NIOSII软核的点阵控制设计课程设计论文精选.docx

SOPC课程设计报告NIOSII软核的点阵控制设计2015.7.4引言当今,数字系统的设计可以直接面向用户的需求,根据系统功能的要求,从上到下逐层完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证,直到生成器件。而FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门镇列)以设计灵活及速度快的特点,在数字专用集成电路的设计中得到了广泛应用。一、实验内容本实验要求完成的任务是利用Nios软核处理器为核心控制器，在软核 CPU 中添加点阵控制接口并搭建对应电路，利用软件控制点阵的运行，在点阵的循环显示每个组员的名字、学号等信息。二、点阵显示原理点阵模块说明此设计采用4块8*8的点阵块组成16*16的点阵显示模块8*8点阵块工作原理如图1所示。8*8点阵块工作方式:Q端加正电压,COM端接地时发光二管点亮。例如,当COM8接地且Q1~Q8分别接高电平时,第一行亮。同理,当COM7接地,Q1~Q8分别接高电平时,第二行亮。依此类推。当Q5端加高电平时,分别让COM1~COM8接地,第一列亮。其它列依此类推。1.2　16*16点阵模块用4块8*8的点阵块组成16*16的点阵模块显示汉字,连接关系如图2所示。Q0~Q15成为点阵块的行线,COM0~COM15形成点阵块的列线。1.3 行列驱动由循环计数器输出经放大后的驱动点阵,形成动态扫描,分别控制一列中的每个灯,当列线发出信号后,行线同时发出数据,这样就将一个汉字由左到右分成16列。在完成各列的同时,行线发出行数据,一个循环就可以将一个汉字完整的重现在16*16的点阵模块上。本实验主要完成汉字字符在LED上的显示，16*16扫描LED点阵的工作原理与8位扫描数码管类似，只是显示的方式与结果不一样而已。下面就本实验系统的16*16点阵的工件原理做一些简单的说明。16*16点阵由此256个LED通过排列组合而形成16行*16列的一个矩阵式的LED阵列，俗称16*16点阵。单个的LED的电路如下图11-1所示：图11-1 单个LED电路图由上图可知，对于单个LED的电路图当Rn输入一个高电平，同时Cn输入一个低电平时，电路形成一个回路，LED发光。也就是LED点阵对应的这个点被点亮。16*16点阵也就是由16行和16列的LED组成，其中每一行的所有16个LED的Rn端并联在一起，每一列的所有16个LED的Cn端并联在一起。通过给Rn输入一个高电平，也就相当于给这一列所有LED输入了一个高电平，这时只要某个LED的Cn端输入一个低电平时，对应的LED就会被点亮。具体的电路如下图11-2所示：图11-2 16*16点阵电路原理图在点阵上显示一定有字符是根据其字符在点阵上的显示的点的亮灭来表示的如下图11-3所示：图11-3 字符在点阵上的显示在上图中，显示的是一个“汉”字，只要将被“汉”字所覆盖的区域的点点亮，则在点阵中就会显示一个“汉”字。根据前面我们所介绍的点阵显示的原理。当我们选中第一列后，根据要显示汉字的第一列中所需要被点亮的点对应的Rn置为高电平，则在第一列中需要被点亮的点就会被点亮。依此类推，显示第二列、第三列……第N列中需要被点亮的点。然后根据人眼的视觉原理，将每一列显示的点的间隔时间设为一定的值，那么我们就会感觉显示一个完整的不闪烁的汉字。同时也可以按照这个原理来显示其它的汉字。下在上图中，在系统时钟的作用下，首先选取其中的一列，将数据输入让这列的LED显示其数据（当为高电平时LED发光，否则不发光）。然后选取下一列来显示下一列的数据。当完成一个16*16点阵的数据输入时，即列选择计数到最后一列后，再从第一列开始输入相同的数据。这样只要第一次显示第一列的数据和第二次显示第一列的数据的时间足够短，那么人的眼睛就会看到第一列的数据总是显示的，而没有停顿现象。同样的道理其它列也是这样，直到显示下一个汉字。在实际的运用当中，一个汉字是由多个八位的数据来构成的，那么要显示多个汉字的时候，这些数据可以根据一定的规则存放到存储器中，当要显示这个汉字的时候只要将存储器中对应的数据取出显示即可。本实验的示例程序依次显示的是“欢迎使用嵌入式SOC开发系统”。数据量不大，所以没有放入存储器中，而在程序中直接输入对应的一个16位的数据。示例程序的字库数据的格式如下图11-5所示：图11-5 字库格式图11-7 16*16点阵显示的电路框图在此实验中，16*16点阵由4个8*8点阵组成，考虑到LED电流功耗与FPGA电流功耗的关系，在实验的电路中加入驱动电路。具体电路如下图11-6所示。与FPGA的管脚连接如表11-1所示。图11-6 16*16点阵电路图信号名称对应FPGA管脚名说明DOT-C0W19点阵的第1列输入端口DOT-C1U17点阵的第2列输入端口DOT-C