基于FPGA控制的LED汉字滚动显示器设计

2010-10-22 22:15:20来源: 现代电子技术

  O 引言

  现代文明的一个显著特征是城市中随处可见的五颜六色的广告宣传,其中大多都是由LED点阵制作的汉字或图形广告,广泛应用在银行、医院、酒店、火车站、体育场馆等各种公共场所。

  汉字滚动显示器的传统设计方法是用单片机来控制的,虽然单片机方案具有价格低廉,程序编程灵活等特点,但由于单片机硬件资源的限制,未来对设计的变更和升级,总是要付出较多研发经费和较长投放市场周期的代价,甚至有可能需要重新设计。况且,在以显示为主的系统中,单片机的运算和控制等主要功能的利用率很低,单片机的优势得不到发挥,相当于很大的资源浪费。

  采用EDA技术的自顶向下的模块化设计方法,借助相关开发软件,例如QualtusⅡ软件,将硬件描述语言——VHDL程序固化于具有丰富I/O口、内部逻辑和连线资源的FPGA(现场可编程门阵列)中。该技术具有系统设计效率高、集成度好、保密性强、易于修改、易于实现等优点,成为当今数字系统设计主流技术。此方式所制作的LED点阵控制器,由于是纯硬件行为,具有速度快、可靠性高、抗干扰能力强、开发周期短等显著优点。

  1 EDA点阵显示汉字原理

  以8×8的LED点阵为例,8×8的LED点阵是由64个发光二极管按矩阵形式排列而成,每一行上的发光管有一个公共的阳极(或阴极),每一列上的发光管有一个公共的阴极(或阳极),一般按动态扫描方式显示汉字或图形。扫描分为点扫描、行扫描和列扫描三种方式。行扫描需要按行抽取字型码,列扫描则需要按列抽取字型码。为满足视觉暂留要求,若使用点扫描方式,其扫描频率必须大于16×64=1 024Hz,周期小于1ms。若使用行或列扫描,则频率必须大于16×8=128Hz,周期小于7.8ms。由于所用实验板上提供有1 kHz的时钟,本例设计中利用该时钟进行扫描,使每行扫描时间为1 ms,实验结果显示亮度合适。现以行扫描为例简单说明动态扫描显示的原理。图1给出汉字“热”在点阵为列共阳时的行字模。工作时先将要扫描行的点阵字模从各列上输出,再让译码器选中(扫描)该行,使本行得以显示,接着再送下一行数据,再使下一行有效,直到8行全被扫描一遍。至此,一幅完整的文字信息就显现出来,然后再反复扫描这8行直至显示新的信息。以下设计采用行扫描方式实现滚动显示。

汉字

  2 硬件原理图

  整个电路由五大部分组成:时钟计数模块GEL_CLK,存储汉字字模的ROM模块ROMZI,数据分配器模块MUX,移位模块YW及显示模块XIANSH-I。时钟计数模块用于产生整个电路所需要的时钟及其对时钟的计数值,例如:移位时钟CLK YW,移位计数器CNT YW,字计数器CNT WORD,显示扫描计数器CNT SM。ROMZI模块是由QualtusⅡ中的LPM 1PORT ROM定制成,用来存储8个待显示的汉字。MUX模块用于在扫描时钟及扫描计数器的作用下,从ROM中读出一个汉字的8个行字模信息,送给移位模块YW,YW模块在移位时钟及移位计数器作用下,根据SELECT信号选择对读出的字模信息,进行相应的移位(左移、右移、上移、下移)后,最后送显示模块DISP驱动LED点阵显示汉字。原理图如图2所示。

硬件原理图

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关键字:FPGA  LED  汉字滚动显示器

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/1022/article_1387.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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