基于FPGA的LED点阵显示系统的设计

     近几年在数字系统设计领域出现了一种全新的设计技术-数字系统设计自动化(EDA, Electric Design Automation)技术。该技术借助计算机在图形、数据及语言处理方面的强大功能，利用计算机来辅助完成数字系统的设计，较原来传统数字系统设计技术有了突破性的发展。它在设计人口方面能接受符合人们思维习惯的高级硬件描述语言(如VHDL)和原来人们已经习惯的逻辑图输人。并通过EDA工具软件将其转换成能被可编程逻辑器件接受的数据，将此数据下载到支持该技术的可编程逻辑器件(如FPGA)上，使其成为一个具有设计要求功能的大规模集成电路芯片。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，因此而成为当今数字系统设计的主流技术。
    
     本文利用此技术设计一个LED点阵显示系统。系统利用FPGA内部的物理资源，将只读存储器ROM和主要功能模块设计在FPGA内部。充分显示了EDA技术设计的灵活性，同时也大大提高了系统的集成度和稳定性。
    
     1系统结构与原理
    
     图1是系统的结构框图。本系统选用的FPGA芯片是美国Altera公司的FLEX1OK系列的EPF10K10LC84-4。该芯片具有576个逻辑单元、84个引脚,72个逻辑阵列块、3个嵌人式阵列块，是一个高集成度的FPGA芯片。
    

     系统由FPGA中的扫描控制模块、只读存储器ROM和FPGA外面的LED点阵显示模块、一个反相器和两个4-16译码器构成。其中，DZ1, DZ2, D73 ,和DZ4是4个8*8的LED点阵显示模块，由这四个模块组合起来构成了本系统16*15的LED点阵显示模块。两个4-15译码器(74LS154)和一个反相器配合FPGA中的行扫描控制模块共同完成了16 x 16点阵显示模块的32行的扫描控制。FPGA中的只读存储器ROM中保存了要显示的多幅图像的数据，并以8位的数据宽度输出到LED阵显示模块的列端，配合行扫描控制共同完成多幅图像的显示。
    
     2扫描控制模块
    
     本文系统的LED点阵模块如图2所示，共由16x16=256个LED发光二极管组成。如何在该点阵模块上显示一幅图像是本文设计的关键技术。本文系统设计是采用一种32路动态分时扫描技术来实现的。具体方法是，将如图1所示4个8x8阵列的显示模块DZ1,DZ2,DZ3,DZ4采用串行级联的方式构成一个32行8列的扫描结构。其列输人端与FPGA内的只读存储器ROM的8位数据输出端口相连;32个行控制端与两个4-16译码器A, B的输出相连;而译码器A,B的输人端和片选信号又与FPGA内的行扫描控制模块的输出端口scan4-scan0相连。