基于CPLD的LED顯示控制板-設計應用

精品文檔-下載后可編輯基于CPLD的LED顯示控制板-設計應用ＬＥＤ點陣顯示屏使用高亮度ＬＥＤ發(fā)光管構(gòu)成點陣，通過編程控制可以顯示中英文字符、圖形及視頻動態(tài)圖形．ＬＥＤ顯示以其組構(gòu)方式靈活、亮度高、技術成熟、成本低廉等特點在證券、運動場館及各種室內(nèi)／外顯示場合得到廣泛的應用．隨著集成電路技術的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)迅速朝更高集成度、超小型化、高性能、高可靠性和低功耗的方向發(fā)展．用ＣＰＬＤ的引入，實現(xiàn)了ＬＥＤ屏自動掃描的功能，大幅提高ＬＥＤ屏的頻率，同時分擔了ＣＰＵ的任務，提高了ＣＰＵ的處理能力．

１ＬＥＤ點陣顯示屏驅(qū)動機制

在加油系統(tǒng)中引入了點陣顯示，主要用來顯示加油的價格和計量，也可以用來顯示時間和廣告．用于發(fā)布消息、顯示漢字的點陣式ＬＥＤ顯示屏通常由若干塊ＬＥＤ點陣顯示模塊組成；用于顯示的８×８單色ＬＥＤ顯示點陣模塊，每塊有６４個ＬＥＤ；為了減少引腳且便于封裝，ＬＥＤ顯示點陣模塊采用陣列形式排布，即在行列線的交點處接有顯示ＬＥＤ．因此，ＬＥＤ點陣顯示模塊的顯示驅(qū)動只能采用動態(tài)驅(qū)動方式，每次多只能點亮一行ＬＥＤ（共陽形式ＬＥＤ顯示點陣模塊）或一列ＬＥＤ（共陰形式ＬＥＤ顯示點陣模塊）．微機通過總線操作控制來完成對每一個ＬＥＤ點陣顯示模塊內(nèi)每個ＬＥＤ顯示點的亮、暗控制操作．以此類推，可實現(xiàn)整屏ＬＥＤ點陣的亮、暗控制，從而實現(xiàn)ＬＥＤ顯示屏漢字或圖像的顯示控制操作．

以一個由８個ＬＥＤ點陣顯示模塊組成的點陣顯示屏為例（如圖１），移位寄存器的輸入端是ｄａｔａ引腳，ｐｕｌｓｅ引腳接入移位寄存器的移位脈沖．點陣顯示控制板計算出顯示圖形的點陣碼，通過控制ｄａｔａ和ｐｕｌｓｅ引腳，輸入某行的數(shù)據(jù)，然后選通該行，ＬＥＤ顯示屏將得到該行的點陣顯示．這樣逐行掃描，得到整屏顯示效果．以顯示“Ａ７我”的圖形為例，顯示的點陣碼是

“／＊－－Ａ－－＊／０ｘ００，０ｘ００，０ｘ００，０ｘ１０，０ｘ１０，０ｘ１８，０ｘ２８，０ｘ２８，

０ｘ２４，０ｘ３Ｃ，０ｘ４４，０ｘ４２，０ｘ４２，０ｘＥ７，０ｘ００，０ｘ００

／＊－－７－－＊／０ｘ００，０ｘ００，０ｘ００，０ｘ７Ｅ，０ｘ４４，

０ｘ４４，０ｘ０８，０ｘ０８，０ｘ１０，０ｘ１０，０ｘ１０，０ｘ１０，０ｘ１０，

０ｘ１０，０ｘ００，０ｘ００

／＊－－我－－＊／０ｘ０６，０ｘ４０，０ｘ３８，０ｘ５０，０ｘ０８，０ｘ４８，０ｘ０８，０ｘ４８，０ｘ０８，０ｘ４０，

０ｘＦＦ，０ｘＦＥ，０ｘ０８，０ｘ４０，０ｘ０８，０ｘ４８，０ｘ０Ｅ，０ｘ２８，

０ｘ３８，０ｘ３０，０ｘＣ８，０ｘ２０，０ｘ０８，０ｘ５０，０ｘ０９，

０ｘ９２，０ｘ０８，０ｘ０Ａ，０ｘ２８，０ｘ０６，０ｘ１０，０ｘ０２”。

以第１０行為例，其點陣數(shù)據(jù)是“００１１１１０００００１００００００１１１０００００１１００００”。點陣顯示控制板輸出該數(shù)據(jù)和同步移位脈沖，圖１上部的移位寄存器將接收“００１１１１０００００１００００００１１１０００００１１００００”并鎖存，然后ＬＥＤ顯示板的第１０行被選通，ＬＥＤ顯示屏第１０行顯示如圖點陣（黑方塊）．

２點陣顯示系統(tǒng)的框架

點陣顯示在船用加油系統(tǒng)中主要起到顯示價格和體積的作用，要求實時性高，顯示準確．如圖２所示，ＰＣＳｅｒｖｅｒ控制整個加油系統(tǒng)，通過一個ＰＣＩ卡與船用加油系統(tǒng)通信．ＰＣＳｅｒｖｅｒ?qū)崟r地將顯示信息傳送給點陣顯示控制板，點陣顯示控制板接收顯示數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為點陣碼，從而進一步控制ＬＥＤ點陣顯示屏．點陣碼的移位和相應的行掃描是由ＣＰＬＤ開發(fā)的（如圖３）．

３點陣顯示板的硬件實現(xiàn)

點陣顯示控制板主要硬件有ＡＴ８９Ｃ５１，ＭＡＸ２３２，ＨＹ６２２５６Ａ，ＡＴ２８Ｃ２５６和ＥＰＭ７１２８－ＳＬＣ８組成．串口芯片ＭＡＸ２３２負責點陣顯示控制板和ＰＣＳｅｒｖｅｒ的通信．ＥＰＲＯＭ除了存放控制程序以外，還存儲了部分漢字和符號的點陣碼庫，Ｃ５１收到ＰＣ傳來的漢字內(nèi)碼后，會搜索這個點陣碼庫以得到相應的點陣碼．Ｃ５１并行輸出點陣碼，ＣＰＬＤ將接收的點陣碼串行輸出到ＤａｔａＨ和ＤａｔａＬ，并為點陣顯示屏提供同步移位脈沖信號Ｓｃｋ．

點陣顯示板的部分外圍電路是用ＣＰＬＤ設計的，ＣＰＬＤ（ｃｏｍｐｌｅｘｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｄｅｖｉｃｅ，復雜可編程邏輯電路）是在ＰＡＬ，ＧＡＬ等基礎上發(fā)展起來的一種具有豐富的可編程Ｉ／Ｏ引腳的可編程邏輯器件，幾乎所有應用門陣列、ＰＬＤ和中小規(guī)模通用數(shù)字集成電路的場合均可應用ＣＰＬＤ器件．ＣＰＬＤ同以往的ＰＡＬ，ＧＡＬ等相比較，具有集成度高、在線可編程、使用方便靈活的特點，且性價比合理；不但可實現(xiàn)常規(guī)的邏輯器件功能，還可實現(xiàn)復雜的時序邏輯功能．ＣＰＬＤ的應用使硬件開發(fā)更加靈活，可減輕系統(tǒng)開發(fā)時的電路調(diào)試強度，縮短開發(fā)周期，同時在硬件設計上有一定的保密性．

ＣＰＬＤ芯片選用Ａｌｔｅｒａ公司的ＭＡＸ７０００Ｓ系列器件ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８４，它有１２８個邏輯宏單元，邏輯門數(shù)為２５００門，在ＭＡＸ＋ＰＬＵＳＩＩ軟件環(huán)境下，采用ＶＨＤＬ和原理圖輸入相結(jié)合的方法進行設計．設計輸入完成后，進行整體的編譯和邏輯仿真，然后進行轉(zhuǎn)換、布局、布線、延時仿真生成配置文件，以４引腳的ＪＴＡＧ接口方式通過ＢｙｔｅＢｌａｓｔｅｒ電纜對ＣＰＬＤ進行在線編程（ＩＳＰ），完成結(jié)構(gòu)功能配置，實現(xiàn)其硬件功能，制成專用芯片．為了避免器件內(nèi)的設計被他人復制和取出，可通過對ＭＡＸ７１２８Ｓ內(nèi)部的一個保密位編程，對設計進行加密．當對器件重新編程時，保密位連同其他的編程數(shù)據(jù)均能擦除和重寫．ＭＡＸ７０００系列是工業(yè)界中速度快的高集成度可編程邏輯器件系列．它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖４所示．它們的輸入寄存器的建立時間非常短，能提供多個系統(tǒng)時鐘且有可編程的速度／功率控制．

４ＣＰＬＤ的設計實現(xiàn)

ＣＰＬＤ設計為總線方式，所有的功能模塊和指令控制器都掛在總線上，ＡＴ８９Ｃ５１通過ＡＬＥ，ＣＳ，ＲＤ，ＷＥ，Ｐ０口（數(shù)據(jù)地址復用），Ｐ２口（高地址）同芯片相連接，Ｃ５１可以通過讀／寫指令對訪問．如圖５所示，８根三態(tài)數(shù)據(jù)／地址復用總線，連接Ｃ５１的Ｐ０口，另有８根高地址總線連接Ｃ５１的Ｐ２口，實現(xiàn)Ｃ５１對ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８內(nèi)部模塊的讀寫操作．因為在項目中使用的是一個８×２的ＬＥＤ屏，每個８位移位寄存器對應一行ＬＥＤ顯示模塊．ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８內(nèi)部包含兩個８位移位寄存器，兩個８位移位寄存器的地址空間分別為０ｘＡ０００圖５ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８４同單片機接口原理圖和０ｘＡ００１．對０ｘＡ０００和０ｘＡ００１兩個地址的寫入，就可以把點陣碼鎖存在兩個８位移位寄存器中．移位控制端口的地址是０ｘＣ０００，Ｃ５１向０ｘＣ０００寫入指令后，鎖存在０ｘＡ０００和０ｘＡ００１兩個移位寄存器的數(shù)據(jù)串行輸出，并為點陣顯示屏提供同步脈沖信號．在ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８里設計一個８位計數(shù)器，當移位寄存器移動８位后，計數(shù)器會通知移位控制單元結(jié)束移位，準備下移位的到來．ＡＤ０～ＡＤ７是三態(tài)數(shù)據(jù)／地址復用總線，Ａ８￣Ａ１５是高８位地址總線，ＲＥＡＤ和ＷＲＩＴ是讀寫信號．

５ＡＴ８９Ｃ５１的程序?qū)崿F(xiàn)

圖６是點陣顯示控制板ＡＴ８９Ｃ５１的主程序．主程序開始初始化相應的軟硬件，然后進入主循環(huán)，等待ＰＣＳｅｒｖｅｒ通過串口傳送的數(shù)據(jù)．數(shù)據(jù)的接收和ＣＰＬＤ點陣緩存區(qū)的掃描觸發(fā)程序都是Ｃ５１的中斷程序．Ｃ５１通過中斷１接收ＰＣＳｅｒｖｅｒ傳送的數(shù)據(jù)，其主循環(huán)程序不斷檢查接收緩存區(qū)，如果接收到發(fā)給新的完整數(shù)據(jù)，就會根據(jù)數(shù)據(jù)查找點陣碼庫，并將新的點陣碼寫入ＣＰＬＤ點陣掃描緩存區(qū)，并觸發(fā)新一輪的ＣＰＬＤ點陣掃描．ＣＰＬＤ點陣掃描緩存區(qū)是在ＲＡＭ中內(nèi)建的一塊緩存數(shù)據(jù)區(qū)，其大小根據(jù)點陣顯示屏確定，點陣顯示屏的每個ＬＥＤ點對應內(nèi)存中的一位．

將點陣掃描中的部分固化在ＣＰＬＤ中后，與Ｃ５１相配合提高了Ｃ５１的處理速度．Ｃ５１在將點陣碼寫入相應緩存區(qū)后，只要向ＣＰＬＤ發(fā)出掃描觸發(fā)指令，具體的掃描工作將由ＣＰＬＤ硬件負責，點陣屏的掃描由Ｃ５１軟件實現(xiàn)變?yōu)椋茫校蹋挠布崿F(xiàn)，提高了掃描頻率和Ｃ５１的處理能力．

６結(jié)束語

由于功能強大、速度高、設計靈活等優(yōu)點，Ｃ