智能机器人设计

LED点阵电子显示屏制作

设计报告

摘要

本题的设计是基于Altera公司Cyclone II系列EP2C5T144 FPGA芯片VHDL设计的LED点阵显示屏基本原理与实现方案。由于采用了先进的EDA技术，使得系统在具有极高的集成度和稳定性的同时，还体现出比传统设计方法更大的灵活性，和更高的设计效力。该系统由24*24 LED点阵屏、点阵驱动电路、扫描电路、键盘等组成。在程序的控制下，LED点阵模块显示屏工作在人眼不易觉察的扫描微亮和人眼可见的显示点亮模式下工作。系统基本上能通过按键转换显示字符、汉字、特定的句子或短语，显示内容可以实现向上滚屏，亮度可调等功能。关键词：FPGA EP2C5T144 VHDL 24*24点阵扫描电路

Abstract

The theme design is based on Altera Cyclone II family of companies EP2C5T144 FPGA chip, LED dot matrix display VHDL design and realization of basic principle.As a result of advanced EDA technology, making the system has a very high integration and stability, it is also reflected more than the traditional design flexibility, and higher design effect. The system consists of 24 * 24 LED dot matrix display, dot matrix drive circuit, scan circuit, keyboard. Under the control of the process, LED dot matrix display modules work in the human eye imperceptible micro-light and scanning the human eye can see the display light mode. In essence, through the key change display character, characters, specific sentence or phrase, can achieve up scrolling display, brightness adjustable functions.

Keywords: FPGA EP2C5T144 VHDL 24 * 24 dot matrix scan circuit

一、方案比较及设计论证

（一）系统方案选择

方案一：基于51系列单片机的设计方案

方案二：基于FPGA的设计方案

方案一51系列单片机体积小、成本低,但是对设计人员自身的编程水平要求较高,也不便于信号的数字处理实现,程序运行时串行处理,速度较慢。51系列单片机内部处理数据宽度为8位,对数据处理有一定的限制,电路复杂，给设计工作带来了不便。方案二，FPGA均支持VHDL语言,它不需要编程人员非常熟悉器件内部结构,只要熟悉VHDL语言即可对FPGA 进行操作。VHDL程序采用并行处理,从而提高了程序的处理速度,提高了器件的运行速度。VHDL语言语法严谨,描述的硬件电路稳定性好。故选用方案二。

（二）电源选择方案

方案一：由7805芯片组成的电源模块

方案二：开关电源模块（输出+5V）

由于本次设计要显示的是24×24点阵，方案一虽然能能够驱动所有电路，但是电流比较大，7805芯片发热快，不能长时间使用，为了能稳定和长期的使用，我们采用市场上常见开关电源，这部分电路稳定性好，能驱动的电流大。而且电路很稳定，适合本次的设计。此次赛题对于电源也无特殊要求。因此我们选择方案二。

二、系统理论分析与计算

（一）系统功能

用按键来切换LED点阵屏上的各种功能，从而实现LED点阵屏上显示汉字、字符、四组特定的句子或短语，显示的内容可以平滑地向上滚屏，亮度可调，在显示屏中心处实时显示温度，本机键盘可编辑短语等功能。

（二）总体方框图

（三）电路原理图（附表1）

（三）屏亮调节控制

用VHDL语言编写程序来控制电路中的时钟，通过亮度按键来改变时钟的频率，从而达到控制显示屏亮度。

三、电路与程序设计电路设计

（一）电路设计

（1）键盘输入

按键具体功能如下：

（二）程序设计

（1）由VHDL语言所编源程序如下：

四、测试方法与仪器

（一）测试试验：

键盘测试、24*24点阵屏显示测试、5V电源测试

（二）测试仪器：

直流稳压电源（YB1731A）、数字万用表(UT30D)、示波器（PDS7102T）、

新型数字电路实验系统（RONXIN）

（三）主要元件清单（附表2）

（四）测试方法：

（1）24*24点阵显示屏显示测试：24*24点阵显示测试：写程序让点阵上所有的点都亮，然后观察是否有不良的点，若有，检查线路。直到所有的点都亮为止，再写程序让点阵在指定的位置显示指定的内容。换其他的内容再试几次，都没问题则可以。

五、测试数据及测试结果分析

1、功能测试

2、屏亮调节

3、温度测试

相比较可知：

总结：经过反复实验，我们的LED点阵显示屏已经完成了赛题的大部分要求：

在这短短的四天三夜中，从最开始拿到题的茫然，到后来的慢慢了解，再到后来的动手制作修改、简化、扩展。每一步都必须走得很踏实。这样一个过程的完成，对于我们来说，真正是学到不少。设计电路和测试电路的过程是需要非常耐心的，总的来说，这几天是比较艰苦的，这是对我们意志力的考验。这次的比赛也让我们意识到了团队的重要性，能否有一个默契、向上的团队是成功的一个关键。互相的帮助、合作能使我们的工作快速的完成。通过这次竞赛，不仅增强了我们的实践能力和协作精神，这对我们今后的学习和工作是有很大帮助的。当然，我们的设计受到时间，材料等的原因，还有很多可以改进的地方，比如：希望以后会做的更好，恳请各评委老师的批评指正。

附表1

电路原理图