数字系统设计任务书-汉字的LED点阵动态显示.doc

数字系统设计任务书_汉字的LED点阵动态显示 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途 数字系统设计报告学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 陈建允 指 导 老 师： 聂辉 班 级： 1002 学号 10401700504 2013年11月数字系统设计任务及要求学院：电气与信息工程学院 班级：自动化1002班 姓名：陈建允 学号：10401700504 课题汉字的LED点阵动态显示系统功能要 求通过用Quartus设计、调试1616点阵动态显示，熟悉Quartus的设计输入、设计编译、仿真验证、时序分析、器件编程等基本操作。本设计要求掌握汉字的点阵显示原理、LED点阵的组成及驱动原理、字模软件的使用和汉字动态显示的编程方法。具体要求：1。用一个1616的LED点阵显示“班级，姓名，2013年11月18日2。至少用以下一种方法实现上面的显示。 显示方式 ：a按钮k0一次就显示下一个字符;b左移显示； c右移显示 d上移显示； e下移显示；其中a方式可以用按键按下显示下一个字，用单次脉冲开关进行切换，即按一次单次脉冲开关显示一个汉字或数字;也可用软件控制，每隔一定时间显示一个字。汉字字模数据：1616,宋体。字模提取方法：从第一个开始向下每取8个点作为一个字节，如果最后不足8个点就补满8位.取模顺序：从高到低，即第一个点作为最高位。如-取为10000000。3。电路原理图：使用visio或protel 或proteus 绘制4。编程思路，用visio画程序设计流程图或用文字描述5.详细的程序清单（Quartus工程文件夹)6.仿真过程及结果（截图，视频），RTL图等工具ELEDAV+试验箱。FPGA型号芯片EP1K30TC144-3 .1616LED点阵进度安排第1周：理解设计内容，查阅资料，确定设计思路并撰写计划，完成方案设计以及电路原理图设计，并开始软件设计。第2周：主要做程序设计，用实验箱调试程序（验收)，撰写实验报告，用A4打印。 汉字的LED点阵动态显示一、 系统设计要求；通过用Quartus设计、调试1616点阵动态显示,熟悉Quartus的设计输入、设计编译、仿真验证、时序分析、器件编程等基本操作。本设计要求掌握汉字的点阵显示原理、LED点阵的组成及驱动原理、字模软件的使用和汉字动态显示的编程方法。具体要求：1。用一个1616的LED点阵显示“班级,姓名,2013年11月18日。2.至少用以下一种方法实现上面的显示。 显示方式 ：a按钮k0一次就显示下一个字符；b左移显示； c右移显示 d上移显示； e下移显示；其中a方式可以用按键按下显示下一个字，用单次脉冲开关进行切换,即按一次单次脉冲开关显示一个汉字或数字；也可用软件控制，每隔一定时间显示一个字。汉字字模数据:1616，宋体。 字模提取方法：从第一个开始向下每取8个点作为一个字节，如果最后不足8个点就补满8位。 取模顺序:从高到低,即第一个点作为最高位.如*-取为10000000。 3。电路原理图：使用visio或protel 或proteus 绘制. 4。编程思路，用visio画程序设计流程图或用文字描述。 5.详细的程序清单（Quartus工程文件夹）.6.仿真过程及结果（截图，视频），RTL图等。二、 系统设计原理；2.1、LED的显示原理; 1616扫描LED点阵的工作原理同8位扫描数码管类似。它有16个共阴极输出端口,每个共阴极对应有16个LED显示灯，所以其扫描译码地址需4位信号线（SEL0SEL3）,其汉字扫描码由16位段地址（0-15）输入。 通过时钟的每列扫描显示完整汉字。 图21 LED灯红绿信号 图2-2 1616点阵LED等效电路点阵LED一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式： （1)点扫描（2）行扫描（3）列扫描若使用第一种方式，其扫描频率必须大于1664=1024Hz，周期小于1ms即可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于168=128Hz,周期小于7。8ms即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8颗LED）时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。2.2、汉字的储存；用动态分时扫描技术使LED点阵模块显示图像,需要进行两步工作.第一步是获得数据并保存,即在存贮器中建立汉字数据库。第二步是在扫描模块的控制下，配合行扫描的次序正确地输出这些数据。获得图像数据的步骤是，先将要显示的每一幅图像画在一个如图3。3所示的被分成1616共256个小方格的矩形框中,再在有笔划下落处的小方格里填上“1，无笔划处填上“0”，这样就形成了与这个汉字所对应的二进制数据在该矩形框上的分布，再将此分布关系以3216的数据结构组成64个字节的数据，并保存在只读存贮器ROM中。以这种方式将若干个汉字的数据贮存在存贮器内，就完成了图像数据库的建立工作。 2.3、设计方案； 1616扫描LED点阵只要其对应的X、Y轴顺向偏压,即可使LED发亮。例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可.应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。它有16个共阴极输出端口，每个共阴极对应有16个LED显示灯。本实验就是要通过CPLD芯片产生读时序，将字形 从寄存器中读出，然后产生写时序，写入1616的点阵，使其扫描显示输出.为了显示整个汉字，首先分布好汉字的排列，以列给出汉字信息（从16个Y轴线输入字模信息）;然后以128HZ的时序逐个点亮每一行（行扫描)，即每行逐一加高电平，根据人眼的视觉残留特性，使之形成整个汉字的显示。LED点阵每个点都有一个红色的发光二极管。点阵内的二极管间的连接都是行共阳，列共阴（要点亮的二极管给出低电平字模信息）。本实验采用共阴，当二极管的共阳极为高电平,共阴极为低电平时，所接点发光；反之处于截止状态，不放光。本实验采取列扫描方式，用列给文字信息,利用周期为1s的脉冲来控制所显示的字。 图23 点阵原理图 图24 取字模三、VHDL源程序；3.1、延时消抖程序-延时消抖程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164。ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY BUTTON ISPORT（CLK:IN STD_LOGIC； KEY：IN STD_LOGIC； BUTTON:OUT STD_LOGIC);END ENTITY BUTTON；ARCHITECTURE ART OF BUTTON ISSIGNAL COUNT:INTEGER:=0;BEGINPROCESS（CLK，KEY)ISBEGINIF(CLKEVENT AND CLK=1）THENIF KEY=0THENIF COUNT=10000 THEN COUNT=COUNT；按键消抖 10ms 默认输入CLK:1MHzELSE COUNT=COUNT+1；END IF;IF COUNT=100001 THEN BUTTON=0; -按下及长按都只出现一个低电平ELSE BUTTON=1；END IF;ELSE COUNT=0；END IF；END IF；END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;3。2、汉字显示程序-汉字显示程序，带按键切换LIBRARY IEEE；USE IEEE.STD_LOGIC_1164。ALL；USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY LATTICE ISPORT（CLK：IN STD_LOGIC； BUTTON:IN STD_LOGIC; LEDD：OUT STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0); LEDW:OUT STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0);END ENTITY LATTICE;ARCHITECTURE ART OF LATTICE ISSIGNAL M:INTEGER：=0;SIGNAL COUNT：STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）：=0000;BEGIN PROCESS(CLK，BUTTON)BEGINIF CLKEVENT AND CLK=1 THEN COUNT=COUNT+1；IF（M=0）THENCASE COUNT IS-0x00，0x00,0x7F，0xFF，0x44，0x40，0x4A,0x20，0x71,0xC4，0x00，0x08,0x23,0x30，0x2D,0x02，0x31，0x01，0xE7，0xFE,0x21，0x00,0x21,0x40,0x21,0x20，0x21，0x18，0x20,0x0C，0x00,0x00，/”陈，0/WHEN 0000”=LEDD=”0000000000000000”;WHEN ”0001”=LEDD=0111111111111111;WHEN 0010=LEDDLEDD=”0111000111000100;WHEN ”0101=LEDD=”0000000000001000”；WHEN ”0110”=LEDDLEDDLEDDLEDD=”0010000100011000；WHEN 1110”=LEDDLEDDLEDDLEDD=”0100011000101000；WHEN ”0011=LEDD=”0101101000010000;WHEN ”0100=LEDD=”0110001111101000”;WHEN 0101=LEDD=”0000100000010010”；WHEN 0110”=LEDD=0010101010010100”；WHEN ”0111”=LEDD=0010101010010010；WHEN ”1000=LEDD=”0010101010010010;WHEN 1001=LEDD=1111111111111110”；WHEN 1010=LEDD=”0010101010010010”;WHEN 1011=LEDD=”0010101010010010;WHEN 1100”=LEDD=”0011111010010010；WHEN 1101”=LEDDLEDDLEDD=0000000000000000;WHEN OTHERS=COUNT=”0000”；END CASE；END IF;IF(M=2)THENCASE COUNT IS-0x00，0x00,0x00，0x01,0x00,0x02，0x04，0x04，0x0E，0x08,0x34，0x30，0xC7,0xC0，0x04，0x00，0x04,0x00，0x07,0xFC，0x04，0x02,0x14，0x02，0x0E，0x02，0x04，0x02，0x00,0x0E，0x00，0x00,/允”，2*/WHEN 0000”=LEDD=0000000000000000”;WHEN ”0001”=LEDD=0000000000000001；WHEN ”0010=LEDDLEDDLEDD=0011010000110000；WHEN ”0110=LEDDLEDDLEDD=0000011111111100；WHEN 1010=LEDD=”0000010000000010；WHEN 1011=LEDD=0001010000000010”;WHEN 1100=LEDDLEDDLEDD=0000000000001110；WHEN ”1111”=LEDDCOUNTsimulation report 。五、逻辑综合与结果分析。VHDL 语言具有强大的语言结构，只需采用简单明确的VHDL语言程序就可以描述十分复杂的硬件电路。同时,它还具有多层次的电路设计描述功能。此外，VHDL 语言能够同时支持同步电路、异步电路和随机电路的设计实现,这是其他硬件描述语言所不能比拟的。VHDL 语言设计方法灵活多样，既支持自顶向下的设计方式，也支持自底向上的设计方法； 既支持模块化设计方法，也支持层次化设计方法.VHDL是超高速集成电路的硬件描述语言,它能够描述硬件的结构、行为与功能.另外，VHDL具有并发性，采用自上而下的结构式设计方法，适合大型设计工程的分工合作。在编写程序的时候，我才发现能看懂程序和能自己写程序是两个完全不同的概念，自己一开始写程序时，即便是一个很简单的功能模块，在编译时也可能产生很多错误,在不断的改错过程中，自己对VHDL语言的语法结构有了深刻的理解，对编译过程中常见的错误也有了全面的认识.通过这两周的课程设计,我在熟悉了基于FPGA设计的同时，也学到了很多在学习课本知识时所体会不到的东西。