基于CPLD的LED顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：文章主要闡述以單片機(jī)+CPLD的方案進(jìn)行的LED大屏幕顯示控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。以單片機(jī)作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信控制和擴(kuò)展其它功能，CPLD作為顯示屏正常動(dòng)態(tài)顯示的硬件控制，采用模塊化的設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，修改功能方便，同時(shí)充分利用了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的特點(diǎn)，便于功能擴(kuò)展，硬件電路簡(jiǎn)單。

LED大屏幕顯示屏以亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定、組態(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn)迅速成長(zhǎng)為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

LED大屏幕顯示屏主要由點(diǎn)陣或象素陣列、控制系統(tǒng)和傳輸接口以及相應(yīng)的應(yīng)用軟件四部分構(gòu)成。如圖1所示控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收、轉(zhuǎn)換和處理各種外部信號(hào)以一定的規(guī)律和方式將信號(hào)傳送到顯示屏上顯示。作為顯示屏的核心部分，控制系統(tǒng)直接決定了顯示屏的顯示效果，也決定了顯示屏性能的優(yōu)劣（見(jiàn)圖1）。

圖1控制系統(tǒng)框圖

1控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案很多，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)+CPLD的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)（如圖2）。

圖2控制系統(tǒng)的硬件框圖

單片機(jī)主要實(shí)現(xiàn)通信控制，既可以將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)讀取出來(lái)送往PC機(jī)，也可以將PC機(jī)編輯好的信息經(jīng)過(guò)處理后存于存儲(chǔ)器中，以方便控制系統(tǒng)的下一步處理。屏幕掃描邏輯采用CPLD為核心，CPLD的功能是從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸送到屏體上，同時(shí)產(chǎn)生控制信號(hào)（見(jiàn)圖2）。

1。1主控單片機(jī)電路

主CPU采用AT89C51單片機(jī)，外擴(kuò)一片74LS573實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址總線的分離，用以與RAM進(jìn)行信息通訊，串口與PC上位機(jī)連接。單片機(jī)電路主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的初始化、顯示方式的處理、以及與PC機(jī)的通信等工作。主單片機(jī)電路原理圖如圖3。

圖3單片機(jī)原理電路

1。2復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD

CPLD復(fù)雜可編程邏輯器件是一種具有豐富的可編程引腳的可編程邏輯器件，不僅可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的邏輯器件功能，還可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜而獨(dú)特的時(shí)序邏輯功能。而且具有在系統(tǒng)可編程功能，便于進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改、調(diào)試、升級(jí)。本設(shè)計(jì)中CPLD就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中的時(shí)序產(chǎn)生部分，并且協(xié)助對(duì)兩片輔助RAM進(jìn)行讀寫。結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4CPLD的通信示意圖

2屏幕掃描邏輯的設(shè)計(jì)

2。1屏幕掃描邏輯的設(shè)計(jì)思路

LED顯示屏驅(qū)動(dòng)電路主要采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，動(dòng)態(tài)掃描顯示是在一個(gè)比較短的時(shí)間周期內(nèi)將LED顯示屏上需要發(fā)光的像素逐行分別點(diǎn)亮。動(dòng)態(tài)掃描顯示方式采用多行（16行即1/16掃描方式）的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。

行掃描電路由譯碼器構(gòu)成，逐行掃描信號(hào)。從第一行開(kāi)始，按順序依次對(duì)各行進(jìn)行掃描。一旦該行選通，這一行上的相應(yīng)像素就可以由列驅(qū)動(dòng)信號(hào)點(diǎn)亮。當(dāng)一行的掃描持續(xù)時(shí)間結(jié)束后，下一行以同樣的方法進(jìn)行顯示。在1/16掃描方式中，就是把16行都掃過(guò)一遍之后，又從第一行開(kāi)始下一個(gè)周期的掃描。

屏幕刷新頻率關(guān)系到屏幕顯示效果的好壞，從數(shù)據(jù)更新的角度來(lái)講，掃描時(shí)鐘頻率越高，留給數(shù)據(jù)更新的時(shí)間就越少，不利于系統(tǒng)刷新；掃描時(shí)鐘頻率越低，掃描時(shí)間越長(zhǎng)，將引起屏幕閃爍。一般來(lái)講，這個(gè)刷新頻率不能低于50HZ（幀頻），否則，會(huì)產(chǎn)生屏幕閃爍現(xiàn)象。

2。2主控電路的程序流程

主單片機(jī)的主要功能是接受上位機(jī)下載的顯示數(shù)據(jù)，向屏體提供顯示數(shù)據(jù)和各種控制信號(hào)，軟件由主程序和中斷服務(wù)程序兩部分組成，主程序負(fù)責(zé)進(jìn)行顯示，按要求讀出顯示數(shù)據(jù)并產(chǎn)生需要的控制信號(hào)；中斷服務(wù)程序解決與上位機(jī)進(jìn)行通信的問(wèn)題（見(jiàn)圖5、6）。

圖5主單片機(jī)控制程序圖

2。3CPLD的程序設(shè)計(jì)框圖

對(duì)CPLD的程序編寫采用模塊化編程方式。整個(gè)程序由數(shù)據(jù)發(fā)生模塊、地址譯碼模塊、移位時(shí)鐘發(fā)生模塊、行選掃描模塊、列驅(qū)動(dòng)寄存模塊等組成。程序結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6CPLD的模塊化設(shè)計(jì)框圖

3結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)采用以單片機(jī)89C51為基礎(chǔ)，結(jié)合CPLD簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減小了控制板面積，降低了系統(tǒng)的功耗和干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并具有分布靈活、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)，使調(diào)試和維修變得更加方便。CPLD具有在線可編程的功能，通過(guò)軟件對(duì)CPLD重新配置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同規(guī)格的控制，使系統(tǒng)具有通用性和擴(kuò)展性。