niosii軟核的點(diǎn)陣控制設(shè)計(jì)

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1、SOPC課程設(shè)計(jì)報(bào)告NIOSII軟核的點(diǎn)陣控制設(shè)計(jì)引言當(dāng)今,數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以直接面向用戶的需求,根據(jù)系統(tǒng)功能的要求,從上到下逐層完成相應(yīng)的描述、綜合、優(yōu)化、仿真與驗(yàn)證,直到生成器件。而FPGA(FieldProgrammableGateArray,現(xiàn)場可編程門鎮(zhèn)列)以設(shè)計(jì)靈活及速度快的特點(diǎn),在數(shù)字專用集成電路的設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)要求完成的任務(wù)是利用Nios軟核處理器為核心控制器，在軟核CPU中添加點(diǎn)陣控制接口并搭建對應(yīng)電路，利用軟件控制點(diǎn)陣的運(yùn)行，在點(diǎn)陣的循環(huán)顯示每個(gè)組員的名字、學(xué)號等信息。二、點(diǎn)陣顯示原理1點(diǎn)陣模塊說明此設(shè)計(jì)采用4塊8*8的

2、點(diǎn)陣塊組成16*16的點(diǎn)陣顯示模塊1.18*8點(diǎn)陣塊工作原理如圖1所示。8*8點(diǎn)陣塊工作方式:Q端加正電壓,COM端接地時(shí)發(fā)光二管點(diǎn)亮。例如,當(dāng)COM8接地且Q1~Q8分別接高電平時(shí),第一行亮。同理,當(dāng)COM7接地,Q1~Q8分別接高電平時(shí),第二行亮。依此類推。當(dāng)Q5端加高電平時(shí),分別讓COM1~COM8接地,第一列亮。其它列依此類推。1.2　16*16點(diǎn)陣模塊用4塊8*8的點(diǎn)陣塊組成16*16的點(diǎn)陣模塊顯示漢字,連接關(guān)系如圖2所示。Q0~Q15成為點(diǎn)陣塊的行線,COM0~COM15形成點(diǎn)陣塊的列線。1.3行列驅(qū)動由循環(huán)計(jì)數(shù)器輸出經(jīng)放大后的驅(qū)動點(diǎn)陣,形成動態(tài)掃描,分

3、別控制一列中的每個(gè)燈,當(dāng)列線發(fā)出信號后,行線同時(shí)發(fā)出數(shù)據(jù),這樣就將一個(gè)漢字由左到右分成16列。在完成各列的同時(shí),行線發(fā)出行數(shù)據(jù),一個(gè)循環(huán)就可以將一個(gè)漢字完整的重現(xiàn)在16*16的點(diǎn)陣模塊上。本實(shí)驗(yàn)主要完成漢字字符在LED上的顯示，16*16掃描LED點(diǎn)陣的工作原理與8位掃描數(shù)碼管類似，只是顯示的方式與結(jié)果不一樣而已。下面就本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的16*16點(diǎn)陣的工件原理做一些簡單的說明。16*16點(diǎn)陣由此256個(gè)LED通過排列組合而形成16行*16列的一個(gè)矩陣式的LED陣列，俗稱16*16點(diǎn)陣。單個(gè)的LED的電路如下圖11-1所示：圖11-1單個(gè)LED電路圖由上圖可知，對于單個(gè)L

4、ED的電路圖當(dāng)Rn輸入一個(gè)高電平，同時(shí)Cn輸入一個(gè)低電平時(shí)，電路形成一個(gè)回路，LED發(fā)光。也就是LED點(diǎn)陣對應(yīng)的這個(gè)點(diǎn)被點(diǎn)亮。16*16點(diǎn)陣也就是由16行和16列的LED組成，其中每一行的所有16個(gè)LED的Rn端并聯(lián)在一起，每一列的所有16個(gè)LED的Cn端并聯(lián)在一起。通過給Rn輸入一個(gè)高電平，也就相當(dāng)于給這一列所有LED輸入了一個(gè)高電平，這時(shí)只要某個(gè)LED的Cn端輸入一個(gè)低電平時(shí)，對應(yīng)的LED就會被點(diǎn)亮。具體的電路如下圖11-2所示：圖11-216*16點(diǎn)陣電路原理圖在點(diǎn)陣上顯示一定有字符是根據(jù)其字符在點(diǎn)陣上的顯示的點(diǎn)的亮滅來表示的如下圖11-3所示：圖11-3字符

5、在點(diǎn)陣上的顯示在上圖中，顯示的是一個(gè)“漢”字，只要將被“漢”字所覆蓋的區(qū)域的點(diǎn)點(diǎn)亮，則在點(diǎn)陣中就會顯示一個(gè)“漢”字。根據(jù)前面我們所介紹的點(diǎn)陣顯示的原理。當(dāng)我們選中第一列后，根據(jù)要顯示漢字的第一列中所需要被點(diǎn)亮的點(diǎn)對應(yīng)的Rn置為高電平，則在第一列中需要被點(diǎn)亮的點(diǎn)就會被點(diǎn)亮。依此類推，顯示第二列、第三列……第N列中需要被點(diǎn)亮的點(diǎn)。然后根據(jù)人眼的視覺原理，將每一列顯示的點(diǎn)的間隔時(shí)間設(shè)為一定的值，那么我們就會感覺顯示一個(gè)完整的不閃爍的漢字。同時(shí)也可以按照這個(gè)原理來顯示其它的漢字。下在上圖中，在系統(tǒng)時(shí)鐘的作用下，首先選取其中的一列，將數(shù)據(jù)輸入讓這列的LED顯示其數(shù)據(jù)（當(dāng)為高電

6、平時(shí)LED發(fā)光，否則不發(fā)光）。然后選取下一列來顯示下一列的數(shù)據(jù)。當(dāng)完成一個(gè)16*16點(diǎn)陣的數(shù)據(jù)輸入時(shí)，即列選擇計(jì)數(shù)到最后一列后，再從第一列開始輸入相同的數(shù)據(jù)。這樣只要第一次顯示第一列的數(shù)據(jù)和第二次顯示第一列的數(shù)據(jù)的時(shí)間足夠短，那么人的眼睛就會看到第一列的數(shù)據(jù)總是顯示的，而沒有停頓現(xiàn)象。同樣的道理其它列也是這樣，直到顯示下一個(gè)漢字。在實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中，一個(gè)漢字是由多個(gè)八位的數(shù)據(jù)來構(gòu)成的，那么要顯示多個(gè)漢字的時(shí)候，這些數(shù)據(jù)可以根據(jù)一定的規(guī)則存放到存儲器中，當(dāng)要顯示這個(gè)漢字的時(shí)候只要將存儲器中對應(yīng)的數(shù)據(jù)取出顯示即可。本實(shí)驗(yàn)的示例程序依次顯示的是“歡迎使用嵌入式SOC開發(fā)系統(tǒng)

7、”。數(shù)據(jù)量不大，所以沒有放入存儲器中，而在程序中直接輸入對應(yīng)的一個(gè)16位的數(shù)據(jù)。示例程序的字庫數(shù)據(jù)的格式如下圖11-5所示：圖11-5字庫格式圖11-716*16點(diǎn)陣顯示的電路框圖在此實(shí)驗(yàn)中，16*16點(diǎn)陣由4個(gè)8*8點(diǎn)陣組成，考慮到LED電流功耗與FPGA電流功耗的關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)的電路中加入驅(qū)動電路。具體電路如下圖11-6所示。與FPGA的管腳連接如表11-1所示。圖11-616*16點(diǎn)陣電路圖信號名稱對應(yīng)FPGA管腳名說明DOT-C0W19點(diǎn)陣的第1列輸入端口DOT-C1U17點(diǎn)陣的第2列輸入端口DOT-C2R8點(diǎn)陣的第3列輸入端口DOT-C3T8點(diǎn)陣的第4列