基于CPLD的LED点阵控制单元

基于CPLD的汉字LED点阵控制单元报告人：汪睿

项目概述报告内容1

CPLD整体方案2

各模块功能介绍3

综合仿真

4

上电测试5项目概述

本项目要实现的主要功能是：首先，单片机通过SPI总线从字模芯片中取出汉字的编码，然后通过IIC总线将汉字编码送到CPLD芯片，CPLD通过IIC模块接收编码，然后通过解码模块进行解码，解码后的数据存储到CPLD内部RAM中，最后由显示控制模块将RAM中的数据送到LED点阵上显示。

我主要负责的是CPLD芯片的设计，包括模块划分、RTL代码编写（约700行）、综合布线、布局布线后仿真以及上电调试。单片机字模芯片CPLD16*64LED点阵其它设备项目概述CPLD引脚分配图CPLD与LED点阵行、列信号联接电路整体功能

CPLD采用的是Lattice公司的LCMXO2-1200-4TG100C型，包含1280个LUT，64个宏单元，7个9Kbit的EBR以及内部时钟单元OSCI，封装方式TQFP100。CPLD的主要功能模块有IIC通讯模块、数据解码模块、RAM以及显示控制模块，采用的内部时钟（2.08MHz）。首先，IIC通讯模块接收IIC总线上的数据，并将数据送到数据解码模块。数据解码模块对数据进行解码操作，并在LOAD信号的下降沿将解码后的数据送到RAM储存起来。显示模块将RAM中的数据送到LED的行和列进行显示，显示方式采用逐行扫描（1/16）。IIC通讯模块数据解码模块SDASCLRAM显示控制模块行信号列信号CPLD整体功能框图地址管脚LOADRSTOSCICLKIIC通讯模块

IIC通讯模块负责接收单片机送过来的汉字编码。首先，在等待状态判断IIC总线上的START信号（SCL为高，SDA出现下降沿）。检测到START后，开始接收8bit的地址数据，将接收到的地址与地址管脚对比，如果地址正确则反馈一个应答ACK，否则返回等待。然后开始持续接收数据，每接收一个字节Byte，反馈一个应答ACK，并将接收到的Byte送到解码模块。这个过程一直持续到IIC总线出现STOP（SCL为高，SDA出现下降沿），则停止接收数据并返回到等待状态。整个过程通过状态机来实现。START地址匹配等待YesNoACK数据接收（Byte）送入解码应答STOPNoYes数据解码模块012...7byte1byte2...byte15byte16byte17byte18...byte31一个汉字显示在16*16点阵上。IIC总线按照右图顺序传送显示信息，第一个字节是第一列的0到7行，第二个字节是第二列的0到7行，......，第三十二个字节是第十五列的8到15行。所以要实现行扫描显示，必须对接收到的数据进行重构，类似于解码操作。

IIC通讯模块送过来的字节数据首先按顺序存入寄存器A中，当寄存器A存满16个字节时，立刻将寄存器A中数据复制到寄存器B，然后寄存器A继续按顺序接收后面的数据。寄存器B收到寄存器A复制的数据后，开始将每个字节的第一个bit存入Block1的地址0，将每个字节的第二个bit存入Block1的地址1，直到将寄存器B中数据全部写入Block1中。然后第二次寄存器A复制到寄存器B的数据写入到Block2中。依次下去......Block1是RAM0中地址0到15部分，Block2是RAM0中地址16到31部分，......，Block8是RAM3中地址16到31部分。RAM0到RAM3分别对应4个汉字的显示信息。数据解码模块01234567Byte1Byte2Byte3IIC寄存器A...Byte1501234567Byte1Byte2Byte3...Byte15寄存器BBlock1Block3Block2Block4Block5Block6Block7Block8模块构成：寄存器A、寄存器B、4个16*16RAMRAM0RAM1RAM2RAM3Block101234567...15A0A1...A7数据解码模块Block1Block3Block2Block4Block5Block6Block7Block8RAM0RAM1RAM2RAM30123...63A0A1...A1516*64RAMLOAD当LOAD信号下降沿到来后，将RAM0到RAM3中的数据依次合并，然后写入RAM的对应地址中。例如，RAM0中地址0的数据+RAM1中地址0的数据+RAM2中地址0的数据+RAM3中地址0的数据=写入RAM地址0的数据。直到数据全部写入RAM。显示控制模块0123...63A0A1...A1516*64RAM16*64LED点阵L0L1...L15采用逐行扫描的方式进行显示。首先选中地址A0，然后读取RAM中地址A0的值，同时选通点阵的L0行，然后地址A0的值送到LED的列管脚，等待一段时间。选中地址A1，读取A1的值，选通L1行，将值送到LED列管脚，等待一段时间。依次循环往复，实现逐行扫描。综合仿真使用Synplify进行代码综合，然后编写激励文件testbench，使用Active—HDL进行综合后仿真，仿真结果和预期一致。使用Lattice的Diamond软件进行布局布线，然后使用Modelsim进行布局布线后仿真，仿真结果和预期一致。上电测试如图，编写单片机程序让前面两个字不变，后面两个字交替变化，显示结果完全正确。Thankyou！Q&A第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的影响进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理指示功率pi

：按示功图计算的功率理论功率Ps、PT：按理论循环计算的功率

Ps(PT)<pi轴功率P：压缩机轴的输入功率绝热指示效率等温指示效率机械效率总效率（绝热、等温）二、实际工作循环（单级压缩）第