基于CPLD的LED顯示屏控制系統(tǒng)的設計

摘要：文章主要闡述以單片機+CPLD的方案進行的LED大屏幕顯示控制系統(tǒng)的設計。以單片機作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信控制和擴展其它功能，CPLD作為顯示屏正常動態(tài)顯示的硬件控制，采用模塊化的設計，使結構簡單，修改功能方便，同時充分利用了單片機實現(xiàn)多任務的特點，便于功能擴展，硬件電路簡單。

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、耐沖擊和性能穩(wěn)定、組態(tài)靈活等優(yōu)點迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領域得到了廣泛的應用。

LED大屏幕顯示屏主要由點陣或象素陣列、控制系統(tǒng)和傳輸接口以及相應的應用軟件四部分構成。如圖1所示控制系統(tǒng)負責接收、轉換和處理各種外部信號以一定的規(guī)律和方式將信號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（見圖1）。

圖1控制系統(tǒng)框圖

1控制系統(tǒng)的硬件設計

控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案很多，本設計采用單片機+CPLD的方案進行設計（如圖2）。

圖2控制系統(tǒng)的硬件框圖

單片機主要實現(xiàn)通信控制，既可以將存儲器中的數(shù)據(jù)讀取出來送往PC機，也可以將PC機編輯好的信息經(jīng)過處理后存于存儲器中，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的功能是從存儲器中讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸送到屏體上，同時產(chǎn)生控制信號（見圖2）。

1。1主控單片機電路

主CPU采用AT89C51單片機，外擴一片74LS573實現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址總線的分離，用以與RAM進行信息通訊，串口與PC上位機連接。單片機電路主要負責整個系統(tǒng)的初始化、顯示方式的處理、以及與PC機的通信等工作。主單片機電路原理圖如圖3。

圖3單片機原理電路

1。2復雜可編程邏輯器件CPLD

CPLD復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，不僅可實現(xiàn)常規(guī)的邏輯器件功能，還可以實現(xiàn)復雜而獨特的時序邏輯功能。而且具有在系統(tǒng)可編程功能，便于進行系統(tǒng)設計和現(xiàn)場對系統(tǒng)進行修改、調試、升級。本設計中CPLD就是用來實現(xiàn)控制系統(tǒng)中的時序產(chǎn)生部分，并且協(xié)助對兩片輔助RAM進行讀寫。結構示意圖如圖4所示。

圖4CPLD的通信示意圖

2屏幕掃描邏輯的設計

2。1屏幕掃描邏輯的設計思路

LED顯示屏驅動電路主要采用動態(tài)掃描顯示，動態(tài)掃描顯示是在一個比較短的時間周期內將LED顯示屏上需要發(fā)光的像素逐行分別點亮。動態(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動器。

行掃描電路由譯碼器構成，逐行掃描信號。從第一行開始，按順序依次對各行進行掃描。一旦該行選通，這一行上的相應像素就可以由列驅動信號點亮。當一行的掃描持續(xù)時間結束后，下一行以同樣的方法進行顯示。在1/16掃描方式中，就是把16行都掃過一遍之后，又從第一行開始下一個周期的掃描。

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

2。2主控電路的程序流程

主單片機的主要功能是接受上位機下載的顯示數(shù)據(jù)，向屏體提供顯示數(shù)據(jù)和各種控制信號，軟件由主程序和中斷服務程序兩部分組成，主程序負責進行顯示，按要求讀出顯示數(shù)據(jù)并產(chǎn)生需要的控制信號；中斷服務程序解決與上位機進行通信的問題（見圖5、6）。

圖5主單片機控制程序圖

2。3CPLD的程序設計框圖

對CPLD的程序編寫采用模塊化編程方式。整個程序由數(shù)據(jù)發(fā)生模塊、地址譯碼模塊、移位時鐘發(fā)生模塊、行選掃描模塊、列驅動寄存模塊等組成。程序結構如圖6所示。

圖6CPLD的模塊化設計框圖

3結語

本設計采用以單片機89C51為基礎，結合CPLD簡化了系統(tǒng)結構，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、擴展方便等優(yōu)點，使調試和維修變得更加方便。CPLD具有在線可編程的功能，通過軟件對CPLD重新配置，可以實現(xiàn)對不同規(guī)格的控制，使系統(tǒng)具有通用性和擴展性。