毕业论文——基于CPLD技术的大型广告牌制作 (2).doc

1、 毕业论文 毕业论文题目 : 基于 CPLD 技术的 大型 广告牌 制作 学生姓名 : 学号 : 系 (院 ):信息工程学院物理系 专业 :电子信息科学与技术 班级 : 指导教师姓名及职称 : 起止时间 :20XX 年 12 月 20XX 年 5 月 2 基于 CPLD 技术的 大型 广告牌 制作 摘要： 本文详细 介 绍了基于单片机 89S52 和复杂逻辑器件 EPM712884-15 的 LED 点阵式汉字显示系统的硬件结构、功能特点、显示数据的处理方式、软件框图，并给出部分程序。该系统能完成时间显示、汉字动画处理、循环显示等功能。 关键词： 单 片机 、 复杂逻辑器件 、 LED 点阵

2、A large scale of billboard production bases on CPLD Abstract: The thesis introduces detailed the hardware structure, functional features, the ways to deal with the demonstration data, software frame of the LED lattice character system which bases on the monolithic integrated circuit 89S52 and the co

3、mplex logical appliance. Meanwhile, it shows partial procedures. This system can complete such functions as: displaying the time; handling the cyclic display of character and so on. Key words: Monolithic integrated circuit; Complex logical component; LED lattice 3 目录 前言 3 1. 原理 图 4 2. 硬件部分 6 2.1 单片机

4、 AT89S52 6 2.2 CPLD EPM7128SL 6 2.2.1 介绍 CPLE 的技术 6 2.2.2 EPM7128SL的主要特征及工作 方式 7 2.3 MAX+PLUS 9 2.3.1 74154 集成电路 9 2.3.2 列驱动所需逻辑功能的实现 9 2.3.3 行驱动所需逻辑功能的实现 10 2.3.4 行 驱动电路 10 2.3.5 列 驱动电路 12 2.4 ISP 下载线 13 2.5 三色点阵 14 2.6 系统字库数据存储部 EEPROM AT24C64 16 2.7 电源 16 3.软件部分 16 3.1 静态字的显示原理 16 3.2 移动字的显示原理 17

5、 3.3 字模取模 17 4.总结 18 致谢 19 参考文献 20 附录程序 21 前言 4 现在流行的 LED 显示屏多采用扫描显示方式扫描显示的原理是基于人眼的视觉暂留效应，各显示行 (列 )轮流 显示，只要刷新频率不小于 24 帧 s，人眼感觉到的将是完整的图象不论图形还是文字，只要控制其组成这些图形或文字的各个点所对应的 LED 器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，显示的方法有静态驱动显示和动态扫描显示两种。同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式，这种显示方法需要扩展单片机的端口，设计出来的实物不论从体积还是从经济上都很庞大。所以，在设计时，我们采用动态扫描显示方法。动

6、态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样各列就可以公用一个列驱动器，就 16 x16 的点阵来说，把所有同一行的发光管的阳 极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起，通过单片机送出对应第 1 行发光管亮灭的数据给锁存器锁存，选通第 1 行并使其燃亮一定时间， 然后熄灭：再送出第 2 行数据并锁存，选通第 2 行使其燃亮相同的时间，然后熄灭； 照此 类推，第 16 行之后，又重新燃亮 第 1 行，反复轮回。当这样轮回的速度足够快 时 (每秒 24 次以上 )，由于人眼 视觉 的 暂留现象，就能看到显示屏上稳定 不闪烁 的图形了。采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用

7、一个列驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中。显示时要把一行中各列的数据都传送到相 应的列驱动器上去，从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。而采用 8 位并行总线片选芯片的方法来完成列数据的传输 . 单片机采用 89S52， 晶振采用 24MHz，以提高刷新的频率使显示更稳定。 P1 口输出行号经 EPM7128-84-15 译码后，产生行选通信号送入显示器的行 (发光二极管的阳极 )进行轮流显示。单片机的 P0 口用于发送 8位列数据 , P2 口输出行号经 E

8、PM7128-84-15 译码后产生 列选通信号 ,进行列芯片选通 . 在 一般的比较小的广告牌里面，只需要有到单片机的 I/O 口，就可以制作成。不过在我们的 32*64 的三色 大型组合 点阵中 ， 要通过 CPLD 技术来作扩展，重难度上也增加了不少。 单片机 P1 口输出行号经 EPM7128-84-15 译码后选通第一行 , P0 口发送 8 位显示数据到列驱动芯片 TIPC8B273, P2 口输出行号经EPM7128-84-15 译码后产生列驱动芯片选通信号 ,进行列芯片选通 .选中的芯片会把 8 位列列显示数据锁存到列驱动输出 I/O 口上 .驱动三色点阵的列 .因为一行有64

9、 个点而一块驱动芯 片是 8 位 .所以选通第一行后要送 8 个 8 位列显示数据到列驱动芯片 TIPC8B273 完成一行的显示 .32*64 三色点阵一共有 32 行 .所以要循环32 次。 1 原理 图： 如图 1.1 该显示牌由显示模块、控制模块、行驱动模块、列驱动模块、 ISP 下载线接口、电源组成。能够显示三种颜色（红、黄、橙） ;存储 200 个汉字。文字和图片能向左移动和向上移动 . 5 显示模块： 由 32 块 8*8 的双色点阵组成； 控制模块： 用 89S52 作为控制核心（有 8K 的 FLASH ROM）； 行驱动电路： 由 EPM7128-15 可编程逻辑器件及 达

10、林顿管 tipc127 驱动放大电路构成； 列驱动电路： 由两组 (红色一组、黄色一组 ) TIPC6B273 及 EPM7128-15 可编程逻辑器件构成， ISP 下载线接口： 是用下载程序的，方便显示内容的更改。 电源： 是用开关电源来供电的 通过在电脑中输入想要显示的内容，用字模转换软件提取字模。将字模复制到程序中，更改程序中的字符数，重新编译。然后通过 ISP 下载线直接下载到单片机里面。这样三色广告牌能从右到左和从下到上显示刚才输入的文字。 图 1.1 6 1.2 原来框图 2.硬件部分 该三色广告牌 ，主要由 单片机 AT89S52,基于 CPLD 技术的 EPM7128SL，

11、MAX+PLUS的 逻辑 电路 功能实现， ISP 下载线接口， 32块 8 8的 三 色点阵，用于存方字库的 EEPROMAT24c64, 输出 5v 的直流开关电源 所组成。 2.1 单片机 AT89S52 核心芯片采用 ATMEL公司的 51系列单机AT89S52，该芯片带有 8K 的程序程序存贮空间， 256 字节的 RAM，六个中断源，带有 ISP监控程序，可在线下载。 其中 P2.5-P2.0 口是行驱动 ,选择任一行亮 ,P2.4 控制前 16 行的开关允许 ,P2.5 控制后16行的开关允许 ; P1.4-P1.0 口是列驱动 ,锁存任一点阵数据 ,P1.4 是锁存的开关允许

12、,0 开 ,1 关 . P0作为数据输出口 ; P3.3,P3.4 分别是 EEPROM 的 SDA 和 SCL 口 . 7 2.2 CPLD EPM7128SL 2.2.1 CPLE 技术 随着大规模集成电路和单片机的迅速发展，复杂可编程逻辑器件 (CPLD)具有使用灵活、可靠性高、功能强大的优点，在电子产品设计中得到了广泛的应用。 CPLD可实现在系统编程，重复多次，而且还兼容 IEEE1149 1(JTAG)标准的测试激励端和边界扫描能力，若使 用 CPLD器件进行开发，不仅可以提高系统的集成化程度、可靠性和可扩充性，而且还可大大缩短产品的设计周期。由于 CPLD采用连续连接结构，易于预

13、测延时，从而使电路仿真更加准确。 CPLD是标准的大规模集成电路产品，可用于各种数字逻辑系统的设计。近年来，随着采用先进的集成工艺和大批量生产， CPLD器件成本不断下降，集成密度、速度和性能都大幅度提高，这样一个芯片就可以实现一个复杂的数字电路系统；再加上使用方便的开发工具，给设计修改带来很大方便 。 2.2.2. EPM7128SL的主要特征 及工作方式 EPM7128SL是 Ahera公司生产的 CPLD芯片，该芯片密度为 6000门，有 60个专用 I O 口， PLCC84封装，正常工作温度范围 0 70 。该 CPLD芯片内部 结构如图 1所示。 从图中可以看出，该芯片内部由逻辑阵

14、列模块、可编程 I O单元和可编程连线阵列三部分组成。每个逻辑阵列模块中包含 16个宏单元，共 128个宏单元。可编程 I O单元能兼容 TrI L和 CMOS多种接口和电压标准，可配置为输入、输出、双向、集电极开路和三态等形式，能提供适当的驱动电流，以降低功耗，防止过冲 和减少电源噪声。可编程连线阵列在各个逻辑 宏单元之间以及逻辑宏单元与 I O单元之间提供信号连接。 8 图中的数字代表芯片的引脚号，其中 1、 2、 83、 84 为全局输入引脚 . GCLK(83)：全局时钟脚，这个脚的驱动能力最强，到所有逻辑单元的延时基本相同，所以如系统有外部时钟输入，建议定义此脚为时钟输入脚。 OE1

15、(84)：全局输出使能 ,如有三态输出，建议由此脚来控制（也可由内 部逻辑产生输出使能信号），优点和用法同上。 OE2/GCLK2(2)：全局输出使能 /全局时钟脚，两者皆可。 GCLRn(1)：全局清零，如有寄存器清零，建议由此脚来控制（也 可由内部逻辑产生清零信号），优点和用法同上。 9 如图示板上留有下载插口 FC1(针对 PLCC84 的插座中 CPLD 芯片 )，你只要把随配的ByteblasterMV 电缆的 10PIN 端插入下载插口 FC1,另一端连接到电脑并口上（有时为了方便操作，可以通过并口延长线公头接电脑并口，母头接 ByteblasterMV 的公头）就可以在线编 2.

16、3 MAX+PLUS 2.3.1 74154 集成电路 的真值表 2.3.2列驱动所需逻辑功能的实现 如图， p14 口产生 片选信号， 当片选信号是 1 的时候，集成块 74154 不工作 ；当片选信号是 0的时候，集成块 74154 工作，此时 A B C D 口输入信号，输出端才有对应的输出信号。输入和输出的具体参数，如 2.3.1 74154 集成电路 的真值表 所示。 在集成块输出端接反相器的原因：是因为片选信号是低电平触发 ， 输出的信号为低电平，而 TPIC273 工作时有片 损 ，需要高电平驱动 。 10 2.3.3行驱动所需逻辑功能的实现 如图所示，此部分主要由两块 7415

17、4 集成块成，使用两块集成块的原因是为了控制点阵三种 颜色的显示 。 P24 口产生片选信号，控制上面 74154 集成块的工作状态，当片选 信号是 1 的时候，集成块 74154 不工作；当片选信号是 0的时候，集成块 74154 工作，此时 A B C D 口输入信号，输出端才有对应的输出信号。输入和输出的具体参数，如 2.3.1 74154 集成电路 的真值表所示。 P25 口产生片选信号，控制 下 面 74154 集成块的工作状态，当片选信号是 1 的时候，集成块 74154 不工作；当片选信号是 0的时候，集成块 74154 工作，此时 A B C D 口输入信号，输出端才有对应的输

18、出信号。输入和输出的具体参数，如 2.3.1 74154 集成电路 的真值表所示。 2.3.4行驱动电路 TIP122 的参数 ： 名 称 封装 极性 功 能 耐 压 电 流 功 率 配对管 TIP122 28 NPN 音频功放开关 100V 5A 65W TIP127 TIP122 的工作原理： 1我们先简单分析，如图当 TIP122 的 B 极输入高电平的时候， TIP122 三极管就导通，所以 C E 极就导通了，在三极管的 E 极连接控制着点阵中的一个小点（它是由一个红色二极管，一个绿色二极管组成的），这时 E 极是高电平，锁存器 就控制左发光二极管的导通。当 R 处单独导通时，二极管发出红色光；当 G处单独导通时，二极管发出绿色光；当 R G 处同时导通时，二极管发出蓝色光。