基于cpld點陣電子顯示屏的設計

1、應用技術研究 陳 霞 女 工學碩士 電氣工程系講師 肖 穎 女 電氣工程系講師 基于 基于 CPLD 點陣電子顯示屏的設計 點陣電子顯示屏的設計 陳霞 肖穎 [文章摘要 文章摘要] 本文介紹了以 AT-89S52 單片機為控制核心，基于 CPLD 獨立掃描的實用、高效的智能型 LED大屏幕顯示屏系統(tǒng)設計方法。 [關 鍵 詞] MCU、點陣 LED、CPLD 社會的信息化，促進了顯示技術的發(fā)展，LED大屏幕點陣顯示系

2、統(tǒng)作為一項高科技產品已經漸漸融入了人們的生活。與傳統(tǒng)的顯示媒體相比，由于其亮度高、動態(tài)影像顯示效果好、耗能少、使用壽命長、顯示內容多樣、顯示方式靈活、性價比高等優(yōu)勢，已經開始廣泛應用于各行各業(yè)。采用單片機控制的 LED 點陣顯示屏顯示形式美觀大方，顯示內容靈活可變，具有低功耗，結構簡單，操作方便等優(yōu)點，已廣泛應用于銀行，證券，影視，體育和公路交通等各個方面，顯示了其良好的市場前景。 1 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)總體框圖 整個顯示系統(tǒng)可以分為①

3、CPU 主控電路部分②串行數據的傳送和時序控制部分 ③CPLD 行列譯碼掃描部分④實時時鐘控制電路部分⑤與 PC 機串口通訊部分⑥按鍵控制電路部分⑦三極管驅動電路部分⑧點陣顯示部分。 圖 1 系統(tǒng)總體框圖 2 各單元電路設計 單元電路設計 2.1 掃描控制邏輯設計 掃描控制邏輯設計 對大型 LED 點陣顯示屏而言，由于其數據量大，必須有很快的刷新頻率，如刷新速度跟不上，會造成點陣屏畫面晃動和閃爍。解決這個問題有很多方法，例如，采用

4、PC 機的 DMA 控制器來提高數據傳輸速率，采用并行數據傳輸方式，分單元多CPU 控制方式等等。我們采用 CPU 控制，采用超大規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵衅鰿PLD構成行掃描和列控制模塊，利用 VHDL 語言設計控制邏輯，串行列數據分時傳輸，行掃描的方式，可充分發(fā)揮 CPLD 和數字電路 EDA 設計的優(yōu)勢，硬件電路設計簡單可靠，具有極高的穩(wěn)定性。從而使整個顯示屏可以順序工作，并利用 CPU 控制掃描頻率，實現了屏幕無閃爍顯示。 本 設 計

5、采 用 具 有 160 個 I/O 端 口 的EPM7128SQC160-10 芯片，只用一片 CPLD 芯片，通 過 簡 單 的 編 程 模 擬 8 片 74LS595 和 一 片74LS154，內部邏輯如圖 2 所示。 列數據傳輸控制電路是由單片機輸出的顯示信息串行輸入到 CPLD， 用 VHDL 語言編寫其總線讀邏輯，在 CPLD 芯片中實現八片 8 位 3 態(tài)串行輸入、并行輸出，帶鎖存功能的移位寄存器，完成數據的串并轉換， 由

6、CPLD 的 64 列數據輸出控制 LED點陣的 64 列。 在圖 2 由 CPLD 實現的八片 74LS595的內部邏輯中，L1-L64 為列選通控制信號輸出，RCK、SCK、SCLR 是由單片機送來得控制信號，RCK 為鎖存控制信號， SCK 為時鐘控制信號， SCLR為清零信號，各片的 RCK、SCK、SCLR 均接在一起，Si 接單片機的掃描數據輸出， 第一片 74LS595（由 CPLD 實現） 移位輸出端接第二片 74LS5

7、95 的數據輸入 Si2，八片進行級連，實現一次掃描一個字節(jié)，即八位并行輸出和串行移位功能。 3 路中加入 DS18B20，同時顯示實時溫度。只要占用CPU 一個口線即可。 2.5 單片機 單片機與 PC 機通信單元設計 機通信單元設計 2.5.1 通信單元 通信單元電路 電路組成 組成 本單元主要有兩部分組成：上位機、下位機與電纜的接口，中間為電平轉換電路。 該系統(tǒng)采用三線制，獨占 CPU 串口方式。 RS－232 信號的電平

8、和單片機串口信號的電平不一致，必須進行二者之間的電平轉換，在此使用的集成電平轉換芯片MAX232 為 RS－232C/TTL 電平轉換芯片。它只使用單＋5V 電源，配接 4 個 1μF 電解電容即可完成 RS－232 電平與 TTL 電平之間的轉換。其電路原理如圖 5 所示。轉換完畢的串口信號 TXD、RXD 直接和89C51 的串行口連接。 2.5.2 2.5.2 通信協(xié)議 通信協(xié)議 本系統(tǒng)中 PC 機承擔主控任務， 單片機接受 PC

9、機指令， 并根據指令控制顯示信息， 修改顯示內容。我們采用 RS－232 串口異步通信，1 位起始位，8位數據位， 1 位停止位， 無奇偶校驗， 波特率 9600b／s，傳輸數據采用 ASCII 模式。PC 機傳送控制信息和數據，控制信息包括修改顯示參數、修改顯示方式。同時 PC 機能向單片機傳送顯示內容。下位機按接收到的指令工作。如果主控機發(fā)出錯誤的指令，將不做任何控制，并顯示 Error 提示，1 秒鐘后自動返回。 2.6 鍵盤控制

10、電路設計 鍵盤控制電路設計 本系統(tǒng)設置三個按鍵（k1、k2、k3）分別來控制時間、日期、滾屏顯示以及時間的調整，系統(tǒng)默認的狀態(tài)是顯示時間。首先進行鍵盤掃描判斷 k1鍵是否按下，如果 k1 鍵按下并且只按一下則進入日期顯示狀態(tài)，當按兩下則進入信息的順序滾屏顯示狀態(tài)，如果沒有按下則判斷 k2 鍵是否按下，當k2 鍵按下則進入時間、日期的設置狀態(tài)。K3 鍵的作用是當調整時間時，完成時間和日期的累加，直到調整到需要的時間和日期為止。 3 軟件設

11、計 軟件設計 軟件設計采用了模塊化設計， 全部用C51編程。整個軟件系統(tǒng)簡潔明了，而且具有良好的擴展性。整個軟件系統(tǒng)包括主程序、 行列控制邏輯 CPLD 程序、時鐘控制子程序和 PC 機串行通信子程序四大模塊。主程序負責鍵盤處理、顯示刷新、信息調用與傳輸控制。 4 結論 結論 本 16×64 點陣系統(tǒng)具有按鍵切換、顯示屏亮度連續(xù)可調、信息上下左右滾屏顯示、預存信息定時循環(huán)顯示，利用 DS1302 實現實時時間顯示等功能，并能通

12、過 PC 機串口直接對顯示信息進行控制更新，具有刷新速度快、亮度高、功耗低等特點。 參考文獻 參考文獻 [1]王松武，于鑫，武思軍.電子創(chuàng)新設計與實踐.北京：國防工業(yè)出版社。 [2] 林明權、 馬維旻： VHDL 數字控制系統(tǒng)設計范例[M]，北京，電子工業(yè)出版社。 [3] 潘松、黃繼業(yè), 《EDA 技術實用教程》, 北京：科學出版社。 [4] 廖裕評、 陸瑞強， 《 CPLD 數字電路設計——使用 MAX＋plus II》 北京：清華大