[EDA]8x8LED点阵数字显示驱动电路设计

XXXX学院8X8LED点阵数字显示驱动电路设计专业班级：学生姓名：学生学号：指导教师：设计时间：2017年6月14日-6月25日实践教学要求与任务用8X8LED点阵实现简单数字与英文字符的显示。（1）LED共阳方式；（2）采用扫描的方式显示信息，信息内容可存于文件；（3）显示方式：自动滚动或者手动选择；（4）自行设计设计下载后的验证方案；（5）完成全部流程：设计文档、模块设计、代码输入、功能仿真、约束与综合、布局布线、下载验证等。工作计划与进度安排:本设计持续两周，其中最后一天为答辩时间。第1-2天：讲解题目，准备参考资料，检查、调试实验软硬件，进入设计环境，开始设计方案和验证方案的准备；第3-5天：完成设计与验证方案，经指导老师验收后进入模块电路设计（验收设计文档）；第6-7天：完成模块电路设计，进行代码输入，并完成代码的仿真（验收代码与仿真结果）；第8-9天：约束设计、实现、下载验证（验收验证实现）；第10天：修正设计、整理设计资料，验收合摘要8X8LED点阵数字显示驱动电路就是简单地将要显示的信息进行编码后，输出相应的显示和扫描信号连接到点阵上显示。本文详细介绍了如何用FPGA在8X8LED点阵显示方案设计的过程，并在此基础上将整体电路分为数据编码、选择显示、扫描产生等主要功能。整体过程对电路进行功能模块的逻辑设计，然后在QuartusⅡ上进行编码，最后适配下载到Altare公司的CycloneII芯片的EP2C35F484C8上进行验证。在此过程中，顺利的实现了时序的仿真，完成了对点阵显示的验证，从而保证了所设计电路的可行性和准确性。关键词VHDL；FPGA；仿真；综合；验证目录摘要...........................................................................................................3目录.............................................................................................................4总体电路结构设计....................................................................................61.18X8点阵显示原理.....................................................................61.2关键功能电路设计.....................................................................71.3电路接口...................................................................................112模块设计.............................................................................................113设计仿真与测试................................................................................123.1仿真与测试的功能列表.............................................................123.2仿真结果....................................................................................123.2.1波形仿真..........................................................................12结论...........................................................................................................14参考文献...................................................................................................14附录A设计源代码...............................................................................15引言FPGA是以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。本设计就是通过对8X8点阵驱动电路的设计，来更熟悉地对FPGA进行学习和掌握。本设计方案是在CycloneII芯片的EP2C35F484C8上实现验证，CycloneII芯片是Altera公司的2004年推出的新款FPGA器件，其成本比上一代产品Cyclone器件低了30%，逻辑容量大了三倍多。本设计的综合工具QuartusII是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL等多种设计输入形式。本设计的仿真工具是Mentor公司的Modelsim10.1a，这是业界最优秀的HDL语言仿真软件，它能提供友好的仿真环境，是业界唯一的单内核支持VHDL和Verilog混合仿真的仿真器。基本流程是这样的：首先根据设计任务要求进行方案的设计，包括8X8点阵显示原理的熟悉、电路接口的确定、功能框图与模块的划分、验证方案等，然后就是用VHDL对设计电路进行描述、建立测试平台和激励、在仿真工具上进行仿真和矫正，接着在综合工具上进行时序约束、管脚锁定，最后下载到芯片上实现和验证。总体电路结构设计1.18X8点阵显示原理本设计所使用的为一个共阳极8X8单色LED点阵，型号为1588AB-5，点阵的外部引脚的图如图1-1，内部结构等效电路图如图1-3，共由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，同一行的LED阳极连接在一起，同一列的阴极连在一起，仅当阳极和阴极的电压被加上，使LED为正偏时，LED才发亮，即当对应的某一行置1电平，某一列置0电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则7脚接高电平A脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第7脚要接高电平，而（A、B、C、D、E、F、G、H）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第A脚接低电平，而（7、6、5、4、3、2、1、0）接高电平，那么第一列就会点亮。图1-18X8点阵外观及引脚图图1-38X8点阵LED等效电路图LED的点亮方式可以按行顺序点亮（行扫描法），也可以按列顺序点亮（列扫描法），本电路设计采用行描方式。行扫描方式的扫描顺序为从上到下，依次点亮。如果想要显示“0-9”的数字其样式和程序代码如下图A-I所示。对于扫描信号的频率，因为人的肉眼所能分辨的最大频率一般为25Hz左右，大于这个频率，肉眼所看到的点阵是连续点亮，所有本设计使用的工作时钟为1KHZ是绰绰有余的。1.2关键功能电路设计本电路设计的主要难在于对数据信息的编码，即数据编码功能块的设计。任务要求显示0-9的数字，共10个显示图样，则首先必须对这10个要显示的数据进行字模提取，就是要提取各个图样的显示码。如下图：显示数字零第一行0000000111111111第二行0000001011100111第三行0000010011011011第四行0000100011011011第五行0001000011011011第六行0010000011011011第七行0100000011100111第八行1000000011111111A图显示数字一第一行0000000111111111第二行0000001011110111第三行0000010011100111第四行0000100011110111第五行0001000011110111第六行0010000011110111第七行0100000011100011第八行1000000011111111B图显示数字二第一行0000000111111111第二行0000001011100111第三行0000010011011011第四行0000100011111011第五行0001000011110111第六行0010000011101111第七行0100000011000011第八行1000000011111111C图显示数字四第一行0000000111111111第二行0000001011110111第三行0000010011100111第四行0000100011010111第五行0001000010110111第六行0010000010000011第七行0100000011110111第八行1000000011110111D图显示数字五第一行0000000111111111第二行0000001011000011第三行0000010011011111第四行0000100011000111第五行0001000011111011第六行0010000011011011第七行0100000011100111第八行1000000011111111E图显示数字六第一行0000000111111111第二行0000001011100111第三行0000010011011111第四行0000100011011111第五行0001000011000111第六行0010000011011011第七行0100000011011011第八行1000000011100111F图显示数字七第一行0000000111111111第二行0000001011000011第三行0000010011111011第四行0000100011110111第五行0001000011101111第六行0010000011101111第七行0100000011101111第八行1000000011111111G图显示数字八第一行0000000111111111第二行0000001011100111第三行0000010011011011第四行0000100011011011第五行0001000011100111第六行0010000011011011第七行0100000011011011第八行1000000011100111H图显示数字九第一行0000000111111111第二行0000001011100111第三行0000010011011011第四行0000100011011011第五行0001000011100111第六行0010000011111011第七行0100000011111011第八行1000000011100111I图1.3电路接口驱动电路根据信号功能将接口分为4部分，分别是改变数字、数字扫描、行扫描、列扫描。具体接口如下表1.2所示。表1.2接口信号表名称IO属性描述备注changeIn改变数字上升沿有效clk