大屏幕LED顯示屏的高速控制方案

摘要 以MCS51系列單片機為例，介紹單片機對大屏幕LED顯示屏的一種高速控制方案。單片機對LED顯示屏的顯示控制，一般是先從數據存儲器讀取數據，然后將數據寫(xiě)給LED點(diǎn)陣片。本方案的創(chuàng )新點(diǎn)是：用一條對外部數據存儲器的讀指令，同時(shí)完成對外部數據存儲器讀和對LED點(diǎn)陣片的寫(xiě)操作。本文詳細介紹高速控制方案的電路設計，并簡(jiǎn)要提示軟件編制的要點(diǎn)；最后介紹高速控制方案在大屏幕LED顯示屏中的應用。

關(guān)鍵詞 高速控制 LED顯示 屏大屏幕 MCS-51

引言

　　LED顯示屏的基本工作原理是動(dòng)態(tài)掃描。顯示控制的過(guò)程是先從數據存儲器讀得字模數據，再通過(guò)單片機的串行口或并行口將數據寫(xiě)給LED點(diǎn)陣片，然后再行掃描。

　　動(dòng)態(tài)掃描方案和靜態(tài)顯示方案相比節省驅動(dòng)元件，但要求刷新頻率高于50 Hz，以避免顯示的圖像或文字出現閃爍。由于刷新頻率的限制，一片單片機能控制顯示元件的片數是較少的。

　　現在大屏幕LED顯示屏的應用已越來(lái)越廣泛。為了對成百、上千片的LED點(diǎn)陣片實(shí)現有序的、快速的顯示控制，人們動(dòng)了許多腦筋，雙CPU、雙RAM的方案，FPGA的方案等都獲得了成功的應用；但是這些方案的顯示控制過(guò)程還是先讀后寫(xiě)。

　　本方案另開(kāi)思路：用一條讀指令，將讀和寫(xiě)合在一步完成，可大大地提高顯示控制的效率，且電路簡(jiǎn)單。

1 LED顯示屏的工作原理

　　LED顯示屏的基本工作原理是動(dòng)態(tài)掃描。動(dòng)態(tài)掃描又分為行掃描和列掃描兩種方式，常用的方式是行掃描。行掃描方式又分為8行掃描和16行掃描兩種。

　　在行掃描工作方式下，每一片LED點(diǎn)陣片都有一組列驅動(dòng)電路，列驅動(dòng)電路中一定有一片鎖存器或移位寄存器，用來(lái)鎖存待顯示內容的字模數據。在行掃描工作方式下，同一排LED點(diǎn)陣片的同名行控制引腳是并接在一條線(xiàn)上的，共8條線(xiàn)，最后連接在一個(gè)行驅動(dòng)電路上；行驅動(dòng)電路中也一定有一片鎖存器或移位寄存器，用來(lái)鎖存行掃描信號。

　　LED顯示屏的列驅動(dòng)電路和行驅動(dòng)電路一般都采用單片機進(jìn)行控制，常用的單片機是MCS51系列。LED顯示屏顯示的內容一般按字模的形式存放在單片機的外部數據存儲器中，字模是8位二進(jìn)制數。

　　單片機對LED顯示屏的控制過(guò)程是先讀后寫(xiě)。按LED點(diǎn)陣片在屏幕上的排列順序，單片機先對第1排的第1片LED點(diǎn)陣片的列驅動(dòng)鎖存器，寫(xiě)入從外部數據存儲器讀得的字模數據，接著(zhù)對第2片、第3片……直到這一排的最后一片都寫(xiě)完字模數據后，單片機再對這一排的行驅動(dòng)鎖存器寫(xiě)行掃描信號，于是第1排第1行與字模數據相關(guān)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。接著(zhù)第2排第1行、第3排第1行……直到最后一排第1行的點(diǎn)亮。各排第1行都點(diǎn)亮后，延時(shí)一段時(shí)間，然后黑屏，這樣就算完成了單片機對LED顯示屏的一行掃描控制。

　　單片機對LED顯示屏第2行的掃描控制、第3行的掃描控制……直到第8行的掃描控制，其過(guò)程與第1行的掃描控制過(guò)程相同。對全部8行的控制過(guò)程都完成后，LED顯示屏也就完成了1幀圖像的完整顯示。

　　雖然按這種工作方式，LED顯示屏是一行一行點(diǎn)亮的，每次都只有一行亮，但只要保證每行每秒鐘能點(diǎn)亮50次以上，即刷新頻率高于50 Hz，那么由于人的視覺(jué)惰性，所看到的LED顯示屏顯示的圖像還是全屏穩定的圖像。

2 LED顯示屏的傳統控制方法

　　參考文獻［1］對LED顯示屏的控制電路作了歸納和比較。其中，顯示控制電路是按行掃描方式工作的，列控制電路分為兩大類(lèi)。列控制電路中，一類(lèi)是用74LS377之類(lèi)的芯片作為列驅動(dòng)電路的鎖存器，CPU通過(guò)并行總線(xiàn)給列驅動(dòng)電路的鎖存器寫(xiě)字模數據；另一類(lèi)是用移位寄存器74LS595之類(lèi)的芯片作為列驅動(dòng)電路的鎖存器，CPU通過(guò)串行總線(xiàn)給列驅動(dòng)電路的鎖存器寫(xiě)字模數據。

　　無(wú)論是并行總線(xiàn)的控制方式還是串行總線(xiàn)的控制方式，其工作過(guò)程都是先給數據指針DPTR賦值，接著(zhù)累加器A按數據指針DPTR的指向，從外部數據存儲器RAM中讀得字模數據。然后，并行總線(xiàn)時(shí)，再給數據指針DPTR賦值，接著(zhù)CPU將累加器A中的字模數據，按數據指針DPTR的指向，寫(xiě)給LED點(diǎn)陣片列驅動(dòng)電路的鎖存器；串行總線(xiàn)時(shí)，CPU將累加器A中的字模數據，通過(guò)串行口寫(xiě)給LED點(diǎn)陣片列驅動(dòng)電路的鎖存器。