3 頂層電路的設(shè)計(jì)

　　將上述6 個(gè)模塊生成符號(hào)，供頂層電路調(diào)用。這些模塊分別是：遞減鋸齒波信號(hào)產(chǎn)生模塊signall、遞增鋸齒波信號(hào)產(chǎn)生模塊signal2、三角波信號(hào)產(chǎn)生模塊signal3、階梯波信號(hào)產(chǎn)生模塊signal4、方波信號(hào)產(chǎn)生模塊signal5 和數(shù)據(jù)選擇器mux51。頂層電路的連接如圖5 所示。

　　圖5 信號(hào)發(fā)生器頂層電路

　　4 D/A 轉(zhuǎn)換器的連接

　　選擇一個(gè)D/A 轉(zhuǎn)換器，將數(shù)據(jù)選擇器的輸出與D/A 轉(zhuǎn)換器的輸入端連接。D/A 轉(zhuǎn)換器的可選范圍很寬，這里以常用的DAC0832 為例。DAC0832 的連接電路如圖6 所示。

　　圖6 DAC0832 的連接電路

　　5 實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

　　信號(hào)發(fā)生器頂層電路的仿真波形如圖7 所示，這里只就輸入選擇信號(hào)等于5 時(shí)的情況進(jìn)行仿真，此時(shí)輸出波形是方波，輸出的數(shù)字信號(hào)為周期性的全0 或全1。

　　圖7 信號(hào)發(fā)生器頂層電路的仿真波形

　　信號(hào)發(fā)生器的底層電路模塊也可以分別進(jìn)行仿真，例如對(duì)階梯波信號(hào)產(chǎn)生模塊signal4 進(jìn)行仿真，仿真波形如圖8 所示，輸出的數(shù)字信號(hào)為階梯狀變化。

　　圖8 階梯波信號(hào)產(chǎn)生模塊signal4 的仿真波形

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　硬件電路設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)相關(guān)模塊的設(shè)計(jì)思想的可視化，是相關(guān)模塊的電路圖的匯總和其相關(guān)仿真波形的集錦，該部分條理清晰，思路明確，從中我們可以清晰地看到該設(shè)計(jì)方案的具體模塊和整個(gè)設(shè)計(jì)的原理結(jié)構(gòu)實(shí)圖；程序設(shè)計(jì)這一部分主要闡述該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)思想，進(jìn)一步從軟件設(shè)計(jì)上揭示設(shè)計(jì)構(gòu)思，主要包含了整個(gè)設(shè)計(jì)所用到的模塊的硬件描述語(yǔ)言的設(shè)計(jì)， 本文設(shè)計(jì)思路清晰，通過(guò)QuartusII 軟件進(jìn)行波形仿真成功，特別是正弦信號(hào)發(fā)生器的LPM 定制對(duì)于編程不是特別強(qiáng)的人員提供另一種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，加深理解EDA 的層次設(shè)計(jì)思想，很好的把握住了教學(xué)的改革方向，更好的鍛煉了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。

　　三、基于FPGA及VHDL的LED點(diǎn)陣漢字滾動(dòng)顯示設(shè)計(jì)方案

　　漢字滾動(dòng)顯示器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是用單片機(jī)來(lái)控制的，雖然單片機(jī)方案具有價(jià)格低廉，程序編程靈活等特點(diǎn)，但由于單片機(jī)硬件資源的限制，未來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)的變更和升級(jí)，總是要付出較多研發(fā)經(jīng)費(fèi)和較長(zhǎng)投放市場(chǎng)周期的代價(jià)，甚至有可能需要重新設(shè)計(jì)。況且，在以顯示為主的系統(tǒng)中，單片機(jī)的運(yùn)算和控制等主要功能的利用率很低，單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)得不到發(fā)揮，相當(dāng)于很大的資源浪費(fèi)。

　　采用EDA技術(shù)的自頂向下的模塊化設(shè)計(jì)方法，借助相關(guān)開(kāi)發(fā)軟件，例如QualtusⅡ軟件，將硬件描述語(yǔ)言——VHDL程序固化于具有豐富I/O口、內(nèi)部邏輯和連線資源的FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）中。該技術(shù)具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率高、集成度好、保密性強(qiáng)、易于修改、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)主流技術(shù)。此方式所制作的LED點(diǎn)陣控制器，由于是純硬件行為，具有速度快、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、開(kāi)發(fā)周期短等顯著優(yōu)點(diǎn)。

　　1 EDA點(diǎn)陣顯示漢字原理

　　以8×8的LED點(diǎn)陣為例，8×8的LED點(diǎn)陣是由64個(gè)發(fā)光二極管按矩陣形式排列而成，每一行上的發(fā)光管有一個(gè)公共的陽(yáng)極（或陰極），每一列上的發(fā)光管有一個(gè)公共的陰極（或陽(yáng)極），一般按動(dòng)態(tài)掃描方式顯示漢字或圖形。掃描分為點(diǎn)掃描、行掃描和列掃描三種方式。行掃描需要按行抽取字型碼，列掃描則需要按列抽取字型碼。為滿足視覺(jué)暫留要求，若使用點(diǎn)掃描方式，其掃描頻率必須大于16×64=1 024Hz，周期小于1ms。若使用行或列掃描，則頻率必須大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms。由于所用實(shí)驗(yàn)板上提供有1 kHz的時(shí)鐘，本例設(shè)計(jì)中利用該時(shí)鐘進(jìn)行掃描，使每行掃描時(shí)間為1 ms，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示亮度合適。現(xiàn)以行掃描為例簡(jiǎn)單說(shuō)明動(dòng)態(tài)掃描顯示的原理。圖1給出漢字“熱”在點(diǎn)陣為列共陽(yáng)時(shí)的行字模。工作時(shí)先將要掃描行的點(diǎn)陣字模從各列上輸出，再讓譯碼器選中（掃描）該行，使本行得以顯示，接著再送下一行數(shù)據(jù)，再使下一行有效，直到8行全被掃描一遍。至此，一幅完整的文字信息就顯現(xiàn)出來(lái)，然后再反復(fù)掃描這8行直至顯示新的信息。以下設(shè)計(jì)采用行掃描方式實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)顯示。

　　2 硬件原理圖

　　整個(gè)電路由五大部分組成：時(shí)鐘計(jì)數(shù)模塊GEL_CLK，存儲(chǔ)漢字字模的ROM模塊ROMZI，數(shù)據(jù)分配器模塊MUX，移位模塊YW及顯示模塊XIANSH-I。時(shí)鐘計(jì)數(shù)模塊用于產(chǎn)生整個(gè)電路所需要的時(shí)鐘及其對(duì)時(shí)鐘的計(jì)數(shù)值，例如：移位時(shí)鐘CLK YW，移位計(jì)數(shù)器CNT YW，字計(jì)數(shù)器CNT WORD，顯示掃描計(jì)數(shù)器CNT SM。ROMZI模塊是由QualtusⅡ中的LPM 1PORT ROM定制成，用來(lái)存儲(chǔ)8個(gè)待顯示的漢字。MUX模塊用于在掃描時(shí)鐘及掃描計(jì)數(shù)器的作用下，從ROM中讀出一個(gè)漢字的8個(gè)行字模信息，送給移位模塊YW，YW模塊在移位時(shí)鐘及移位計(jì)數(shù)器作用下，根據(jù)SELECT信號(hào)選擇對(duì)讀出的字模信息，進(jìn)行相應(yīng)的移位（左移、右移、上移、下移）后，最后送顯示模塊DISP驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣顯示漢字。原理圖如圖2所示。