2009年第12期 中图分类号：麟．1 文献标识码：B 文章编号：1009—2552(2009)12—0105—02 基于FPGA和VHDL的LED点阵汉字滚动显示设计 张鹂，李曼义 (云南师范大学物理与电子信息学院，昆明650092) 摘要：主要研究基于附和VHDL的LED点阵汉字滚动显示。首先描述了基于现场可编程门 阵列(胁)的硬件电路，以及点阵显示汉字的原理；然后研究了在单个8×8 LED发光二极管 点阵上滚动显示多汉字的原理；最后给出了描述其功能的VHDL语言程序设计方法。通过编程、 调试、仿真、下载正确地实现了汉字滚动显示扫描结果，其硬件系统的实验验证也获得了与软 件模拟仿真结论相吻合的结果。 关键词：LED点阵；FPGA；VHDL语言；汉字滚动显示 Design of Chinese characters scrolling display on LED dot matrix based on FPGA and VHDL ZHANG“．LI Man．yi (School of Physics and Electronic Information，Yunnan Normal Univemty，Kmnn堍650092，Chhm) Abstract：The design of this subject mainly researches Chinese characters scrolling display on LED dot matrix screen based on FPGA and VHDL．This article 6rstly describes the hardware circuit based on logic cell array， as well a8 the principle of Chinese characters display on LED dot matrix．Then it also describes that multi— Chinese characters scroll in a siw,le 8×8 LED dot matrix．Finally．the article gives the method of VHDL design which describes the function．This design realizes the results of Chinese characters scrolling and scanning correctly by prog㈣ing，debugging，simulation and download．Also the experimental verification of hardware systems has received the eonclusiom in accordance with the results of software simulation． Key words：LED dot matrix；FPGA；VHDL；Chinese characters scrolling display 0 引言 随着我国经济的高速发展，对公共场合发布信 息的需求日益增长，利用LED点阵滚动显示汉字的 出现正好适应了这一市场需求，已经成为信息传播 的一种重要手段…。 采用传统方法设计的汉字滚动显示器，通常需 要使用单片机、存储器和制约逻辑电路来进行PCB (印制电路板)板级的系统集成。尽管这种方案有单 片机软件的支持较为灵活，但是由于受硬件资源的 限制，未来对设计的变更和升级，总是难以避免要付 出较多研发经费和较长投放市场周期的代价。随着 电子设计自动化(EDA)技术的进展【2J，基于可编程 FPGA器件进行系统芯片集成的新设计方法，也正 1 此，本文主要阐述基于FPGA和VHDL语言实现在 8×8点阵上的汉字滚动显示问题HJ。 LED点阵汉字滚动显示 本文设计使用的LED点阵是行共阴、列共阳的 8×8点阵。要在8×8 LED发光二极管点阵上显示 汉字，首先要把汉字表示成为如图l所示的8×8像 素点图。 在图1中，data0～da田分别为按列抽取依序排 列的汉字像素信息，均具有8位字长bJ，依次对多汉 字抽取像素信息，并按序排队存放于ROM之中，便 可得到一个待显示数据序列。进一步通过寻址的方 收稿日期：2009—07一01 作者简介：张鹂(1986一)，女，云南师范大学省级优秀毕业生，研究 在快速地取代基于PCB板的传统设计方式b】。因 方向为EDA技术与汁算机应用。 万方数据 —-——105‘_—— 

0'0●p 0●00◆ 富富豺留翟留霉譬 ●●’J●●．．●_’J●J．J 卅一一一母∞一一 呵叼叼叼喇叼叼叼 图1点阵像素图 法来控制该数据序列的释放过程，就可实现在8×8 LED点阵上滚动显示多汉字信息的目的，原理如图 2所示。 由图2可知，某一时刻能在显示数据序列中定 位待显示数据的地址指针可用下式计算： addr=n+nl (1) 显然，n的取值范围应为0。N，并由它控制汉 字显示的滚动速度；m的取值范围应为0。7，并由 它决定LED点阵的列开关sw的扫描速度。因此， 控制11扫遍全部待显示数据的时间，可调节汉字信 息的滚动速度；改变m的重复扫描周期，可改善在 LED点阵上显示完整汉字信息的稳定性【6】。 根据图2给出的滚动显示多汉字信息的原理示 意图，可以构造出它所对应的硬件实现结构：设计思 路主要是通过驱动电路分别控制8×8点阵的行和 列，对8×8 LED点阵进行动态列扫描，以实现汉字 的滚动显示。其硬件实现结构示意图如图3所示。 图2滚动显示多汉字信息的原理示意图 二]r1竺鲨：H兰登兰目堕H a：翟斛 蝴I峄丽斗—j雁引趼 。I悼¨秸f j I 一 I (0—7) 图3实现滚动显示多汉字信息的FPGA内核硬件原理图 在本文设计中，首先利用一个8进制计数器产 生一个3位的序列信号，将这个序列信号输人给扫 描译码器，用以控制8×8点阵的列显示，在一个时 钟脉冲周期里，8进制计数器产生一个序列信号，在 一个时钟脉冲周期里将对应的列激活。同时，N进 制计数器产生一进位脉冲信号，此脉冲信号作为 ROM的时钟信号，在一个时钟周期里输出一个8位 的序列信号，同时加法控制器响应不同的序列信号， 将8×8点阵的一列激活。根据列为阳行为阴的原 理，将列的使能状态为高电平，行的使能状态为低电 平，这样当对应的行和列都处于使能状态时，对应的 点就被点亮，完成显示。滚动功能是由ROM模块完 成的，ROM内存有要显示的汉字字模的信息，该信 息是以列抽取的一个8位序列信号，分别对应一个 地址。当N进制计数器产生一进位信号脉冲时， ROM内部响应脉冲信号进行加法计数，产生一个地 址信号，同时将该地址对应的序列信号输出，当下一 个脉冲信号到来时，将前一序列左移存入一空地址， 输出当前地址序列信号。同一时间输出8个序列信 号给加法控制器。8进制计数器完成8列显示在正 确的位置上。在一个时钟脉冲周期里响应输出一个 一106— 万方数据 8位序列信号，这样就完成了汉字字模的显示和 滚动。 2结束语 该设计通过对“云南师范大学”这六个汉字抽取 像素信息，并按序排队存放于ROM之中，得到一个 待显示数据序列，然后通过软件仿真得到了如图4 所示的汉字滚动显示的整体电路仿真波形，其硬件 系统的实验验证也获得了与软件模拟仿真结论相吻 合的结果。本设计不仅能降低数字电子系统设计的 复杂性和难度，显著地增强设计的灵活性，而且有助 图4整体电路仿真波形 (下转第110页) 

返回失败；否则的话，存在一条路径将Bsi分为两部 分，其中的上行保护路段满足跳数限制，而下行保护 路段不满足跳数限制。此时需要对下行保护路段继 续进行分割。为此，将B。放人＆，将玩放人S岸。进入 第(8)步。 (8)返回真。 3．3算法仿真 本节将利用仿真来说明￡对阻塞概率的影响。 仿真用的网络拓扑如图2所示。假定业务请求为服 从参数为￡的Passioo分布，业务请求的持续时间服 从参数为A的负指数分布。令P=A他表示到达网 络中的业务强度，则图5为仿真结果： 图5给出了h=6时e对阻塞概率的影响。从图 中可以看出，￡对阻塞概率有很大的影响。随着e的 减小，LBP、SPP和CDR的阻塞概率显著升高。另一 方面，从图中可以看出，对所有的￡值，SHAIL算法 的阻塞概率几乎保持不变，这说明e对SHAIL算法 的阻塞性能影响很小。值得注意的是，尽管网络中 有足够的空闲资源，LBP、SPP和CDR算法的阻塞概 率依然比较大。 图5 h=6时e对阻塞概翠的影 4结束语 诋础㈣赶e枷椭，presented址Integrated Network Manage- 燃撇獬揪㈣黼保护[2]=等====竺 1：3]Shell L，Yang x，胁㈣y B·Shared dsk link group(sate)· ：：嚣=[置三耋竺掌：=： 方式。本文首先研究了分段保护中的备份资源重复 预留问题并提出了一种有效的解决方法。由于共享 保护中保护路段的跳数对业务的恢复时间具有非常 大的影响，因此本文研究了在保护路段有跳数限制 时的保护设计问题并提出了一种基于分段的算法， for叫cal，MPLS SONEI"andATM。etworkiIlg[z]．NJ：h训∞Hall PrR，2004． 。Networking，2005。13(4)：918—931． 对今后的网络运营当中的路由计算问题具有较大的 指导意义和参考价值。 参考文献： [13 Brunner M，Hullo C．GMPLS fault mmmgement and its impact On 8eal-- [4]Miyannara T，Karimoto T，Misawa A，et a1．A disjoint p讪selection ∞“。”b捌∞唑掣8h蒯础!in．k嗍=?!‘陆 。～ 。 1879—1884。 鳃留娥影姆粥留笺酾珏嘲嘧哦静鲫嘲窜筏膨瓣嘲螂：鲤：膨帮弼留碗辨堙嬲：辫骘筘笺够嘭粥圆嘲够蜘睇目磐楚多弼麴缓碱鄙缈潮蟊嘲鲆琊鞘I窝雹弦蹴酾蹬嘲留毽：鳓受筘雹蜘【 [4]王科峰．组件式大型LED电子显示屏【J]．电子技术，1991(2)， (上接第106页)于提高设计效率，同时也能缩短设计周 期。因此，此项设计可以很好地适应市场的需求，也 25一强 责任编辑：肖滨 有很大的发展前景…。 参考文献： [1]孟宪元．可编程FPGA集成数字系统[M]．北京：电子工业出版 ‘51雾气之LED显示屏系统原理‘M1·西安：电子科技大学出版 [6]张巍．基于FPGA芯片控制全彩LED大屏幕图像显示系统设 计[EB／OL]．htlp：Ilwww．enledw．corn／technique／detail-9264．html， 社，1998． 2008-05 [2]田源．基于VHDL实现Iq：'GA设计[J]．火控雷达技术，2004(1)： [7]ZHAO chen·guang，FANG-zhi．Application 0f VHDL in practicing of 14一18． [3]刘修文．实用电子电路设计制作300例[M]．北京：中国电力出 版社．2004． ～1 10一 万方数据 dectranic design[J]．Journal 0f Shenyang Institute Engineering，2004(1)：9一11． of Aeronautcal 责任编辑：肖滨 

基于FPGA和VHDL的LED点阵汉字滚动显示设计 作者： 张鹂， 李曼义， ZHANG Li， LI Man-yi 作者单位： 刊名： 云南师范大学物理与电子信息学院,昆明,650092 信息技术 英文刊名： INFORMATION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2009，33(12) 0次 被引用次数： 参考文献(7条) 1.孟宪元 可编程FPGA集成数字系统 1998 2.田源 基于VHDL实现FPGA设计 2004(1) 3.刘修文 实用电子电路设计制作300例 2004 4.王科峰 组件式大型LED电子显示屏 1991(2) 5.诸昌矜 LED显示屏系统原理 2000 6.张巍 基于FPGA芯片控制全彩LED大屏幕图像显示系统设计 2008 7.ZHAO chen-guang.FANG-zhi Application of VHDL in practicing of electronic design 2004(1) 相似文献(10条) 1.期刊论文 冯道宁.FENG Dao-ning 基于FPGA的LED点阵触摸显示屏的设计 -现代显示2010,""(2) 文中所述设计给出了基于Altera公司Cyclone Ⅱ系列EP2C5T144 FPGA芯片设计的LED点阵手写显示屏基本原理与买现方案.该系统由32×32 LED点阵 屏、点阵屏驱动电路、光电手写笔、键盘、模式与坐标显示板和主控制器担成.系统以主控制器为核心,控制LED点阵屏在微亮和全壳间切换,当光电笔在 屏上划过时先由微亮信号获取屏的行列坐标,再根据实际功能需要决定是否将该点LED完全点亮为常态,从而在LED屏上实现点亮、划亮、反显、整屏擦除 、笔画檫除、写多字等触摸屏实现的功能. 2.期刊论文 范昌波.申文达.FAN Chang-bo.SHEN Wen-da 基于FPGA在LED点阵中的应用研究 -仪表技术2010,""(2) 介绍一种利用VHDL语言对FPGA进行编程来控制8×8 LED点阵的显示方法,给出了从外部输入简单控制到完全由程序控制的框图和程序等三种形式,对 掌握LED点阵的显示应用具有很好的示范作用. 3.学位论文 李超 基于ARM的LED显示控制技术研究 2009 显示技术被定义为新世纪世界朝阳产业之一。几十年来，LED显示技术成为一项使用最广泛和最普及的技术，由于其极高的性价比、高亮度、主动发 光等特性，使得LED构成的大屏幕已经被广泛的应用于车站、码头、广场等各种场合以及各企事业单位，成为各单位、部门很好的信息发布与交流工具。 传统的显示技术以简单的8位或者16位单片微控制器为核心，其运算速度、内存容量、存储空间和通讯方式等方面存在着很大的局限性，很难实现高难度 图文动态特技显示和高灰度级显示，并且无法满足信息容量大和处理速度很高的场所。 本文在分析LED显示控制原理、灰度级实现以及彩色显示实现原理的基础上，制定了ARM+FPGA的LED点阵显示控制方案，采用三星公司S3C2410芯片上 的LCD显示接口，设计了显示数据重组、非线性占空比γ反校正等逻辑，结合FPGA技术实现了高性能的LED点阵显示控制；同时研究了嵌入式Linux操作系 统，在实验基础上详细论述基于Linux操作系统的帧缓存设备模块加载模式下的控制技术，并开发基于ARM平台的LED显示屏播放以及管理应用程序。 本文的创新之处在于提出并系统研究了改善LED显示效果的数据重组技术以及非线性占空比下的γ反校正技术，并通过软硬件调试系统达到预期显示 效果。 4.期刊论文 王海华.WANG Hai-hua LED点阵书写显示屏的FPGA实现 -传感器世界2010,16(3) 系统以Cyclone系列的FPGA核心板EP1C60240C8作为控制器,采用自制由光敏三极管构成的光笔,触发自制的32×32点阵LED书写显示屏,实现"点亮、划 亮,书写、反显、整屏擦除"等书写显示功能.该系统主要由五个模块组成:光笔模块,LED点阵模块,主控模块,点阵驱动模块,数码显示模块.系统具有集成 度高、稳定性好、设计灵活和设计效率高等优点. 5.期刊论文 唐龙 基于FPGA的LED点阵显示字符设计 -科技风2008,""(4) 现场可编程门阵列(FPGA)是一种可编程逻辑器件,它具有丰富的I/O口及内部资源,编程和修改极为方便,并且易于扩展和维护,简化电子电路的设计 .本系统采用Altera公司的 FLEX10K作为核心器件,结合VHDL程序,实现了对LED点阵显示字符的控制. 6.期刊论文 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 -电子设计应用 2004,""(1) 本文提出了一种LED点阵屏实现256级灰度显示的新方法.详细分析了其工作原理.并依据其原理,设计出了基于FPGA的控制电路. 7.期刊论文 孙振华.唐征兵.SUN Zhen-hua.TANG Zheng-bing 基于FPGA控制的LED汉字滚动显示器设计 -现代电子 技术2010,""(13) 实现了基于FPGA硬件及VHDL语言设计的LED点阵汉字滚动显示,可通过按键选择,控制其滚动方式:左移或者右移及上移或者下移等.阐述了LED点阵显 示汉字的原理,给出了点阵汉字滚动显示控制器的原理图、部分VHDL源程序及时序仿真图并进行了详细的分析,提出了系统扩展成实现16×16点阵汉字滚 动的改动思路. 8.学位论文 伍群慧 可重构可编程开发系统的设计 2005 本文阐述了可重构的数字与模拟可编程开发系统的设计.该系统以FPGA为主控电路,利用FPGA的在线重配置特性,实现系统结构的动态重构.该开发系 统由单片机、可编程逻辑器/和可编程模拟器件三大模块组成,并含有丰富的外围电路,包括RAM、A/D与D/A转换模块、键盘和按键等输入模块、以及数码 管、LED点阵和LCD等显示模块.利用主控FPGA丰富的I/O端口资源,通过对FPGA加载不同的配置电路,可以方便地把各功能模块联接起来,组成多种模式的开 发系统,适合各种场合下的应用,具有较大的灵活性.在本系统中,使用AT89C2051单片机专门对主控FPGA实现在系统动态配置,达到所需的系统功能.主控 

FPGA的多个工作模式配置文件存储在一个串行存储器中.为在有限的存储容量下能够多存储配置文件,对配置文件预先进行了无损压缩.单片机在配置 FPGA的过程中,先对配置文件解压缩,再通过被动串行方式将配置数据加载到FPGA中. 9.期刊论文 丁学勇.王海华.李纯杰.徐永鑫.DING Xueyong.WANG Haihua.LI Chunjie.XU Yongxin 基于FPGA的 LED点阵书写显示屏设计 -黄石理工学院学报2010,26(2) 以Cyclone系列的FPGA核心板EP1C6Q240C8作为控制器,采用由光敏三极管构成的自制光笔,触发32×32 LED点阵书写显示屏,实现"点亮、划亮、反显 、整屏擦除"等书写显示功能.系统由光笔、LED点阵、主控、点阵驱动和数码显示5个模块组成,具有集成度高、稳定性好、设计灵活和设计效率高等优点 .实际测试结果表明效果良好. 10.期刊论文 龚成莹.赵又新.马宏锋.GONG Cheng-ying.ZHAO You-xin.MA Hong-feng 基于FPGA的LED点阵书写显示 屏的设计 -自动化与仪器仪表2010,""(3) 阐述利用FPGA+51单片机核的方法实现32×32LED点阵书写显示屏的设计思想和系统实现.通过FPGA作为点阵LED显示屏控制器,高速扫描点阵屏,由光 敏二极管电路制成感光光笔.系统实现当光笔触及LED点阵模块表面时,在显示屏上依次实现"点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象 拖移"等书写显示功能. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xxjs200912031.aspx 授权使用：北京邮电大学(byab)，授权号：d77af31e-7359-4ded-b60e-9e510175d2ec 下载时间：2010年12月19日