用CPLD设计LED显示屏控制电路

引言
近年来，随着计算机技术和集成电路技术的飞速发展，得到广泛应用的大屏幕显示系统当属视频LED显示系统。在LED显示技术中，由于红色、绿色发光二极管的亮度、光效色差等性能也得到了很大的提高，加之计算机多媒体制作软件的发展，现在伪彩视频LED显示系统的制造成本大大降低，应用领域不断增加。这种伪彩色视频LED显示系统采用了计算机多媒体技术，全同步动态显示视频图像，图像清晰，亮度高，无拼缝，每种颜色的视频灰度等级已经由早期的16级灰度上升现在的256灰度，随着大规模集成电路和专用元器件的发展，256级灰度的全彩色视频LED显示系统随时都可能实现。
LED电子显示技术发展迅速，已成为当今平板显示领域的主导之一。本文着重介绍用M4A5-128P64-10VC设计LED显示屏的控制电路。
1　LED显示屏的构成
在LED显示系统中，点阵结构单元为其基本构成。每个显示驱动单元又是若干个8×8点阵的LED显示模块组成。通过多个显示驱动板拼装在一起，构成一个数平方米的显示屏，能用来显示各种文字、图像。LED显示屏包括计算机视频采集电路、控制电路、驱动电路及电源等，如图1所示。


LED显示屏具有红、绿两种基色，每基色256级灰度，像素节距为7.62mm,像素在水平方向可达成1024点，垂直方向可达成768点。
2　LED电子显示屏特点
LED显示屏是由若干个显示单元拼接而成的，其显示方式采用LED点阵与计算机显示器屏幕相映射的原理，即LED点阵的一个像素点对应着计算机显示屏的一个像素点，例如计算机屏幕上的画面按分辨率分为640列、480行，即LED显示屏上640×480个点阵单元，每个点阵单元又包括红、绿、蓝三种发光二极管，这三种发光二极管发出三种颜色的光混色后得到人眼所感觉到颜色，根据光学三基色原理，我们只采集计算机屏幕上的每一点的图像进行数字化并分解为红、绿、蓝三种信号，经过系统处理后，传递到LED点阵屏幕上的点阵单元中，分别驱动相对应颜色的发光二极管，即实现了计算机屏幕在LED点阵屏幕上的映射。
3　LED电子显示屏驱动原理
在大多数LED显示系统中，都采用刷新式驱动方法，即对每块LED显示驱动单元列向锁存数据，在行向进行扫描，根据LED显示驱动板结构，采用1P16扫描占空比。
我们所设计的LED显示驱动板驱动电路用两片74HC595组成4:16线行译码器，它提供整个扫描电路所需行信号，同时也用74HC595芯片来作串行移位寄存器，它将系统传来的串行数据移位变成并行信号输出，这样驱动列需要提供串行移位时钟、并行锁入信号和输出使能信号，行扫描需要串行数据输入和串行移位时钟信号，如图2所示。因此我们需要设计一个时序控制电路。

4　结语
M4A5—128P64—10VC是Lattice公司生产的CPLD器件，有128宏单元、64个IPO引脚。Lattice公司开发软件ispDesignEXPERT中集成了设计输入、编译、验证和编程全部工作。首先进行设计输入，即可直接绘制原理图，也可用VHDL语言编程。我们需要从10MHz时钟源得到100KHz信号用VHDL语言在VHDLMODULE文本编辑器中编写一个名为F100K.HDL文件如下：


设计文件输入以后进行编译，然后用户可以调整管脚分配，编译通过，即可对芯片编程。用Byte-Blaster下载电缆把计算机并行口与PCB上的JTAG插座连接起来，通电后对已安装好的芯片编程。
实践表明，用Lattice公司生产的M4A5-128P64-10VC设计的电路达到了设计要求。