基于CPLD的LED點(diǎn)陣顯示控制器

　　原理圖中包含5個(gè)模塊，其中sequ模塊產(chǎn)生讀信號(hào)RDN和10位地址線(AD[9..0])中的最低位地址AD0，AD0和其它模塊產(chǎn)生的地址配合，通過(guò)8位數(shù)據(jù)線(DATA[7..0])從存儲(chǔ)器讀出列高字節(jié)(AD0=1時(shí))和低字節(jié)(AD0=0時(shí))，由于16×16點(diǎn)陣字模數(shù)據(jù)為32個(gè)字節(jié)，每列含兩個(gè)字節(jié)即16位，它由HOUT[7..0]和LOUT[7..0] 來(lái)構(gòu)成;模塊add16由adclk提供一個(gè)慢時(shí)鐘構(gòu)成16進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它的輸出送給addr16模塊，為變模計(jì)數(shù)器addr16提供一個(gè)模，通過(guò)模的規(guī)律變化以控制點(diǎn)陣按照左移或右移等顯示方式進(jìn)行顯示;模塊decode4_16是一個(gè)4—16譯碼器，其輸出ROUT[15..0]連接到LED點(diǎn)陣的列，可選中16×16LED點(diǎn)陣的某列，并顯示sequ模塊輸出的點(diǎn)陣高低字節(jié)(字模)數(shù)據(jù);模塊addr16為點(diǎn)陣顯示控制的核心，為了實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣漢字從右到左逐列移動(dòng)顯示，它由add16模塊提供的模，在addr16內(nèi)部構(gòu)成兩個(gè)變模計(jì)數(shù)器，其中一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生讀字模數(shù)據(jù)的地址AD[4..1]，另外一個(gè)產(chǎn)生16×16LED點(diǎn)陣列掃描選擇地址SUABAD[3..0]，列掃描選擇地址由decode4_16譯碼后輸出;模塊addr1為字選擇計(jì)數(shù)器，其輸出可以控制多塊LED顯示器的顯示及其顯示方式。

　　控制核心模塊addr16采用AHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)，在開(kāi)發(fā)軟件MAX+plus Ⅱ10.2中實(shí)現(xiàn)，程序如下所示。

　　SUBDESIGN addr16

　　(

　　ckdsp,reset,in[3..0]:INPUT;

　　ad[4..1],subad[3..0]:OUTPUT;

　　)

　　VARIABLE

　　reg1[3..0]: DFF;

　　reg2[3..0]: DFF;

　　reg3[3..0]: DFF;

　　BEGIN

　　reg1[].clk=ckdsp;

　　reg1[].clrn=reset;

　　reg2[].clk=ckdsp;

　　reg2[].clrn=reset;

　　reg3[].clk=!ckdsp;

　　reg3[].clrn=reset;

　　reg2[].d=15-in[];

　　if reg1[].q>=in[] then

　　reg1[].d=0;

　　else

　　reg1[].d=reg1[].q+1;

　　end if;

　　ad[]=reg1[];

　　reg3[].d=reg1[].q+reg2[].q;

　　subad[]=reg3[].q;

　　END;

　　為了實(shí)現(xiàn)字符由右到左逐列移動(dòng)顯示，模塊addr16內(nèi)部設(shè)計(jì)了兩個(gè)由add16控制的變模加法計(jì)數(shù)器，其中一個(gè)輸出為ad[4..1](4位地址線)，另一個(gè)輸出為subad[3..0](列掃描控制線)。

　　從程序可以看出，當(dāng)模輸入in[3..0]=0時(shí)，ad[4..1]=0，而subad[3..0]=15，此時(shí)ad[9..5]亦等于零，AD0在0和1間變化，即讀出第一個(gè)字符的第一列并顯示在LED的第16列;當(dāng)模輸入in[3..0]=1時(shí)，在記數(shù)脈沖AD0的作用下，ad[4..1]和subad[3..0]都為二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，但ad[4..1]由0加到1返回到0，同時(shí)subad[3..0]由14加到15返回到14，此時(shí)ad[9..5]仍然等于零，AD0在0和1間變化，即讀出第一個(gè)字符的第一、二列并顯示在LED的第15、16列…由此類推，可見(jiàn)當(dāng)模塊add16的加法記數(shù)輸出由0變到15時(shí)，LED點(diǎn)陣字符將由左到右逐列移動(dòng)顯示。

　　以上程序在MAX+plusⅡ10.2上仿真驗(yàn)證結(jié)果如圖3所示。由仿真結(jié)果可以看到，由計(jì)數(shù)模控制輸入in[3..0]控制的兩個(gè)變模計(jì)數(shù)器輸出ad[4..1]和subad[3..0]的結(jié)果正確無(wú)誤。

　　圖3 addr16模塊仿真時(shí)序圖

　　在設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意模塊sequ的記數(shù)時(shí)鐘CLK頻率的選擇應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于模塊add16的記數(shù)時(shí)鐘adclk的頻率，addr16的記數(shù)時(shí)鐘為地址最低位AD0，字選擇計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖為16進(jìn)制模塊add16的最高位OUT3。這樣，ad[4..1]和subad[3..0]同步變化的足夠快，在點(diǎn)陣LED上可以看到完整的字符，并當(dāng)add16記數(shù)到15產(chǎn)生進(jìn)位返回到0時(shí)，字選擇模塊addr1獲得一個(gè)記數(shù)脈沖并加1(上升沿觸發(fā))，此后將顯示下一個(gè)字符。

　　3、系統(tǒng)擴(kuò)展

　　以上為顯示單個(gè)字符系統(tǒng)，若要同時(shí)顯示多個(gè)字符時(shí)，可以按照?qǐng)D1加入虛線框內(nèi)部分，并且模塊addr1設(shè)計(jì)成addr16的格式，把AD4作為addr1的記數(shù)脈沖即可。按照EPM7128SLC84—15的資源(64個(gè)I/O口，2個(gè)全局時(shí)鐘，1個(gè)全局復(fù)位和5個(gè)可復(fù)用專用端口，5000個(gè)等效邏輯門，192個(gè)內(nèi)部寄存器)，若不外部擴(kuò)展譯碼器，可以有效控制約16個(gè)字符的顯示;而采用外部譯碼器時(shí)，可以控制的字符數(shù)將大大增加，但須注意時(shí)鐘CLK的頻率需要提高，以視覺(jué)不能看到整個(gè)字符的閃爍為基準(zhǔn)。

　　4、結(jié)論

　　以上點(diǎn)陣字符顯示系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)軟件MAX+plusⅡ10.2上經(jīng)仿真驗(yàn)證無(wú)誤，并且已經(jīng)成功地應(yīng)用在煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的大屏幕顯示中。另外，由于器件含有豐富的可編程連線資源，當(dāng)系統(tǒng)顯示方式和顯示字符個(gè)數(shù)變化時(shí)，只需要通過(guò)開(kāi)發(fā)工具修改控制器的控制邏輯和連接關(guān)系，再將修改完成的程序通過(guò)下載電纜下載到器件即可，而電路板可以不做任何改動(dòng)，可見(jiàn)，系統(tǒng)的維護(hù)和修改是極其方便和容易的。當(dāng)然，由于CLPD的驅(qū)動(dòng)能力有限，當(dāng)點(diǎn)陣LED顯示亮度不夠時(shí)，需要添加LED驅(qū)動(dòng)電路以得到合適的LED顯示亮度。