CPLD(Complex programmable Logic Device，復(fù)雜可編程邏輯器件)是在傳統(tǒng)的PAL,、GAL基礎(chǔ)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(cè)控方面有非常廣泛的應(yīng)用，日前的CPLD普遍基于E2PROM和Flash電可擦除技術(shù),，可實(shí)現(xiàn)100次以上擦寫(xiě)循環(huán),。
CPLD選擇及其擴(kuò)展模塊的設(shè)計(jì)
由于TMS320LF2407A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(hào),。XC95144XL是Xilinx公司XC9500系列的一種,。它的性能指標(biāo)為；IO口可配置為3.3v或5v操作,。所有輸出都提供24mA驅(qū)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(xiàn)在系統(tǒng)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(chǔ)器接口實(shí)現(xiàn)的。我們通過(guò)/IS管腳將其擴(kuò)展到外部I/O空間,，數(shù)據(jù)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(yīng)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(dāng)CPLD確定鍵盤(pán)按鍵的數(shù)值后,，利用中斷將鍵值傳送到DSP中,。
CPLD硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖所示
CPLD的設(shè)計(jì)主要是利用CPLD對(duì)鍵盤(pán)、液晶和各種狀態(tài)指示燈進(jìn)行控制,。由于TMS320LF2407A的I/O管腳和各種特殊功能是復(fù)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(fèi),，所以我們?cè)谒鼈冎虚g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(duì)較低的速度下實(shí)現(xiàn)的，這對(duì)于高速數(shù)據(jù)處理的DSP來(lái)說(shuō)是無(wú)法接受的,，我們?cè)O(shè)計(jì)的主要用意是：
對(duì)于LCD顯示,，我們將DSP中的數(shù)據(jù)發(fā)送到CPLD，然后DSP去做其他的事情,，而后續(xù)顯示的任務(wù)由CPLD完成,，CPLD將在LCD允許的速度下對(duì)其進(jìn)行操作即可達(dá)到顯示目的。
對(duì)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(shù)操作，這樣的話(huà)并不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度,。
液晶顯示模塊硬件設(shè)計(jì)
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(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)說(shuō),，液晶顯示模塊主要功能是顯示系統(tǒng)的采樣速率及試樣所受的應(yīng)力值,。為了解決快速DSP和慢速外設(shè)之問(wèn)接口的問(wèn)題，根據(jù)上述分析系統(tǒng)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(shù)據(jù)送給CPLD,，然后DSP去做其他的事情，而后續(xù)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(shù)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(shù)字和一些標(biāo)識(shí)符號(hào)。
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(qū)動(dòng)器及必要的連接件,、結(jié)構(gòu)件裝配而成,，可以顯示數(shù)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(cè)量數(shù)據(jù),，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(dú)特的硬件初始值設(shè)置功能,，顯示驅(qū)動(dòng)所需的參數(shù)如占空比系數(shù)。驅(qū)動(dòng)傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)/行及字符的字體選擇等均由引腳電平設(shè)置,，這樣初始化在上電時(shí)就已經(jīng)基本設(shè)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(shè)計(jì)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(xiàn)圖形拷貝操作,。它采用T6963C內(nèi)核控制器,，圖2為液晶顯示模塊硬件設(shè)計(jì)的原理圖。
電平轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換芯片來(lái)完成從3.3V到5V之間的相互轉(zhuǎn)換,。選擇的電平轉(zhuǎn)換芯片是TI公司的SN74LVC4245A芯片,，這個(gè)芯片的數(shù)據(jù)傳輸方向是雙向的，在引腳DIR的作用下,，既可以實(shí)現(xiàn)從3.3v向5v轉(zhuǎn)換,，也可以實(shí)現(xiàn)從5v向3.3v轉(zhuǎn)換。
為了液晶模塊能夠正確的工作,，液晶需要上電復(fù)位,。本設(shè)計(jì)中采用的字體是8×8點(diǎn)，所以在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)將FS引腳拉低,。
在硬件設(shè)計(jì)時(shí),，我們需要注意的問(wèn)題是：
(1)在VDD對(duì)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(fù)位腳/RST接一個(gè)復(fù)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(duì)其進(jìn)行復(fù)位,，使得可以是液晶進(jìn)行定時(shí)刷新,，預(yù)防一些其他干擾；
(3)在做實(shí)驗(yàn)時(shí),，F(xiàn)G(鐵框地線(xiàn),、不能懸空，暫時(shí)與數(shù)字地連接,。
鍵盤(pán)硬件設(shè)計(jì)
鍵盤(pán)在信號(hào)采集系統(tǒng)中是一個(gè)很關(guān)健的部件,，它能向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能,，是人工干預(yù)系統(tǒng)的主要手段,，本系統(tǒng)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(shù)字鍵,，上翻,，下翻鍵，編程鍵,，輸入鍵,，擦除鍵，點(diǎn)號(hào)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。
圖3為鍵盤(pán)設(shè)計(jì)的硬件原理圖,。
鍵盤(pán)工作原理
按鍵設(shè)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(dāng)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(shí)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(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置,。
結(jié)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(zhuǎn)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(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了一種新的思路,。