串行FLASH存儲器在小型LED顯示系統中的應用系統分析

LED顯示屏由于其具有耗電少、使用壽命長(cháng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等特點(diǎn)，已經(jīng)成為新一代的信息傳播媒體工具。LED與LCD相比較最突出的特點(diǎn)是亮度高、成本低且屏幕尺寸可根據現場(chǎng)情況用標準LED單元板拼制。按安裝位置可分為：室外、半室外和室內；按顏色可分為：?jiǎn)紊?、雙基色和彩色；按發(fā)光二極管點(diǎn)距可分為：φ5.0，φ3.75及φ3.0等。本文以市場(chǎng)上常見(jiàn)的室內雙色LED單元板為控制對象，說(shuō)明基于STC單片機的LED顯示屏控制系統工作原理以及數據組織方法。

1 標準雙色LED單元板的硬件組成及工作原理

　　市場(chǎng)上常見(jiàn)的室內雙色LED單元板電路框圖如圖1(a)所示。其中行掃描電路由2片74HC138(3-8譯碼器)構成的4-16譯碼器加上多個(gè)4953(MOS管)組成的，掃描方式為：1/16。上下半屏分別由2組用74HC595串行移位寄存器實(shí)現紅色、綠色顯示數據的列輸入，在圖1(a)所示的64×32標準LED單元板中每組串行移位寄存器中有8個(gè)74HC595級聯(lián)，4組共用了32個(gè)74HC595。74HC595內部電路框圖如圖1(c)所示。所有4組74HC595的控制信號RCK，SCK，EN全部接在一起，74HC595的控制信號和4組串行移位寄存器的輸入以及行掃描控制信號A，B，C，D構成整個(gè)LED單元板的輸入。74HC595的控制信號經(jīng)驅動(dòng)后和4組串行移位寄存器的輸出以及行經(jīng)過(guò)驅動(dòng)的掃描控制信號A，B，C，D構成整個(gè)LED單元板的輸出，用于級聯(lián)下一個(gè)LED單元板的輸入。雙色LED單元板等效電路框圖如圖1(b)所示。

2 LED顯示控制系統的硬件組成及工作原理

　　LED顯示控制系統的硬件組成如圖2所示。從表面上看是一個(gè)普通的單片機簡(jiǎn)單應用，實(shí)際上在設計此系統時(shí)已經(jīng)考慮了很多硬件、軟件及硬軟件配合的因素。首先在使用51單片機的前提下，用其串行口方式0似乎可以利用單片機發(fā)出的移位脈沖將8位數據送入74HC595中，但要實(shí)現圖2中8位數據的同時(shí)輸入必須加入其他的輔助芯片，而且在減小數據傳輸時(shí)間上沒(méi)有什么好處。其次，采用FPGA，CPLD等可編程芯片設計成專(zhuān)用硬件電路與單片機接口可大幅度提高數據傳輸的速度，但成本也將同步大幅度提高。

　　STC12C5410為IT高速低功耗單片機，其運行速度為一般標準51系列單片機的8～12倍，并具有標準的SPI和RS 232串行口。本文所述的LED顯示控制系統以其為核心控制芯片。圖2為雙色LED顯示屏控制系統電路原理圖，在圖2所示的LED控制系統中，SST25VF016B為16 Mb，具有SPI接口的8PIN串行FLASH存儲器，由于SST25VF016B工作電壓為3 V，故使用U3，U4兩片74LVC245完成5 V到3 V和3 V到5 V的電平轉換。SST25VF016B的SPI接口最大工作頻率為50 MHz，而STC12C5410 SPI接口最大工作頻率為晶振的1/4，故不存在速度上不匹配的問(wèn)題。行掃描信號A，B，C，D由P1.0～P1.3控制。圖1(a)中74HC595的控制信號RCK，EN及SCK由P3.3～P3.5提供。顯示數據從P2口輸出。

3 LED顯示控制系統的數據組織及軟件優(yōu)化

　　LED顯示控制系統的數據組織如圖3所示。從圖2可以得到如圖3(a)所示的從正面看過(guò)去顯示行與顯示數據位以及顏色的對應關(guān)系。圖2所示的硬件結構決定了每一行的數據可連續排列，同時(shí)為了提高數據的讀取速度，將所有顯示數據均按掃描行、掃描列進(jìn)行連續排列，可得到如圖3(b)表明的存儲單元與掃描行、存儲單元數據位及顏色的關(guān)系。

　　具體編程時(shí)可按下列步驟進(jìn)行：

　　(1)將準備掃描的行地址送P1口的低4位中。

　　(2)初始化SST25VF016B將讀地址指針指向待顯示行相應存儲單元的首地址。

　　(3)啟動(dòng)SPI以順序讀方式連續讀顯示數據，并將顯示數據送P2口。

　　(4)每讀一個(gè)數據通過(guò)P3.5產(chǎn)生一個(gè)SCK脈沖(SST25VF016B在順序讀方式下地址自動(dòng)加1)，將P2口上的顯示數據移入74HC595串行移位寄存器。

(5)重復(2)，(3)，(4)直到一行數據顯示完畢，通過(guò)P3.3產(chǎn)生RCK將通過(guò)移位寄存器移入的一行數據顯示。

　　(6)重復(2)～(5)直到16行數據全部顯示完畢。

　　(7)重復(1)～(6)刷新顯示。