基于CPLD的LED点阵显示控制器

　　原理图中包含5个模块，其中sequ模块产生读信号RDN和10位地址线(AD[9..0])中的最低位地址AD0，AD0和其它模块产生的地址配合，通过8位数据线(DATA[7..0])从存储器读出列高字节(AD0=1时)和低字节(AD0=0时)，由于16×16点阵字模数据为32个字节，每列含两个字节即16位，它由HOUT[7..0]和LOUT[7..0] 来构成;模块add16由adclk提供一个慢时钟构成16进制计数器，它的输出送给addr16模块，为变模计数器addr16提供一个模，通过模的规律变化以控制点阵按照左移或右移等显示方式进行显示;模块decode4_16是一个4—16译码器，其输出ROUT[15..0]连接到LED点阵的列，可选中16×16LED点阵的某列，并显示sequ模块输出的点阵高低字节(字模)数据;模块addr16为点阵显示控制的核心，为了实现点阵汉字从右到左逐列移动显示，它由add16模块提供的模，在addr16内部构成两个变模计数器，其中一个用来产生读字模数据的地址AD[4..1]，另外一个产生16×16LED点阵列扫描选择地址SUABAD[3..0]，列扫描选择地址由decode4_16译码后输出;模块addr1为字选择计数器，其输出可以控制多块LED显示器的显示及其显示方式。

　　控制核心模块addr16采用AHDL语言设计，在开发软件MAX+plus Ⅱ10.2中实现，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;

　　为了实现字符由右到左逐列移动显示，模块addr16内部设计了两个由add16控制的变模加法计数器，其中一个输出为ad[4..1](4位地址线)，另一个输出为subad[3..0](列扫描控制线)。

　　从程序可以看出，当模输入in[3..0]=0时，ad[4..1]=0，而subad[3..0]=15，此时ad[9..5]亦等于零，AD0在0和1间变化，即读出第一个字符的第一列并显示在LED的第16列;当模输入in[3..0]=1时，在记数脉冲AD0的作用下，ad[4..1]和subad[3..0]都为二进制加法计数器，但ad[4..1]由0加到1返回到0，同时subad[3..0]由14加到15返回到14，此时ad[9..5]仍然等于零，AD0在0和1间变化，即读出第一个字符的第一、二列并显示在LED的第15、16列…由此类推，可见当模块add16的加法记数输出由0变到15时，LED点阵字符将由左到右逐列移动显示。

　　以上程序在MAX+plusⅡ10.2上仿真验证结果如图3所示。由仿真结果可以看到，由计数模控制输入in[3..0]控制的两个变模计数器输出ad[4..1]和subad[3..0]的结果正确无误。

　　图3 addr16模块仿真时序图

　　在设计中，应注意模块sequ的记数时钟CLK频率的选择应远远大于模块add16的记数时钟adclk的频率，addr16的记数时钟为地址最低位AD0，字选择计数器的时钟脉冲为16进制模块add16的最高位OUT3。这样，ad[4..1]和subad[3..0]同步变化的足够快，在点阵LED上可以看到完整的字符，并当add16记数到15产生进位返回到0时，字选择模块addr1获得一个记数脉冲并加1(上升沿触发)，此后将显示下一个字符。

　　3、系统扩展

　　以上为显示单个字符系统，若要同时显示多个字符时，可以按照图1加入虚线框内部分，并且模块addr1设计成addr16的格式，把AD4作为addr1的记数脉冲即可。按照EPM7128SLC84—15的资源(64个I/O口，2个全局时钟，1个全局复位和5个可复用专用端口，5000个等效逻辑门，192个内部寄存器)，若不外部扩展译码器，可以有效控制约16个字符的显示;而采用外部译码器时，可以控制的字符数将大大增加，但须注意时钟CLK的频率需要提高，以视觉不能看到整个字符的闪烁为基准。

　　4、结论

　　以上点阵字符显示系统在开发软件MAX+plusⅡ10.2上经仿真验证无误，并且已经成功地应用在煤矿电力监控系统的大屏幕显示中。另外，由于器件含有丰富的可编程连线资源，当系统显示方式和显示字符个数变化时，只需要通过开发工具修改控制器的控制逻辑和连接关系，再将修改完成的程序通过下载电缆下载到器件即可，而电路板可以不做任何改动，可见，系统的维护和修改是极其方便和容易的。当然，由于CLPD的驱动能力有限，当点阵LED显示亮度不够时，需要添加LED驱动电路以得到合适的LED显示亮度。