基于FPGA的LED大屏幕控制器設(shè)計開題報告

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告大屏幕點陣LED控制器的設(shè)計系 部： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 開題時間： 2011 年 10月 日一、總體說明在開題報告中要求給出你對課題的理解，類似的研究在國內(nèi)外的進展情況，你對系統(tǒng)設(shè)計的初步設(shè)想，主要需要解決的技術(shù)難題和解決思路，同時應(yīng)給出課題的時間安排。二、開題報告內(nèi)容1畢業(yè)設(shè)計（論文）課題的目的、意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2課題主要工作（設(shè)計思想、擬采用的方法及手段）3完成課題的實驗條件、預(yù)計設(shè)計過程中可能遇到的問題以及解決的方法和措施4 畢業(yè)設(shè)計（論文）實施計劃(進度安排)5 參考文獻三、撰寫要求1報告字數(shù)不少于3000字2報告內(nèi)容一律用A4紙打印3

2、. 上交時間為畢業(yè)設(shè)計第三周周末。一、畢業(yè)設(shè)計（論文）課題的意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(可加附頁) （1）課題意義LED大屏幕控制器是八十年代后期全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素組成大面積顯示屏幕，以可靠性高，使用壽命長，環(huán)境適應(yīng)能力強，價格性能比高，使用成本低等特點，在短短的十年中，迅速成為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 （2）國內(nèi)現(xiàn)狀1）產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模 我國的LED大屏幕控制器產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)，據(jù)不完全統(tǒng)計，至1998年底，年度銷售總額在1000萬元以上的有20多家，其銷售總額達6億元左

3、右，占行業(yè)市場總額的85%以上。全國從事LED大屏幕控制器的各類企業(yè)有100余家，從業(yè)人員近6000人，行業(yè)年度銷售總額近8億元人民幣。1996，1997年的增長速度均保持40%左右，1998年略有回落，在國內(nèi)市場上，國產(chǎn)LED大屏幕控制器的市場占有率近100%。四十三屆世乒賽主會場天津體育中心，京九鐵路，北京西客站，首都機場，浦東機場等，均由國內(nèi)代表企業(yè)中標。2）技術(shù)水平相對領(lǐng)先 我國LED大屏幕控制器產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進的水平。90年代初即具備了成熟的16級灰度256色視頻控制技術(shù)及無線遙控等國際先進水平技術(shù)，近年在全彩色LED大屏幕控制器，256級灰度

4、視頻控制技術(shù)，集群無線控制，多級群控技術(shù)等方面均有國內(nèi)先進，達到國際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)；LED大屏幕控制器控制專用大規(guī)模集成電路也已由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。LED大屏幕控制器產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批LED大屏幕控制器科技隊伍，在全國LED大屏幕控制器行業(yè)的從業(yè)人數(shù)6000人中，科技人員有2800人，將近50%，LED大屏幕控制器行業(yè)正成為我國電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。. 3）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛LED大屏幕控制器的應(yīng)用涉及社會經(jīng)濟的許多領(lǐng)域，主要包括：證券交易，金融信息顯示；機場航班動態(tài)信息顯示；港口，車站引導(dǎo)信息顯示；體育場館信息顯示； 道路交通

5、信息顯示；調(diào)度指揮中心信息顯示；郵政LED大屏幕控制器；廣告媒體新產(chǎn)品。 4）行業(yè)發(fā)展正在逐步規(guī)范 1995年以前，LED大LED大屏幕控制器屏幕控制器的生產(chǎn)無行業(yè)規(guī)范。1996年原電子部委托藍通公司制定LED顯示屏通用規(guī)范，1998年1月發(fā)布實施。此后LED大屏幕控制器產(chǎn)業(yè)在向健康有序的方向發(fā)展。 （3）國外現(xiàn)狀近幾年，同國內(nèi)LED大屏幕控制器相比，國外發(fā)展并不迅速，其LED大屏幕控制器所專用的IC在國內(nèi)外一直受到關(guān)注。國外的LED大屏幕控制器制造商相繼推出一些用于LED大屏幕控制器的專用IC驅(qū)動芯片，如TI公司推出的LED驅(qū)動器等，而在國內(nèi)的中慶數(shù)字設(shè)備有限公司在1997年也推出了LED驅(qū)

6、動專用集成電路ZQ9701。這類芯片比通用的集成度高，使設(shè)計簡潔方便，功能上也有所提高，不過成本上也相應(yīng)增加。國外的制造商紛紛投入力量，研制開發(fā)設(shè)計適合自己發(fā)展的LED大屏幕控制器產(chǎn)品。其內(nèi)部的驅(qū)動國外在90年代便有使用。正是由于國內(nèi)市場發(fā)展的迅速，國外的同類產(chǎn)品在中國基本沒有市場。 （4）國內(nèi)發(fā)展趨勢 現(xiàn)代信息社會中，作為人機信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進入二十一世紀，光電子產(chǎn)業(yè)得到社會廣泛的重視，信息顯示技術(shù)將是平板顯示的時代，LED大屏幕控制器作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑會有更大的發(fā)展，中國加入WTO，北京舉辦2008年奧林匹克運動會，上海舉辦2010年世界博覽會等，

7、都成為LED大屏幕控制器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的良好契機。預(yù)計在近年內(nèi)，我國的LED大屏幕控制器產(chǎn)業(yè)將會有較大的調(diào)整和發(fā)展。 1）高亮度，全彩化。 預(yù)計在未來幾年的發(fā)展中，全彩色LED大屏幕控制器在戶外廣告媒體中會越來越多的代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱，霓虹燈，磁翻版等產(chǎn)品，體育場館的顯示方面全彩色了LED屏更會成為主流產(chǎn)品。 2）標準化，規(guī)范化。 預(yù)計今后幾年內(nèi) 一批小規(guī)模LED大屏幕控制器廠商會逐步淡出，行業(yè)的發(fā)展趨于有序。 3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化。 預(yù)計大型或超大型LED大屏幕控制器的主流產(chǎn)品局面將會發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點和專業(yè)性要求的小型LED大屏幕控制器會有較大提高。面向信息服務(wù)領(lǐng)域的LED大屏幕控制器產(chǎn)品門

8、類和品總體系將更加豐富，部分潛在市場需求和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)兴黄啤Ｈ绻步煌ǖ取?（5）國外發(fā)展趨勢 正是由于LED大屏幕控制器行業(yè)的競爭越來越激烈。其部分國外知名企業(yè)為提高其產(chǎn)品在奧運會，世博會和未來中國市場的競爭力，正在實施本地化的策略，獨資或合資在國內(nèi)建立研發(fā)，生產(chǎn)基地。在未來三五年中，會形成幾家主導(dǎo)國內(nèi)市場，與國際接軌的頗具實力的企業(yè)。競爭將使國內(nèi)LED大屏幕控制器產(chǎn)業(yè)逐步趨于成熟和相對穩(wěn)定，規(guī)模化，品牌化將成為行業(yè)的趨勢并成為未來競爭的主要手段。二、課題預(yù)期目標及主要工作（設(shè)計思想、擬采用的方法及手段）（1）本課題預(yù)期目標本設(shè)計是基于FPGA的控制芯片設(shè)計，控制LED大屏幕以實現(xiàn)漢字的

9、顯示裝置。首先是研究控制LED大屏幕的基本原理。然后是將基于FPGA的大屏幕控制器的硬件設(shè)計根據(jù)具體的功能劃分成多個獨立的設(shè)計模塊，采用Verilog HDL語言進行代碼仿真。設(shè)計結(jié)構(gòu)采用自頂向下的設(shè)計方式，利用層次化，結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法，使設(shè)計的完整性，縝密性提高，功能模塊的分割更加合理。最后完成程序的下載調(diào)試，實現(xiàn)FPGA芯片對LED大屏幕以實現(xiàn)漢字顯示裝置的設(shè)計。（2）主要工作1）用硬件語言進行大規(guī)模集成電路設(shè)計。前階段為理論分析，制成詳細說明書后硬件語言編寫電路，完成后寫入新片進行檢測。2）從微處理器接收信號，進行LED動態(tài)顯示。3）包括模擬電路，電源的設(shè)計要求將220V交流電轉(zhuǎn)化為5V

10、直流電，要求功率和電路的穩(wěn)定性，并對大型LED電光顯示板供電。 設(shè)計思想： 通過近期的課題研究，發(fā)現(xiàn)很多的廠商使用的是開發(fā)專用集成芯片的方法，把數(shù)據(jù)的傳輸與顯示控制集成在一起，但這種方法有幾種不足之處，他的開發(fā)難度高，模塊化不強，缺乏靈活性，所以本課題設(shè)計一種具有通信功能，可以受PC控制，可以組網(wǎng)的點陣顯示系統(tǒng)。這樣可以實現(xiàn)高顯示頻率和靈活的顯示方式。 LED大屏幕顯示系統(tǒng)原理：1）LED器件發(fā)光的基本原理 發(fā)光二極管（LED），是一種把電能變成光能的特種器件，當電流通過它是，可以產(chǎn)生可視的光。發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)主要由PN結(jié)芯片，電極和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。我們知道，發(fā)光二極管是一種能量轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。當系統(tǒng)

11、受到外界激發(fā)后，會從穩(wěn)定的低能態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài)，當系統(tǒng)由不穩(wěn)定的高能態(tài)重新回到穩(wěn)定的低能態(tài)時，能量差以光的形式輻射出來，就會產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。2）LED器件的驅(qū)動從LED器件的發(fā)光機理可以知道，當向LED器件施加正向電壓時，流過器件的正向使其發(fā)光。因此LED的驅(qū)動就是要使它的PN結(jié)處于正偏置，同時為了控制它的發(fā)光強度，還要解決正向電流的調(diào)節(jié)問題。具體的驅(qū)動方式有直流驅(qū)動，恒流驅(qū)動，脈沖驅(qū)動和掃描驅(qū)動等。 擬采用的方法及手段： 本課題采用現(xiàn)場可編程邏輯器件EPF10K10作為核心板來實現(xiàn)對LED點陣顯示的控制，用8塊相同的（16×16）雙色矩陣LED顯示板構(gòu)成的（16×12

12、8）雙色LED屏幕顯示系統(tǒng)。每塊LED顯示板通過采用FPGA實現(xiàn)對系統(tǒng)進行驅(qū)動控制，以（16×16）的雙色矩陣LED顯示板為基本的顯示單元，按動態(tài)顯示的方式實現(xiàn)顯示，并且在終端將想要顯示的內(nèi)容進行橫向移動顯示。該系統(tǒng)可以與外接計算機相連，現(xiàn)場實時的對顯示內(nèi)容進行更改或重新設(shè)置。選擇合適的FPGA器件，利用FPGA器件豐富的I/O口，內(nèi)部邏輯和連線資源，用硬件Verilog HDL語言采用自頂向下的模塊化設(shè)計方法來設(shè)計基于FPGA的控制器，可以方便的設(shè)計整個顯示系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的修改，顯示方式的改變和擴展都變的非常簡單，方便。 控制部分的功能主要由FPGA來完成，其概略模塊圖如圖1所示：

13、 圖1 控制部分模塊圖控制部分由輸入接口模塊、存儲器模塊、存儲器寫入控制模塊、存儲器讀出控制模塊、SEL模塊（用來選擇讀寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容）和動態(tài)顯示模塊六大部分組成。輸入接口模塊是把從BUFF輸出的信號，進行與系統(tǒng)時鐘同步、鎖存及波形整頓后，傳送到存儲器模塊、存儲器控制模塊和動態(tài)顯示模塊。存儲器寫入控制模塊的功能是生成存儲器的寫入地址，該地址用來控制數(shù)據(jù)的存放位置，并且生成存儲器寫入面的控制信號，最后在讀寫控制信號的作用下控制存儲器的讀出和寫入。存儲器讀出控制模塊接收存儲器寫入控制部分的面信號和動態(tài)顯示部輸出的LED顯示屏行顯示時間控制信號led_clk，對它進行計數(shù)生成存儲器的讀取地址。存儲器模

14、塊是針對在SEL模塊被指定的地址，進行數(shù)據(jù)的寫入或讀出。動態(tài)控制模塊是用來控制LED進行動態(tài)顯示數(shù)據(jù)的。是對存儲器已寫完的存儲面進行輸出，根據(jù)存儲器讀取控制部分產(chǎn)生的地址將存儲器中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LED的驅(qū)動信號，對地址進行譯碼選擇要點亮的行。三、預(yù)計設(shè)計過程中可能遇到的問題以及解決的方法和措施（1）電源要求的問題 電源要求220V交流電轉(zhuǎn)化為5V直流電，為LED大屏幕供電，其器件7805要求輸入電壓必須高于輸出電壓2V以上，這樣，如輸入電壓太大將會燒壞器件。解決方法：7805器件應(yīng)配上散熱板（2）驅(qū)動問題 控制LED的灰度主要是采用占空比法，將顯示一貞的時間分為不同的時間長度子貞，8為共256個

15、灰度等級，把時間分8個不相等的時間區(qū)。解決方法：如此復(fù)雜的時序邏輯功能只能由大規(guī)集成電路來實現(xiàn)。通常LED顯示屏的數(shù)據(jù)傳輸控制，灰度控制，系統(tǒng)控制等等。（3）點陣字庫編寫問題為了弄清楚漢字的點陣組成規(guī)律，首先通過列掃描方法獲取漢字的代碼。但這種列掃描方法雖然能夠讓我們弄清楚漢字點陣代碼的獲取過程，但是依靠人工方法獲取漢字代碼是一件非常繁瑣的事情。解決方法：我將在此次設(shè)計中采用字庫軟件查找字符代碼，軟件打開后輸入漢字，點“檢取”，十六進制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動生成，把我們所需要的豎排數(shù)據(jù)復(fù)制到程序中即可。（4）漢字點陣顯示問題漢字點陣顯示一般有點掃描、行掃描和列掃描3種。但由于人眼的視覺分辨力，

16、其三種掃描方法的分辨率要有一定的要求。解決方法：為了符合視覺暫留要求，點掃描方法的掃描頻率必須大于16×64=1024Hz，周期小于1ms即可。行掃描和列掃描方法的掃描頻率必須大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms即可，但是一次驅(qū)動一列或一行(8顆LED)時需外加驅(qū)動電路提高電流，否則LED亮度會不足。 四、進度安排順序階段日期計 劃 完 成 內(nèi) 容備注12011.3.17至2011.9.30查詢與課題相關(guān)信息及資料22011.10.1至2011.10.25完成開題報告的書寫3整理課題相關(guān)信息構(gòu)建論文支架4硬件語言編寫電路5系統(tǒng)仿真6寫入芯片進行檢測7完成論文書寫8論

17、文答辯五、參考文獻1 劉濱，劉兵，趙艷華大屏幕LED顯示控制系統(tǒng)的設(shè)計J.液晶與顯示，2005，20(6):95-1002 陸家和.LED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展綜述J. 激光與紅外,2006，36(12):1089-10913 趙才榮，劉金娥，丁鐵夫.基于LED圖文屏的多灰度圖象實現(xiàn)方法J.液晶與顯示，2006，21(1):82-864 童星.基于嵌入式的LED顯示屏的研究和實現(xiàn).武漢理工大學(xué)碩士論文，20055 張建軍，陳鐘榮.基于可編程邏輯器件的LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計J.液晶與顯示，2006，21(4):398-4026 魏銀庫，陳建國，狄國偉.256級灰度LED點陣屏顯示原理及基于FPGA的電

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