术人员欢迎的器件，它是科学实验、样机试制、小批量生产的最佳选择。可编程ASIC芯片经历了PAL、GAL、FPGA和CPLD几个发展阶段。半导体工艺已经由微米发展到深亚微米，集成度由最初的几十门发展到现在的几百万门，甚至上千万门。目前，可编程ASIC器件主要是指CPLD和FPGA器件，并被应用在不同的高科技研发领域，如数字电路设计、微处
6、理器系统、DSP、电信、可重构计算机及ASIC设计。由于可编程逻辑器件以EEPROM、SRAM、或Flash工艺为基础，用户可以通过计算机对芯片进行编程，大大降低成本和缩短开发时间。随着大量电子仪器、设备的多功能化，智能化，并且普遍地采用人机对话方式，需要能够更为丰富的信息和通信性较强的显示器，常见的显示器件是发光二极管（LED）。 由于LED在众多显示器件中，具有亮度高、寿命长、响应快、价格便宜等优点，已被广泛用于大屏幕字符显示器件中。作为信息传播的一种重要手段，发光二极管显示屏近年来也广泛应用于室内户外公众场合，如需要进行服务内容、服务宗旨宣传和发布信息公告的电信及邮政大厅、证券营业部、期
7、货交易部、车站、机场、港口、体育场等，发光二极管显示屏已经成为信息社会的一个闪亮标志。而LED点阵又是一种简单的汉字显示器件，具有价廉、易于控制实现、使用寿命长等特点，广泛应用于各种公共场合，如车站、机场公告、公共汽车显示排等。本设计正是介绍了一种以现场可编程逻辑器件（FPGA）为核心，用FPGA通过MAX-PLUS2开发平台结合硬件描述语言（VHDL）来实现字符显示的方法。二、系统需求分析与原理设计（一）系统需求分析提示信号显示系统的主要功能是字符的发生和显示，如显示4个以上的字符（如“欢迎光临”）或一幅活动的画面（如鸟飞、花开等）。用户通过改变存储器中存储的代码输出来控制二极管LED点阵显
8、示屏，从而显示出不同的字符或图案以满足设计要求，并且设计电路应尽量简单，容易实现，显示效果要好。它广泛应用于人们的日常生活之中，给人们带来了很多便利，例如列车时刻表的显示、商品广告屏的显示以及彩灯图案的显示等。作为信息传播的一种重要手段，提示信号显示器近年来也广泛应用于室内户外公众场合，如需要进行服务内容、服务宗旨宣传和发布信息公告的电信及邮政大厅、证券营业部、期货交易部、车站、机场、港口、体育场等，可编程提示信号显示器已经成为信息社会的一个闪亮标志。（二）系统原理设计根据上述的功能分析，设计实现的基本工作原理可设计为：当时钟脉冲输入时，地址计数器进行计数，存储器对应的地址单元中的代码输出，以
9、驱动列选线产生电路。地址计数器同时又为行选线产生电路提供地址线，再由行选线和列选线产生电路控制LED点阵，显示屏逐行扫描，从而使显示屏上显示出字符或图案。可编程字符（图案）显示器的组成框图如图1所示。其中存储器用于存放各种字符或图案，它是字符显示器的核心部件。发光二极管显示屏用来显示字符或图案，由于它是由若干个发光二极管组成的点阵式显示屏，因此需要在行选通线和列选通线的控制下才能显示出字符或图案。提供行选通线和列选通线的电路分别称为选通线产生电路和列选通线产生电路。地址计数器为存储器提供地址线，它的计数脉冲由时钟脉冲源提供。在时钟脉冲的作用下，地址计数器计数，存储器中对应的地址单元中的代码输出
10、，以驱动列选通线产生电路。地址计数器同时又为行选通线产生电路提供地址线，随着地址计数器数值的变化，发光二极管显示屏逐行扫描，显示屏上显示字符或图案。地址计数器存储器列选线产生电路点阵显示屏行选线产生电路时钟脉冲源图1 可编程字符（图案）显示器的组成框图三、方案论证与可行性分析（一）系统的总体结构根据上面的原理设计系统应具有以下单元功能模块：1.存储器2.数据显示器3.列选线/行选线产生电路4.地址计数器和时钟脉冲源5.字符程序设计根据可编程提示信号显示器的原理以及其对各个功能模块的不同要求，结合实际情况硬件部分我考虑到有两种实现方案：方案一是针对可编程显示字符的要求先用Protel 99SE的
11、原理图设计模块（Schematic模块）来设计EPROM存储器，列选线/行选线产生电路，时钟脉冲源及地址计数器等功能模块，然后根据原理图生成印刷电路板（PCB）从而完成硬件设计；方案二则是用一个可以应用在不同电路上通用的FPGA（现场可编程器件）板通过MAX-PLUS2开发平台结合硬件描述语言来实现字符显示。软件部分主要是字符显示程序的设计，这个功能模块要使用软件编程来完成，可以采用手工绘制字符编辑代码或者计算机汉字库编辑字符代码。字符设计模块使用软件编程方式要比硬件电路简单的多，实现也很容易。下面就两种不同的硬件实现方案和软件部分分别进行具体分析。（二）硬件结构方案1方案一可以使用全硬件电路
12、来完成存储器，列选线/行选线产生电路，时钟脉冲源及地址计数器等功能模块，其目的就是充分利用硬件电路的可靠性、稳定性，使整体电路达到比较高的稳定性。例如如果采用4个88LED点阵构成一个1616的发光二极管矩阵显示屏，用来显示字符或图案，具体电路可以做如下的考虑：（1）存储器存储器可以选择EPROM存储器，EPROM存储器的内容可以按照用户的需要写入，也可以通过紫外线照射、擦除，再写入新的内容，故称为可擦除可编程只读存储器。常见EPROM的型号有2716（2K8位）、2732（4K8位）、2764（8K8位）、27128（16K8位）等。这部分设计可以选择EPROM 2716，其中，D0D7为数
13、据端，A0A10为地址端，可寻地址为（2K）个存贮单元。一般来说显示的字符越多，EPROM需要的存储容量越大。当存贮容量不够时，除了选用更大容量的芯片外，还可以将同型号的多片EPROM芯片联，扩展存贮容量。如果将2片EPROM2716并联，则存储容量可以扩展到4K。（2）数据显示器数据显示我考虑了两种方案。方案一：采用LED(light emitting diodes)数码管显示，该显示方式程序设计比较容易，硬件接口比较简单，但是不能方便地实现多位数据一起显示，而且现在也没有大规模的使用；方案二：采用LCD(liquid crys2tal display)液晶显示，该显示器使用非常流行，能够轻
14、松实现多位数据一起显示,但程序设计比较复杂。考虑到我们的设计主要是模拟可编程字符的显示系统，没有扩展其他有特色的外围功能，因此采用LED数码管显示更方便，更容易实现一些。88点阵LED的结构如图2所示。从图2可以看出，88点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮。可见，4个88LED点阵构成的1616的发光二极管矩阵显示屏有16根行选通线和16根列选通线，若使其中一个发光二极管亮，则此管对应的行选通线应接高电平（逻辑1），列选通线应接低电平（逻辑0）。 图2 8X8点阵 LED 结构（3）列选线/行
15、选线产生电路 列选线产生电路列选通线由EPROM的数据输出端提供，但对于EPROM2716，只有8根数据线D0D7。如果要存储更多的单元，需经相应的作用电路后才能控制16根列选线。其具体工作原理是：当D触发器的Q=0，/Q=1时，与非门18开通，而与非门916关闭，对应EPROM地址A0=0的存储单元的代码输出，经与非门18后控制18列选通线，其中输出为1的数据线，经与非门后变成低电平，对应的列选线接低电平，则发光二极管的负极接低电平；当下一个时钟脉冲来到时，Q=1，/Q=0，与非门916开通，与非门18关闭，对应EPROM地址A0=1的存储单元中的代码经与非门916输出，控制916列选线，从而完成了用两个存储单元输出16位代码来控制16根列选线的功能。行选线产生电路行选通线的作用是对16行发光二极管进行逐行扫描，且每扫描一行，此行的发光二极管正极应接高电平。因此行选线产生电路的功能是：依此输出16个为1的正脉冲，如此反复循环。设计中要求输出的每一个正脉冲应具有驱动16只发光二极管的能力，所以可以选择74LS154，由它的功能表（请见附录二）可得，在4位地址输入端的控制下，其输出端Q0Q15依次输出低电平0，经外接反相器11
