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(shè)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(shè)計，使結(jié)構(gòu)簡單，修改功能方便，同時充分利用了單片機實現(xiàn)多任務(wù)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(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)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(yīng)的應(yīng)用軟件四部分構(gòu)成。如圖1所示控制系統(tǒng)負責接收、轉(zhuǎn)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(shè)計

　　控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案很多，本設(shè)計采用單片機+CPLD的方案進行設(shè)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，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(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，不僅可實現(xiàn)常規(guī)的邏輯器件功能，還可以實現(xiàn)復(fù)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(shè)計和現(xiàn)場對系統(tǒng)進行修改、調(diào)試、升級。本設(shè)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(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 CPLD 的通信示意圖

　　2 屏幕掃描邏輯的設(shè)計

　　2.1 屏幕掃描邏輯的設(shè)計思路

　　LED顯示屏驅(qū)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(nèi)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(qū)動器。

　　行掃描電路由譯碼器構(gòu)成，逐行掃描信號。從行開始，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(yīng)像素就可以由列驅(qū)動信號點亮。當一行的掃描持續(xù)時間結(jié)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，又從行開始下一個周期的掃描。

　　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(wù)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(wù)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

　　2.3 CPLD的程序設(shè)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(qū)動寄存模塊等組成。程序結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 CPLD 的模塊化設(shè)計框圖

　　3 結(jié)語

　　本設(shè)計采用以單片機89C51為基礎(chǔ)，結(jié)合CPLD簡化了系統(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、擴展方便等優(yōu)點，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。

參考文獻:

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