LED點(diǎn)陣顯示屏是顯示公共信息的一種重要顯示終端，其中大屏幕LED點(diǎn)陣顯示屏在許多場合得以應(yīng)用。大屏幕顯示所采用的技術(shù)比中小屏幕顯示難度更大，因?yàn)槠淦聊淮蟆ED點(diǎn)數(shù)多，要求在極短的時(shí)間內(nèi)刷新每個(gè)點(diǎn)，使得其掃描速率必須非常高，所以只有設(shè)計(jì)合理的控制電路才能達(dá)到這個(gè)要求。本文著重解決大屏幕LED點(diǎn)陣顯示這一技術(shù)難題。通過采用自頂向下的設(shè)計(jì)思想，綜合運(yùn)用高速CPLD、雙口RAM等技術(shù)和芯片，設(shè)計(jì)出了大、小屏幕皆適合的顯示控制電路。特別是利用單片機(jī)、CPLD與雙口RAM的無縫結(jié)合，將復(fù)雜的任務(wù)分配給不同的硬件處理，滿足了對實(shí)時(shí)性的要求。本系統(tǒng)不僅給大屏幕LED點(diǎn)陣顯示提供了優(yōu)良的控制電路，而且為CPLD器件和EDA技術(shù)提供了切實(shí)的應(yīng)用實(shí)例。其中，共享雙口RAM的應(yīng)用，為高速總線與低速總線的通信提供了一個(gè)新的解決方案。
1 硬件設(shè)計(jì)
顯示系統(tǒng)由信號(hào)處理電路和掃描電路兩大塊構(gòu)成，其系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，實(shí)際電路框圖如圖2所示。微處理器MCU采用8位單片機(jī)AT89C51，它通過串口接收來自PC機(jī)的待顯示數(shù)據(jù)。由于PC機(jī)串行總線標(biāo)準(zhǔn)RS232的邏輯電平與單片機(jī)電路使用的TTL電平不同，所以PC機(jī)與MCU之間的通信數(shù)據(jù)必須經(jīng)過RS232電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換。從PC機(jī)接收到的數(shù)據(jù)存放在8K字節(jié)的電可擦寫存儲(chǔ)器EEPROM 28C64中，這樣可方便地隨時(shí)修改待顯示的信息，并且在掉電情況下不至于丟失數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)軟件要進(jìn)行大批量的數(shù)據(jù)處理，所以擴(kuò)充了單片機(jī)緩存區(qū)大小，采用了8K字節(jié)的外部靜態(tài)RAM 6264。
1.1 雙口RAM的應(yīng)用
采用雙口RAM是本設(shè)計(jì)的一個(gè)主要特色。一般的RAM（如6116）只有一套地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，在同一時(shí)間只能執(zhí)行同一總線操作。而標(biāo)準(zhǔn)雙口RAM有左側(cè)和右側(cè)兩套地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，可供兩套總線對其進(jìn)行訪問。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)通過共享的雙口RAMIDT7132與CPLD通信，單片機(jī)將數(shù)據(jù)寫入IDT7132中，而CPLD則從IDT7132中讀取數(shù)據(jù)并通過掃描邏輯電路輸出出去。
由于CPLD掃描模塊可以達(dá)到很高的掃描速率，而單片機(jī)的運(yùn)行速度則相對較低，并且兩個(gè)模塊間需要有大量的數(shù)據(jù)交換，為此選擇雙口RAM芯片IDT7132SA35JS，它的速度等級(jí)是35ns，完全滿足兩個(gè)模塊實(shí)時(shí)通信的要求。雙口RAM是兩個(gè)數(shù)據(jù)模塊間的數(shù)據(jù)通道，必須是共享的，它在本設(shè)計(jì)中起到了關(guān)鍵作用。
1.2 基于CPLD的獨(dú)立掃描模塊
顯示部分的點(diǎn)陣模塊采用雙色LED共陰點(diǎn)陣模塊（實(shí)際上可顯示紅、黃、綠三色）。8塊8×8點(diǎn)陣模塊連接成32×32點(diǎn)陣。為易于控制，將公共接口作為行控制，且行的接地引腳經(jīng)過一個(gè)開關(guān)三極管接地（設(shè)計(jì)中簡稱行掃描管），實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)列的控制。因?yàn)橐粋€(gè)行掃描管同時(shí)控制著一行中多個(gè)LED的通斷，所以它承載較大電流。以每個(gè)發(fā)光二極管流過的電流為10mA計(jì)算，一個(gè)128列的點(diǎn)陣屏中，每個(gè)行掃描管所承受的電流是10mA×128＝1.28A，為此選用高速中功率達(dá)林頓管TIP127，它的集電極吸收電流最大可達(dá)5A，保證了行的驅(qū)動(dòng)能力。由于顯示點(diǎn)陣的每一行都需要用一個(gè)三極管來控制，所以32×32點(diǎn)陣共需要32個(gè)TIP127。
行掃描電路采用通用數(shù)字電路譯碼輸出來控制。在32×32點(diǎn)陣顯示時(shí)，掃描輸出需要大量的I/O端口，而ATMEL公司生產(chǎn)的CPLD芯片ATF1508AS15JC84（與ALTERA公司的MAX7128SLC84-15功能及封裝等完全兼容）的外部I/O端口不夠用，所以采用兩片CPLD，一片專用于行掃描，另一片用于讀取雙口RAM IDT7132中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行列掃描。
