大屏幕LED顯示屏的高速控制方案

　　一般顯示控制中，使用較多的單片機是MCS51系列。假設(shè)單片機系統(tǒng)的晶振頻率是12 MHz，機器周期是1 μs，上述兩種控制方式完成1片LED點陣片的顯示控制都得十幾μs。

　　本文提出的高速控制方案，完成1片LED點陣片的顯示控制大約只要4 μs。按此推算，1片MCS51系列的單片機，差不多可以對600多片LED點陣片進行顯示控制。與傳統(tǒng)的控制方法相比，顯示控制的效率成倍提高。

3 LED顯示屏的高速控制方案

　　圖1是高速控制方案LED顯示屏電路原理。采用MCS51系列單片機對LED顯示屏進行控制；隨機存儲器62512用作LED顯示屏的數(shù)據(jù)存儲器，存儲待顯示內(nèi)容的字模數(shù)據(jù)；采用8行掃描方式，多片LED點陣片共用1組行驅(qū)動電路；每片LED點陣片都有一組列驅(qū)動電路，用74LS377作為列驅(qū)動的鎖存器，CPU通過并行總線給列驅(qū)動電路的鎖存器寫字模數(shù)據(jù)；地址譯碼電路，用于產(chǎn)生LED點陣片行驅(qū)動電路和列驅(qū)動電路的片選地址。

圖1 高速控制方案LED顯示屏電原理

　　本方案的特點有兩個： 第一，雖然CPU還是通過并行總線給列驅(qū)動電路的鎖存器寫字模數(shù)據(jù)，但是鎖存器的鎖存信號改用了CPU的控制信號RD，而不是常規(guī)用法的WR;第二，地址譯碼電路保證了LED點陣片列驅(qū)動電路的片選地址和數(shù)據(jù)存儲器的某一段的邏輯地址是重疊的，而不是常規(guī)用法，這兩組地址必須分開。

　　由于上述電路的一些簡單更改，單片機對LED顯示屏的顯示控制效率將發(fā)生明顯的變化。具體工作過程如下： 假定數(shù)據(jù)指針DPTR中已經(jīng)裝入了數(shù)據(jù)存儲器的地址，執(zhí)行指令“MOVXA，@DPTR”。這條指令的功能是CPU按DPTR的指向從外部數(shù)據(jù)存儲器中讀字模數(shù)據(jù)，讀到累加器A中；但是在本電路中，由于LED點陣片列驅(qū)動電路的片選地址和數(shù)據(jù)存儲器的某一段的邏輯地址是重疊的，也就是說，在執(zhí)行指令“MOVXA，@DPTR”時，DPTR除了指向外部數(shù)據(jù)存儲器的某個地址外，還選中了某一個LED點陣片列驅(qū)動電路的鎖存器。如果此時被選中的這個鎖存器的鎖存引腳正好有打入脈沖來到，那么鎖存器也就將從外部數(shù)據(jù)存儲器送出的字模數(shù)據(jù)鎖住了。這個打入脈沖用的就是RD。RD是CPU在執(zhí)行指令“MOVXA，@DPTR”時向外部數(shù)據(jù)存儲器發(fā)出的讀控制信號。由于MCS51系列單片機的讀控制信號RD和寫控制信號WR的時序完全相同［2］，RD代替WR實現(xiàn)鎖存功能，當(dāng)然也就沒有什么懸念了。這條指令在執(zhí)行時，在完成對數(shù)據(jù)存儲器讀的同時，又完成了對LED點陣片的寫，因此加快了顯示控制的過程。

　　前面講過，并行總線時CPU完成1次向LED點陣片的列驅(qū)動電路的鎖存器寫字模數(shù)據(jù)的程序過程，大約需要十幾μs；而現(xiàn)在只要4 μs，快多了，因為現(xiàn)在完成1次向LED點陣片的列驅(qū)動電路的鎖存器寫字模數(shù)據(jù)的程序過程只要兩步，首先給數(shù)據(jù)指針DPTR賦有效地址，接著CPU按DPTR的指向從外部數(shù)據(jù)存儲器中讀字模數(shù)據(jù)，與此同時也將字模數(shù)據(jù)傳給了LED點陣片列驅(qū)動電路的鎖存器。2條指令，4個機器周期，4 μs。這里要補充說明一點，在編制全部LED點陣片列驅(qū)動電路的鎖存器寫字模數(shù)據(jù)的程序時，不要用循環(huán)指令，因為那樣每次過程又得增加2 μs；要采用對LED點陣片逐片編程的方法，這樣編出來的程序雖然占空間，但節(jié)省了時間。用空間換時間的設(shè)計方法，有時也是設(shè)計人員值得嘗試的一種方法。
本電路的行驅(qū)動鎖存器的鎖存控制，還是用CPU的寫控制信號WR，不作更改。行驅(qū)動鎖存器的片選信號也來自地址譯碼電路。為了避免數(shù)據(jù)存儲器和LED點陣片之間的相互干擾，與這組地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲器的這部分存儲空間就不用它了。

　　地址譯碼電路的設(shè)計，應(yīng)保證LED點陣片列驅(qū)動電路的片選地址和數(shù)據(jù)存儲器的某一段的邏輯地址是重疊的。具體設(shè)計舉例如下：

　　假定某一塊LED顯示屏用了240片LED點陣片，可顯示16×16的漢字60個，用1片MCS51系列單片機進行高速控制。這240片LED點陣片列驅(qū)動電路的片選地址就應(yīng)有240個，地址譯碼電路必須保證譯碼后的有效地址大于這個數(shù)量。圖1中的地址譯碼電路，輸入的地址信號是A0～A7和A11～A15，沒有接入A8、A9、A10。用74LS138譯碼器，三級譯碼后可得到256根有效地址線，第1根有效地址線對應(yīng)外部數(shù)據(jù)存儲器的8個地址：0000H、0100H、0200H、0300H、0400H、0500H、0600H、0700H。第2根有效地址線對應(yīng)外部數(shù)據(jù)存儲器的8個地址：0001H、0101H、0201H、0301H、0401H、0501H、0601H、0701H?！?56根有效地址線對應(yīng)外部數(shù)據(jù)存儲器的8個地址：00FFH、01FFH、02FFH、03FFH、04FFH、05FFH、06FFH、07FFH。這256根有效地址線，240根給列驅(qū)動電路的片選地址，余下的給行驅(qū)動電路的片選地址；如果不夠用，行驅(qū)動電路可考慮改為串行總線的方式進行控制。上述分析結(jié)果表明，1片LED點陣片的I/O接口地址和數(shù)據(jù)存儲器的8個字節(jié)的地址建立了重疊關(guān)系。這是因為每片LED點陣片都有8行，每行都對應(yīng)1個字節(jié)的字模數(shù)據(jù)。

　　上述分析結(jié)果還表明，全部LED點陣片的I/O接口地址和數(shù)據(jù)存儲器的0000H～07FFH地址段建立了映射關(guān)系。數(shù)據(jù)存儲器0000H～07FFH中存放的正好是一幀圖像的全部字模數(shù)據(jù)。

4 高速控制方案在LED顯示屏中的應(yīng)用

　　現(xiàn)在商業(yè)上用的大屏幕LED顯示屏，用到的LED點陣片成百、上千甚至幾千片。單片機對LED顯示屏的控制，包括單片機與PC機的通信、字模數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理以及顯示控制三個部分。1片單片機要與PC機通信，又要進行數(shù)據(jù)處理，還要進行顯示控制，肯定是忙不過來的。