一種基于CPLD的DSP人機接口模塊設計

CPLD(Complex programmable Logic Device，復雜可編程邏輯器件)是在傳統的PAL、GAL基礎上發(fā)展而來(lái)的，具有多種工作方式和高集成、高速、高可靠性等明顯的特點(diǎn)。

在超高速領(lǐng)域和實(shí)時(shí)測控方面有非常廣泛的應用，日前的CPLD普遍基于E2PROM和Flash電可擦除技術(shù)，可實(shí)現100次以上擦寫(xiě)循環(huán)。

CPLD選擇及其擴展模塊的設計

由于A(yíng)是3.3v電平供電的，所以CPLD我們也選擇3.3v電平供電的XL型號。XC95144XL是Xilinx公司 XC9500系列的一種。它的性能指標為;IO口可配置為3.3v或5v操作。所有輸出都提供24mA驅動(dòng)能力;XC295144XL有100個(gè)宏單元、 3200個(gè)可用門(mén)和144個(gè)寄存器;實(shí)現在系統編程，所有器件都支持IEEE1149(JTAG)邊界掃描，最小編程/擦除周期為10000次。

其中，DSP(Digital Signal Processor)與CPLD的連接是通過(guò)DSP的外部存儲器接口實(shí)現的。我們通過(guò)/IS管腳將其擴展到外部I/O空間，數據總線(xiàn)的高8位和地址總線(xiàn)的低8位與CPLD相連，并且我們將DSP的CLKOUT引腳與CPLD的IO/GCK2連接，為CPLD提供時(shí)鐘源，由干CLKOUT輸出的頻率非常高，所以DSP與CPLD的連線(xiàn)應該盡量短，而且要做一些抗干擾的處理，XINT2是DSP的中斷引腳，它的作用是當CPLD確定鍵盤(pán)按鍵的數值后，利用中斷將鍵值傳送到DSP中。

CPLD硬件結構設計如圖所示

CPLD的設計主要是利用CPLD對鍵盤(pán)、液晶和各種狀態(tài)指示燈進(jìn)行控制。由于的I/O管腳和各種特殊功能是復用的，如果將鍵盤(pán)、LCD顯示以及各種狀態(tài)指示燈直接和DSP相連的話(huà)，這將造成它的極大浪費，所以我們在它們中間用CPLD作為橋梁。

另一更為重要的原因是鍵盤(pán)和LCD顯示是在一個(gè)相對較低的速度下實(shí)現的，這對于高速數據處理的DSP來(lái)說(shuō)是無(wú)法接受的，我們設計的主要用意是：

對于LCD顯示，我們將DSP中的數據發(fā)送到CPLD，然后DSP去做其他的事情，而后續顯示的任務(wù)由CPLD完成，CPLD將在LCD允許的速度下對其進(jìn)行操作即可達到顯示目的。

對于鍵盤(pán)，我們將鍵盤(pán)的各種處理進(jìn)行完之后通過(guò)中斷來(lái)通知DSP，然后DSP進(jìn)行取數操作，這樣的話(huà)并不會(huì )影響到整個(gè)系統的運行速度。 function ImgZoom(Id)//重新設置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w

液晶顯示模塊硬件設計

由于LCD具有低功耗、體積小、質(zhì)量輕、超薄等諸多其他顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，它廣泛用干各種智能型儀器和低功耗電子產(chǎn)品中。對于數據采集系統來(lái)說(shuō)，液晶顯示模塊主要功能是顯示系統的采樣速率及試樣所受的應力值。為了解決快速DSP和慢速外設之問(wèn)接口的問(wèn)題，根據上述分析系統采用了以CPLD為橋梁的液晶顯示模塊。其主要的工作流程是：DSP把顯示的數據送給CPLD，然后DSP去做其他的事情，而后續顯示的任務(wù)將在LCD允許的速度下得到顯示。

液晶顯示模塊選擇

數顯液晶模塊：這是一種由段型液晶顯示器件與專(zhuān)用的集成電路組裝成一體的功能部什，只能顯示數字和一些標識符號。

液晶點(diǎn)陣字符模塊：它由點(diǎn)陣字符液晶顯示器件和專(zhuān)用的行列驅動(dòng)器及必要的連接件、結構件裝配而成，可以顯示數字和西文字符，一般本身具有字符發(fā)生器。這種模塊的點(diǎn)陣排列是由5×7成5 x 8,5×1的一組像素點(diǎn)陣排列而成的。每組為一位，每位間有一點(diǎn)間隔，每行間也有一點(diǎn)的間隔，所以不能顯示圖形。

直剪儀數據采集系統的顯示特點(diǎn)是不僅能顯示模擬拉剪的過(guò)程，也要能顯示中文、西文操作菜單和各種測量數據，所以以上兩種液晶顯示模塊均不符合本儀器的顯示要求。

我們選用的是大連東福的EDM240128F點(diǎn)陣圖形LCD。它的最大特點(diǎn)是具有獨特的硬件初始值設置功能，顯示驅動(dòng)所需的參數如占空比系數。驅動(dòng)傳輸的字節數/行及字符的字體選擇等均由引腳電平設置，這樣初始化在上電時(shí)就已經(jīng)基本設置完成，軟件操作的主要精力就可以全部用于顯示畫(huà)面的設計上了，可以圖形方式、文本方式及圖形和文本合成方式進(jìn)行顯示，以及文本方式下的特征顯示，還可以實(shí)現圖形拷貝操作。它采用T6963C內核控制器，圖2為液晶顯示模塊硬件設計的原理圖。

電平轉換芯片的選擇

由于CPLD為3.3V的器件，而LCD是5V的器件。所以為了CPLD和LCD之間的電平匹配，需要借助電平轉換芯片來(lái)完成從3.3V到5V之間的相互轉換。選擇的電平轉換芯片是TI公司的SN74LVC4245A芯片，這個(gè)芯片的數據傳輸方向是雙向的，在引腳DIR的作用下，既可以實(shí)現從 3.3v向5v轉換，也可以實(shí)現從5v向3.3v轉換。

為了液晶模塊能夠正確的工作，液晶需要上電復位。本設計中采用的字體是8×8點(diǎn)，所以在硬件電路設計時(shí)將FS引腳拉低。

在硬件設計時(shí)，我們需要注意的問(wèn)題是：

(1)在VDD對地(Vss)間接0.1u左右電容去耦，接10u或20u電容濾波;

(2)模塊的復位腳/RST接一個(gè)復位電路，而且我們也將/RST與CPLD相連，這樣我們也可以利用DSP對其進(jìn)行復位，使得可以是液晶進(jìn)行定時(shí)刷新，預防一些其他干擾;

(3)在做實(shí)驗時(shí)，FG(鐵框地線(xiàn)、不能懸空，暫時(shí)與數字地連接。

鍵盤(pán)硬件設計

鍵盤(pán)在信號采集系統中是一個(gè)很關(guān)健的部件，它能向系統輸入數據、傳送命令等功能，是人工干預系統的主要手段，本系統所用鍵盤(pán)是常用的4×4矩陣式鍵盤(pán)。

16個(gè)鍵盤(pán)有0～9數字鍵，上翻，下翻鍵，編程鍵，輸入鍵，擦除鍵，點(diǎn)號健等。鍵盤(pán)的行線(xiàn)和列線(xiàn)分圳連接CPLD的一個(gè)I/O引腳。鍵盤(pán)的行線(xiàn)上有一個(gè)2.7k的上拉電阻將行線(xiàn)所連接的CPLD的I/O引腳上拉直高電平。

鍵盤(pán)工作原理

按鍵設置在行、列線(xiàn)空點(diǎn)上，行、列線(xiàn)分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。行線(xiàn)通過(guò)上拉電阻接到3.3v上。平時(shí)無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，行線(xiàn)處于高電平狀態(tài)，而當有按鍵按下時(shí)，行線(xiàn)的電平狀態(tài)將由與此行線(xiàn)相連的列線(xiàn)電平?jīng)Q定。列線(xiàn)電平如果為低，則行線(xiàn)電平亦為低，列線(xiàn)電平如果為高，則行線(xiàn)電平亦為高。這一點(diǎn)是識別矩陣鍵盤(pán)按鍵是否按下的關(guān)鍵所存。由于矩陣鍵盤(pán)中行、列線(xiàn)為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。因此各按鍵彼此將互相影響，所以必須將行、列線(xiàn)信號配合起來(lái)并作適當的處理，才能確定閉合鍵的位置。

結語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單介紹了TI16位控制器DSP與液晶顯示模塊及鍵盤(pán)模塊之間的接口方案.利用了CPLD來(lái)進(jìn)行邏輯轉換和控制。提供了一種高速器件和慢速接口直接的連接方法，通過(guò)這個(gè)接口方案研究，為以后系統的開(kāi)發(fā)提供了一種新的思路。