基于FPGA的LED大屏幕控制器设计开题报告.doc

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1、毕业设计（论文）开题报告大屏幕点阵LED控制器的设计系 部： 专 业： 学生姓名： 指导教师： 开题时间： 2011 年 10月 日一、总体说明在开题报告中要求给出你对课题的理解，类似的研究在国内外的进展情况，你对系统设计的初步设想，主要需要解决的技术难题和解决思路，同时应给出课题的时间安排。二、开题报告内容1毕业设计（论文）课题的目的、意义、国内外现状及发展趋势2课题主要工作（设计思想、拟采用的方法及手段）3完成课题的实验条件、预计设计过程中可能遇到的问题以及解决的方法和措施4 毕业设计（论文）实施计划(进度安排)5 参考文献三、撰写要求1报告字数不少于3000字2报告内容一律用A4纸打印3

2、. 上交时间为毕业设计第三周周末。一、毕业设计（论文）课题的意义、国内外现状及发展趋势(可加附页) （1）课题意义LED大屏幕控制器是八十年代后期全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，它利用发光二极管构成的点阵模块或像素组成大面积显示屏幕，以可靠性高，使用寿命长，环境适应能力强，价格性能比高，使用成本低等特点，在短短的十年中，迅速成为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。 （2）国内现状1）产业发展初具规模 我国的LED大屏幕控制器产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业，据不完全统计，至1998年底，年度销售总额在1000万元以上的有20多家，其销售总额达6亿元左

3、右，占行业市场总额的85%以上。全国从事LED大屏幕控制器的各类企业有100余家，从业人员近6000人，行业年度销售总额近8亿元人民币。1996，1997年的增长速度均保持40%左右，1998年略有回落，在国内市场上，国产LED大屏幕控制器的市场占有率近100%。四十三届世乒赛主会场天津体育中心，京九铁路，北京西客站，首都机场，浦东机场等，均由国内代表企业中标。2）技术水平相对领先 我国LED大屏幕控制器产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国际先进水平技术，近年在全彩色LED大屏幕控制器，256级灰度

4、视频控制技术，集群无线控制，多级群控技术等方面均有国内先进，达到国际水平的技术和产品出现；LED大屏幕控制器控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED大屏幕控制器产业培养形成了一批LED大屏幕控制器科技队伍，在全国LED大屏幕控制器行业的从业人数6000人中，科技人员有2800人，将近50%，LED大屏幕控制器行业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。. 3）应用领域广泛LED大屏幕控制器的应用涉及社会经济的许多领域，主要包括：证券交易，金融信息显示；机场航班动态信息显示；港口，车站引导信息显示；体育场馆信息显示； 道路交通

5、信息显示；调度指挥中心信息显示；邮政LED大屏幕控制器；广告媒体新产品。 4）行业发展正在逐步规范 1995年以前，LED大LED大屏幕控制器屏幕控制器的生产无行业规范。1996年原电子部委托蓝通公司制定LED显示屏通用规范，1998年1月发布实施。此后LED大屏幕控制器产业在向健康有序的方向发展。 （3）国外现状近几年，同国内LED大屏幕控制器相比，国外发展并不迅速，其LED大屏幕控制器所专用的IC在国内外一直受到关注。国外的LED大屏幕控制器制造商相继推出一些用于LED大屏幕控制器的专用IC驱动芯片，如TI公司推出的LED驱动器等，而在国内的中庆数字设备有限公司在1997年也推出了LED驱

6、动专用集成电路ZQ9701。这类芯片比通用的集成度高，使设计简洁方便，功能上也有所提高，不过成本上也相应增加。国外的制造商纷纷投入力量，研制开发设计适合自己发展的LED大屏幕控制器产品。其内部的驱动国外在90年代便有使用。正是由于国内市场发展的迅速，国外的同类产品在中国基本没有市场。 （4）国内发展趋势 现代信息社会中，作为人机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展，进入二十一世纪，光电子产业得到社会广泛的重视，信息显示技术将是平板显示的时代，LED大屏幕控制器作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，中国加入WTO，北京举办2008年奥林匹克运动会，上海举办2010年世界博览会等，

7、都成为LED大屏幕控制器产业发展的良好契机。预计在近年内，我国的LED大屏幕控制器产业将会有较大的调整和发展。 1）高亮度，全彩化。 预计在未来几年的发展中，全彩色LED大屏幕控制器在户外广告媒体中会越来越多的代替传统的灯箱，霓虹灯，磁翻版等产品，体育场馆的显示方面全彩色了LED屏更会成为主流产品。 2）标准化，规范化。 预计今后几年内 一批小规模LED大屏幕控制器厂商会逐步淡出，行业的发展趋于有序。 3）产品结构多样化。 预计大型或超大型LED大屏幕控制器的主流产品局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要求的小型LED大屏幕控制器会有较大提高。面向信息服务领域的LED大屏幕控制器产品门

8、类和品总体系将更加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破。如公共交通等。 （5）国外发展趋势 正是由于LED大屏幕控制器行业的竞争越来越激烈。其部分国外知名企业为提高其产品在奥运会，世博会和未来中国市场的竞争力，正在实施本地化的策略，独资或合资在国内建立研发，生产基地。在未来三五年中，会形成几家主导国内市场，与国际接轨的颇具实力的企业。竞争将使国内LED大屏幕控制器产业逐步趋于成熟和相对稳定，规模化，品牌化将成为行业的趋势并成为未来竞争的主要手段。二、课题预期目标及主要工作（设计思想、拟采用的方法及手段）（1）本课题预期目标本设计是基于FPGA的控制芯片设计，控制LED大屏幕以实现汉字的

9、显示装置。首先是研究控制LED大屏幕的基本原理。然后是将基于FPGA的大屏幕控制器的硬件设计根据具体的功能划分成多个独立的设计模块，采用Verilog HDL语言进行代码仿真。设计结构采用自顶向下的设计方式，利用层次化，结构化的设计方法，使设计的完整性，缜密性提高，功能模块的分割更加合理。最后完成程序的下载调试，实现FPGA芯片对LED大屏幕以实现汉字显示装置的设计。（2）主要工作1）用硬件语言进行大规模集成电路设计。前阶段为理论分析，制成详细说明书后硬件语言编写电路，完成后写入新片进行检测。2）从微处理器接收信号，进行LED动态显示。3）包括模拟电路，电源的设计要求将220V交流电转化为5V

10、直流电，要求功率和电路的稳定性，并对大型LED电光显示板供电。 设计思想： 通过近期的课题研究，发现很多的厂商使用的是开发专用集成芯片的方法，把数据的传输与显示控制集成在一起，但这种方法有几种不足之处，他的开发难度高，模块化不强，缺乏灵活性，所以本课题设计一种具有通信功能，可以受PC控制，可以组网的点阵显示系统。这样可以实现高显示频率和灵活的显示方式。 LED大屏幕显示系统原理：1）LED器件发光的基本原理 发光二极管（LED），是一种把电能变成光能的特种器件，当电流通过它是，可以产生可视的光。发光二极管的结构主要由PN结芯片，电极和光学系统构成。我们知道，发光二极管是一种能量转换现象。当系统

11、受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态，当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，能量差以光的形式辐射出来，就会产生发光现象。2）LED器件的驱动从LED器件的发光机理可以知道，当向LED器件施加正向电压时，流过器件的正向使其发光。因此LED的驱动就是要使它的PN结处于正偏置，同时为了控制它的发光强度，还要解决正向电流的调节问题。具体的驱动方式有直流驱动，恒流驱动，脉冲驱动和扫描驱动等。 拟采用的方法及手段： 本课题采用现场可编程逻辑器件EPF10K10作为核心板来实现对LED点阵显示的控制，用8块相同的（1616）双色矩阵LED显示板构成的（16128）双色LED屏幕显示系

12、统。每块LED显示板通过采用FPGA实现对系统进行驱动控制，以（1616）的双色矩阵LED显示板为基本的显示单元，按动态显示的方式实现显示，并且在终端将想要显示的内容进行横向移动显示。该系统可以与外接计算机相连，现场实时的对显示内容进行更改或重新设置。选择合适的FPGA器件，利用FPGA器件丰富的I/O口，内部逻辑和连线资源，用硬件Verilog HDL语言采用自顶向下的模块化设计方法来设计基于FPGA的控制器，可以方便的设计整个显示系统，使得系统的修改，显示方式的改变和扩展都变的非常简单，方便。 控制部分的功能主要由FPGA来完成，其概略模块图如图1所示： 图1 控制部分模块图控制部分由输入

13、接口模块、存储器模块、存储器写入控制模块、存储器读出控制模块、SEL模块（用来选择读写的数据内容）和动态显示模块六大部分组成。输入接口模块是把从BUFF输出的信号，进行与系统时钟同步、锁存及波形整顿后，传送到存储器模块、存储器控制模块和动态显示模块。存储器写入控制模块的功能是生成存储器的写入地址，该地址用来控制数据的存放位置，并且生成存储器写入面的控制信号，最后在读写控制信号的作用下控制存储器的读出和写入。存储器读出控制模块接收存储器写入控制部分的面信号和动态显示部输出的LED显示屏行显示时间控制信号led_clk，对它进行计数生成存储器的读取地址。存储器模块是针对在SEL模块被指定的地址，进

14、行数据的写入或读出。动态控制模块是用来控制LED进行动态显示数据的。是对存储器已写完的存储面进行输出，根据存储器读取控制部分产生的地址将存储器中的数据转换成LED的驱动信号，对地址进行译码选择要点亮的行。三、预计设计过程中可能遇到的问题以及解决的方法和措施（1）电源要求的问题 电源要求220V交流电转化为5V直流电，为LED大屏幕供电，其器件7805要求输入电压必须高于输出电压2V以上，这样，如输入电压太大将会烧坏器件。解决方法：7805器件应配上散热板（2）驱动问题 控制LED的灰度主要是采用占空比法，将显示一贞的时间分为不同的时间长度子贞，8为共256个灰度等级，把时间分8个不相等的时间区

15、。解决方法：如此复杂的时序逻辑功能只能由大规集成电路来实现。通常LED显示屏的数据传输控制，灰度控制，系统控制等等。（3）点阵字库编写问题为了弄清楚汉字的点阵组成规律，首先通过列扫描方法获取汉字的代码。但这种列扫描方法虽然能够让我们弄清楚汉字点阵代码的获取过程，但是依靠人工方法获取汉字代码是一件非常繁琐的事情。解决方法：我将在此次设计中采用字库软件查找字符代码，软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到程序中即可。（4）汉字点阵显示问题汉字点阵显示一般有点扫描、行扫描和列扫描3种。但由于人眼的视觉分辨力，其三种扫描方法的分辨率要有一定的要求

16、。解决方法：为了符合视觉暂留要求，点扫描方法的扫描频率必须大于1664=1024Hz，周期小于1ms即可。行扫描和列扫描方法的扫描频率必须大于168=128Hz，周期小于7.8ms即可，但是一次驱动一列或一行(8颗LED)时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。 四、进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12011.3.17至2011.9.30查询与课题相关信息及资料22011.10.1至2011.10.25完成开题报告的书写3整理课题相关信息构建论文支架4硬件语言编写电路5系统仿真6写入芯片进行检测7完成论文书写8论文答辩五、参考文献1 刘滨，刘兵，赵艳华大屏幕LED显示控制

17、系统的设计J.液晶与显示，2005，20(6):95-1002 陆家和.LED显示屏产业发展综述J. 激光与红外,2006，36(12):1089-10913 赵才荣，刘金娥，丁铁夫.基于LED图文屏的多灰度图象实现方法J.液晶与显示，2006，21(1):82-864 童星.基于嵌入式的LED显示屏的研究和实现.武汉理工大学硕士论文，20055 张建军，陈钟荣.基于可编程逻辑器件的LED显示屏控制系统设计J.液晶与显示，2006，21(4):398-4026 魏银库，陈建国，狄国伟.256级灰度LED点阵屏显示原理及基于FPGA的电路设计J.自控与测量，2004，(1):49-567 郝国法

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