基于CPLD的LED顯示控制板-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于CPLD的LED顯示控制板-設(shè)計(jì)應(yīng)用ＬＥＤ點(diǎn)陣顯示屏使用高亮度ＬＥＤ發(fā)光管構(gòu)成點(diǎn)陣，通過編程控制可以顯示中英文字符、圖形及視頻動(dòng)態(tài)圖形．ＬＥＤ顯示以其組構(gòu)方式靈活、亮度高、技術(shù)成熟、成本低廉等特點(diǎn)在證券、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館及各種室內(nèi)／外顯示場(chǎng)合得到廣泛的應(yīng)用．隨著集成電路技術(shù)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(shí)現(xiàn)了ＬＥＤ屏自動(dòng)掃描的功能，大幅提高ＬＥＤ屏的頻率，同時(shí)分擔(dān)了ＣＰＵ的任務(wù)，提高了ＣＰＵ的處理能力．

１ＬＥＤ點(diǎn)陣顯示屏驅(qū)動(dòng)機(jī)制

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

以一個(gè)由８?jìng)€(gè)ＬＥＤ點(diǎn)陣顯示模塊組成的點(diǎn)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(diǎn)陣顯示控制板計(jì)算出顯示圖形的點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)陣數(shù)據(jù)是“００１１１１０００００１００００００１１１０００００１１００００”。點(diǎn)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(diǎn)陣（黑方塊）．

２點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的框架

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

３點(diǎn)陣顯示板的硬件實(shí)現(xiàn)

點(diǎn)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(fù)責(zé)點(diǎn)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(chǔ)了部分漢字和符號(hào)的點(diǎn)陣碼庫，Ｃ５１收到ＰＣ傳來的漢字內(nèi)碼后，會(huì)搜索這個(gè)點(diǎn)陣碼庫以得到相應(yīng)的點(diǎn)陣碼．Ｃ５１并行輸出點(diǎn)陣碼，ＣＰＬＤ將接收的點(diǎn)陣碼串行輸出到ＤａｔａＨ和ＤａｔａＬ，并為點(diǎn)陣顯示屏提供同步移位脈沖信號(hào)Ｓｃｋ．

點(diǎn)陣顯示板的部分外圍電路是用ＣＰＬＤ設(shè)計(jì)的，ＣＰＬＤ（ｃｏｍｐｌｅｘｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｄｅｖｉｃｅ，復(fù)雜可編程邏輯電路）是在ＰＡＬ，ＧＡＬ等基礎(chǔ)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(yīng)用門陣列、ＰＬＤ和中小規(guī)模通用數(shù)字集成電路的場(chǎng)合均可應(yīng)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(diǎn)，且性價(jià)比合理；不但可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的邏輯器件功能，還可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的時(shí)序邏輯功能．ＣＰＬＤ的應(yīng)用使硬件開發(fā)更加靈活，可減輕系統(tǒng)開發(fā)時(shí)的電路調(diào)試強(qiáng)度，縮短開發(fā)周期，同時(shí)在硬件設(shè)計(jì)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?jìng)€(gè)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(jìn)行設(shè)計(jì)．設(shè)計(jì)輸入完成后，進(jìn)行整體的編譯和邏輯仿真，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換、布局、布線、延時(shí)仿真生成配置文件，以４引腳的ＪＴＡＧ接口方式通過ＢｙｔｅＢｌａｓｔｅｒ電纜對(duì)ＣＰＬＤ進(jìn)行在線編程（ＩＳＰ），完成結(jié)構(gòu)功能配置，實(shí)現(xiàn)其硬件功能，制成專用芯片．為了避免器件內(nèi)的設(shè)計(jì)被他人復(fù)制和取出，可通過對(duì)ＭＡＸ７１２８Ｓ內(nèi)部的一個(gè)保密位編程，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行加密．當(dāng)對(duì)器件重新編程時(shí)，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(shí)間非常短，能提供多個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘且有可編程的速度／功率控制．

４ＣＰＬＤ的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

ＣＰＬＤ設(shè)計(jì)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(fù)用），Ｐ２口（高地址）同芯片相連接，Ｃ５１可以通過讀／寫指令對(duì)訪問．如圖５所示，８根三態(tài)數(shù)據(jù)／地址復(fù)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(shí)現(xiàn)Ｃ５１對(duì)ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８內(nèi)部模塊的讀寫操作．因?yàn)樵陧?xiàng)目中使用的是一個(gè)８×２的ＬＥＤ屏，每個(gè)８位移位寄存器對(duì)應(yīng)一行ＬＥＤ顯示模塊．ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８內(nèi)部包含兩個(gè)８位移位寄存器，兩個(gè)８位移位寄存器的地址空間分別為０ｘＡ０００圖５ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８４同單片機(jī)接口原理圖和０ｘＡ００１．對(duì)０ｘＡ０００和０ｘＡ００１兩個(gè)地址的寫入，就可以把點(diǎn)陣碼鎖存在兩個(gè)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(gè)移位寄存器的數(shù)據(jù)串行輸出，并為點(diǎn)陣顯示屏提供同步脈沖信號(hào)．在ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８里設(shè)計(jì)一個(gè)８位計(jì)數(shù)器，當(dāng)移位寄存器移動(dòng)８位后，計(jì)數(shù)器會(huì)通知移位控制單元結(jié)束移位，準(zhǔn)備下移位的到來．ＡＤ０～ＡＤ７是三態(tài)數(shù)據(jù)／地址復(fù)用總線，Ａ８￣Ａ１５是高８位地址總線，ＲＥＡＤ和ＷＲＩＴ是讀寫信號(hào)．

５ＡＴ８９Ｃ５１的程序?qū)崿F(xiàn)

圖６是點(diǎn)陣顯示控制板ＡＴ８９Ｃ５１的主程序．主程序開始初始化相應(yīng)的軟硬件，然后進(jìn)入主循環(huán)，等待ＰＣＳｅｒｖｅｒ通過串口傳送的數(shù)據(jù)．?dāng)?shù)據(jù)的接收和ＣＰＬＤ點(diǎn)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(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)查找點(diǎn)陣碼庫，并將新的點(diǎn)陣碼寫入ＣＰＬＤ點(diǎn)陣掃描緩存區(qū)，并觸發(fā)新一輪的ＣＰＬＤ點(diǎn)陣掃描．ＣＰＬＤ點(diǎn)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(diǎn)陣顯示屏確定，點(diǎn)陣顯示屏的每個(gè)ＬＥＤ點(diǎn)對(duì)應(yīng)內(nèi)存中的一位．

將點(diǎn)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(diǎn)陣碼寫入相應(yīng)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(fù)責(zé)，點(diǎn)陣屏的掃描由Ｃ５１軟件實(shí)現(xiàn)變?yōu)椋茫校蹋挠布?shí)現(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(qiáng)大、速度高、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，Ｃ