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。假設單片機系統的晶振頻率是12 MHz，機器周期是1 μs，上述兩種控制方式完成1片LED點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)陣片進(jìn)行顯示控制。與傳統的控制方法相比，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(jìn)行控制；隨機存儲器62512用作LED顯示屏的數據存儲器，存儲待顯示內容的字模數據；采用8行掃描方式，多片LED點(diǎn)陣片共用1組行驅動(dòng)電路；每片LED點(diǎn)陣片都有一組列驅動(dòng)電路，用74LS377作為列驅動(dòng)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；地址譯碼電路，用于產(chǎn)生LED點(diǎn)陣片行驅動(dòng)電路和列驅動(dòng)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(diǎn)有兩個(gè)： 第一，雖然CPU還是通過(guò)并行總線(xiàn)給列驅動(dòng)電路的鎖存器寫(xiě)字模數據，但是鎖存器的鎖存信號改用了CPU的控制信號RD，而不是常規用法的WR;第二，地址譯碼電路保證了LED點(diǎn)陣片列驅動(dòng)電路的片選地址和數據存儲器的某一段的邏輯地址是重疊的，而不是常規用法，這兩組地址必須分開(kāi)。

　　由于上述電路的一些簡(jiǎn)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(guò)程如下： 假定數據指針DPTR中已經(jīng)裝入了數據存儲器的地址，執行指令“MOVXA，@DPTR”。這條指令的功能是CPU按DPTR的指向從外部數據存儲器中讀字模數據，讀到累加器A中；但是在本電路中，由于LED點(diǎn)陣片列驅動(dòng)電路的片選地址和數據存儲器的某一段的邏輯地址是重疊的，也就是說(shuō)，在執行指令“MOVXA，@DPTR”時(shí)，DPTR除了指向外部數據存儲器的某個(gè)地址外，還選中了某一個(gè)LED點(diǎn)陣片列驅動(dòng)電路的鎖存器。如果此時(shí)被選中的這個(gè)鎖存器的鎖存引腳正好有打入脈沖來(lái)到，那么鎖存器也就將從外部數據存儲器送出的字模數據鎖住了。這個(gè)打入脈沖用的就是RD。RD是CPU在執行指令“MOVXA，@DPTR”時(shí)向外部數據存儲器發(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(xiě)控制信號WR的時(shí)序完全相同［2］，RD代替WR實(shí)現鎖存功能，當然也就沒(méi)有什么懸念了。這條指令在執行時(shí)，在完成對數據存儲器讀的同時(shí)，又完成了對LED點(diǎn)陣片的寫(xiě)，因此加快了顯示控制的過(guò)程。

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

　　地址譯碼電路的設計，應保證LED點(diǎn)陣片列驅動(dòng)電路的片選地址和數據存儲器的某一段的邏輯地址是重疊的。具體設計舉例如下：

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

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

4 高速控制方案在LED顯示屏中的應用

　　現在商業(yè)上用的大屏幕LED顯示屏，用到的LED點(diǎn)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、字模數據的數據處理以及顯示控制三個(gè)部分。1片單片機要與PC機通信，又要進(jìn)行數據處理，還要進(jìn)行顯示控制，肯定是忙不過(guò)來(lái)的。