基于CPLDR的LED点阵显示屏的设计.doc

基于CPLDR的LED点阵显示屏的设计LED显示以其组构方式灵活、亮度高、技术成熟、成本低廉等特点在证券、运动场馆及各种室内/外显示场合得到广泛的应用随着集成电路技术的发展，数字系统迅速朝更高集成度、超小型化、高性能、高可靠性和低功耗的方向发展用CPLD的引入，实现了LED屏自动扫描的功能，大幅提高LED屏的频率，同时分担了CPU 的任务，提高了CPU 的处理能力LED点阵显示屏使用高亮度LED发光管构成点阵，通过编程控制可以显示中英文字符、图形及视频动态图形1 LED 点阵显示屏驱动机制 在加油系统中引入了点阵显示，主要用来显示加油的价格和计量，也可以用来显示时间和广告用于发布消息、显示汉字的点阵式LED显示屏通常由若干块LED点阵显示模块组成；用于显示的88单色LED显示点阵模块，每块有64个LED；为了减少引脚且便于封装，LED显示点阵模块采用阵列形式排布，即在行列线的交点处接有显示LED因此，LED点阵显示模块的显示驱动只能采用动态驱动方式，每次最多只能点亮一行LED(共阳形式LED显示点阵模块)或一列LED(共阴形式LED显示点阵模块)微机通过总线操作控制来完成对每一个LED点阵显示模块内每个LED显示点的亮、暗控制操作以此类推，可实现整屏LED点阵的亮、暗控制，从而实现LED显示屏汉字或图像的显示控制操作 以一个由8个LED点阵显示模块组成的点阵显示屏为例(如图1)，移位寄存器的输入端是data引脚，pulse引脚接入移位寄存器的移位脉冲点阵显示控制板计算出显示图形的点阵码，通过控制data和pulse引脚，输入某行的数据，然后选通该行，LED显示屏将得到该行的点阵显示这样逐行扫描，得到整屏显示效果以显示“A7我”的图形为例，显示的点阵码是“/*-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行为例，其点阵数据是“00111100 00010000 00111000 00110000”。点阵显示控制板输出该数据和同步移位脉冲，图1上部的移位寄存器将接收“00111100 00010000 00111000 00110000”并锁存，然后LED显示板的第10行被选通，LED显示屏第10行显示如图点阵(黑方块)2 点阵显示系统的框架 点阵显示在船用加油系统中主要起到显示价格和体积的作用，要求实时性高，显示准确如图2所示，PC Server控制整个加油系统，通过一个PCI卡与船用加油系统通信PC Server实时地将显示信息传送给点阵显示控制板，点阵显示控制板接收显示数据并转化为点阵码，从而进一步控制LED点阵显示屏点阵码的移位和相应的行扫描是由CPLD开发的(如图3)3 点阵显示板的硬件实现 点阵显示控制板主要硬件有AT89C51，MAX232，HY62256A，AT28C256和EPM7128-SLC8组成串口芯片MAX232负责点阵显示控制板和PC Server的通信EPROM 除了存放控制程序以外，还存储了部分汉字和符号的点阵码库，C51收到PC传来的汉字内码后，会搜索这个点阵码库以得到相应的点阵码C51并行输出点阵码，CPLD 将接收的点阵码串行输出到DataH 和DataL，并为点阵显示屏提供同步移位脉冲信号Sck 点阵显示板的部分外围电路是用CPLD设计的，CPLD(complex programmable logic device，复杂可编程逻辑电路)是在PAL，GAL等基础上发展起来的一种具有丰富的可编程I/O引脚的可编程逻辑器件，几乎所有应用门阵列、PLD和中小规模通用数字集成电路的场合均可应用CPLD器件CPLD同以往的PAL，GAL等相比较，具有集成度高、在线可编程、使用方便灵活的特点，且性价比合理；不但可实现常规的逻辑器件功能，还可实现复杂的时序逻辑功能CPLD的应用使硬件开发更加灵活，可减轻系统开发时的电路调试强度，缩短开发周期，同时在硬件设计上有一定的保密性 CPLD芯片选用Altera公司的MAX7000S系列器件EPM7128SLC84，它有128个逻辑宏单元，逻辑门数为2500门，在MAX+PLUS II软件环境下，采用VHDL和原理图输入相结合的方法进行设计设计输入完成后，进行整体的编译和逻辑仿真，然后进行转换、布局、布线、延时仿真生成配置文件，最后以4引脚的JTAG 接口方式通过ByteBlaster下载电缆对CPLD进行在线编程(ISP)，完成结构功能配置，实现其硬件功能，制成专用芯片为了避免器件内的设计被他人复制和取出，可通过对MAX7128S内部的一个保密位编程，对设计进行加密当对器件重新编程时，保密位连同其他的编程数据均能擦除和重写MAX7000系列是工业界中速度最快的高集成度可编程逻辑器件系列它的系统结构如图4所示它们的输入寄存器的建立时间非常短，能提供多个系统时钟且有可编程的速度/功率控制4 CPLD的设计实现 CPLD设计为总线方式，所有的功能模块和指令控制器都挂在总线上，AT89C51通过ALE，CS，RD，WE，P0口(数据地址复用)，P2口(高地址)同芯片相连接，C51可以通过读/写指令对访问如图5所示，8根三态数据/地址复用总线，连接C51的P0口，另有8根高地址总线连接C51的P2口，实现C51对EPM7128SLC8内部模块的读写操作因为在项目中使用的是一个82的LED屏，每个8位移位寄存器对应一行LED显示模块EPM7128SLC8内部包含两个8位移位寄存器，两个8位移位寄存器的地址空间分别为0xA000图5 EPM7128SLC84同单片机接口原理图和0xA001对0xA000和0xA001两个地址的写入，就可以把点阵码锁存在两个8位移位寄存器中移位控制端口的地址是0xC000，C51向0xC000写入指令后，锁存在0xA000和0xA001两个移位寄存器的数据串行输出，并为点阵显示屏提供同步脉冲信号在EPM7128SLC8里设计一个8位计数器，当移位寄存器移动8位后，计数器会通知移位控制单元结束移位，准备下一次移位的到来AD0 AD7是三态数据/地址复用总线，A8A15是高8位地址总线，READ和WRIT是读写信号5 AT89C51的程序实现 图6是点阵显示控制板AT89C51的主程序主程序开始初始化相应的软硬件，然后进入主循环，等待PC Server通过串口传送的数据数据的接收和CPLD点阵缓存区的扫描触发程序都是C51的中断程序C51通过中断1接收PCServer传送的数据，其主循环程序不断检查接收缓存区，如果接收到发给新的完整数据，就会根据数据查找点阵码库，并将新的点阵码写入CPLD点阵扫描缓存区，并触发新一轮的CPLD点阵扫描CPLD点阵扫描缓存区是在RAM 中内建的一块缓存数据区，其大小根据点阵显示屏确定，点阵显示屏的每个LED点对应内存中的一位 将点阵扫描中的部分固化在CPLD中后，与C51相配合提高了C51的处理速度C51在将点阵码写入相应缓存区后，只要向CPLD发出扫描触发指令，具体的扫描工作将由CPLD硬件负责，点阵屏的扫描由C51软件实现变为CPLD硬件实现，提高了扫描频率和C51的处理能力6 结束语 由