基于CPLD的LED點陣顯示控制器

　　原理圖中包含5個模塊，其中sequ模塊產生讀信號RDN和10位地址線(AD[9..0])中的最低位地址AD0，AD0和其它模塊產生的地址配合，通過8位數據線(DATA[7..0])從存儲器讀出列高字節(AD0=1時)和低字節(AD0=0時)，由于16×16點陣字模數據為32個字節，每列含兩個字節即16位，它由HOUT[7..0]和LOUT[7..0] 來構成;模塊add16由adclk提供一個慢時鐘構成16進制計數器，它的輸出送給addr16模塊，為變模計數器addr16提供一個模，通過模的規律變化以控制點陣按照左移或右移等顯示方式進行顯示;模塊decode4_16是一個4—16譯碼器，其輸出ROUT[15..0]連接到LED點陣的列，可選中16×16LED點陣的某列，并顯示sequ模塊輸出的點陣高低字節(字模)數據;模塊addr16為點陣顯示控制的核心，為了實現點陣漢字從右到左逐列移動顯示，它由add16模塊提供的模，在addr16內部構成兩個變模計數器，其中一個用來產生讀字模數據的地址AD[4..1]，另外一個產生16×16LED點陣列掃描選擇地址SUABAD[3..0]，列掃描選擇地址由decode4_16譯碼后輸出;模塊addr1為字選擇計數器，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語言設計，在開發軟件MAX+plus Ⅱ10.2中實現，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;

　　為了實現字符由右到左逐列移動顯示，模塊addr16內部設計了兩個由add16控制的變模加法計數器，其中一個輸出為ad[4..1](4位地址線)，另一個輸出為subad[3..0](列掃描控制線)。

　　從程序可以看出，當模輸入in[3..0]=0時，ad[4..1]=0，而subad[3..0]=15，此時ad[9..5]亦等于零，AD0在0和1間變化，即讀出第一個字符的第一列并顯示在LED的第16列;當模輸入in[3..0]=1時，在記數脈沖AD0的作用下，ad[4..1]和subad[3..0]都為二進制加法計數器，但ad[4..1]由0加到1返回到0，同時subad[3..0]由14加到15返回到14，此時ad[9..5]仍然等于零，AD0在0和1間變化，即讀出第一個字符的第一、二列并顯示在LED的第15、16列…由此類推，可見當模塊add16的加法記數輸出由0變到15時，LED點陣字符將由左到右逐列移動顯示。

　　以上程序在MAX+plusⅡ10.2上仿真驗證結果如圖3所示。由仿真結果可以看到，由計數模控制輸入in[3..0]控制的兩個變模計數器輸出ad[4..1]和subad[3..0]的結果正確無誤。

　　圖3 addr16模塊仿真時序圖

　　在設計中，應注意模塊sequ的記數時鐘CLK頻率的選擇應遠遠大于模塊add16的記數時鐘adclk的頻率，addr16的記數時鐘為地址最低位AD0，字選擇計數器的時鐘脈沖為16進制模塊add16的最高位OUT3。這樣，ad[4..1]和subad[3..0]同步變化的足夠快，在點陣LED上可以看到完整的字符，并當add16記數到15產生進位返回到0時，字選擇模塊addr1獲得一個記數脈沖并加1(上升沿觸發)，此后將顯示下一個字符。

　　3、系統擴展

　　以上為顯示單個字符系統，若要同時顯示多個字符時，可以按照圖1加入虛線框內部分，并且模塊addr1設計成addr16的格式，把AD4作為addr1的記數脈沖即可。按照EPM7128SLC84—15的資源(64個I/O口，2個全局時鐘，1個全局復位和5個可復用專用端口，5000個等效邏輯門，192個內部寄存器)，若不外部擴展譯碼器，可以有效控制約16個字符的顯示;而采用外部譯碼器時，可以控制的字符數將大大增加，但須注意時鐘CLK的頻率需要提高，以視覺不能看到整個字符的閃爍為基準。

　　4、結論

　　以上點陣字符顯示系統在開發軟件MAX+plusⅡ10.2上經仿真驗證無誤，并且已經成功地應用在煤礦電力監控系統的大屏幕顯示中。另外，由于器件含有豐富的可編程連線資源，當系統顯示方式和顯示字符個數變化時，只需要通過開發工具修改控制器的控制邏輯和連接關系，再將修改完成的程序通過下載電纜下載到器件即可，而電路板可以不做任何改動，可見，系統的維護和修改是極其方便和容易的。當然，由于CLPD的驅動能力有限，當點陣LED顯示亮度不夠時，需要添加LED驅動電路以得到合適的LED顯示亮度。