采用MCS51單片機的大屏幕LED顯示屏高速控制方案

　　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。……第256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。

　　為了解決大屏幕LED顯示屏的控制問(wèn)題，許多文獻都對控制方案作了成功的設計。不少方案［36］的基本思路是數據處理由一片單片機完成，顯示控制由另一片單片機或一個(gè)專(zhuān)門(mén)設計的電路完成。這些方案的控制效率雖然很高，但是電路比較復雜。

圖2 數據存儲器分段選擇開(kāi)關(guān)電路

本方案的基本思路是，單片機與PC機的通信、數據處理及顯示控制都由1片單片機完成。顯示控制采用本文提出的高速控制方案，電路簡(jiǎn)單，而且顯示控制的效率很高。例如，LED點(diǎn)陣片采用常用的6 cm×6 cm外廓尺寸的LED點(diǎn)陣片時(shí)，屏幕面積小于2 m2時(shí)，1片MCS51系列單片機就可以完成。但是，高速控制方案用于大屏幕LED顯示屏，還有一些問(wèn)題要解決：

　?、?單片機與PC機的通信問(wèn)題。大屏幕LED顯示屏與PC機連接時(shí)，PC機用來(lái)編輯待顯示的內容，并將內容傳給大屏幕LED顯示屏中的單片機。PC機與單片機通信時(shí)，不會(huì )干擾顯示屏的工作。因為顯示屏工作時(shí)，是一場(chǎng)一場(chǎng)顯示的，場(chǎng)與場(chǎng)之間有黑屏的時(shí)間，利用黑屏的時(shí)間進(jìn)行通信完全沒(méi)有問(wèn)題。

　?、?增加顯示場(chǎng)次的問(wèn)題。大部分顯示屏的工作方式是，顯示的內容一場(chǎng)、一場(chǎng)、又一場(chǎng)，如此循環(huán)。前面的設計只考慮了顯示一幀圖像時(shí)，LED點(diǎn)陣片的I/O接口地址和數據存儲器的一段建立映射關(guān)系的問(wèn)題，因此只能顯示一場(chǎng)定格的圖像。在圖1的基礎上增加圖2，可以使LED點(diǎn)陣片的I/O接口地址和數據存儲器的多段建立映射關(guān)系。工作時(shí)，由P1口控制多路開(kāi)關(guān)，切換數據存儲器的不同段和LED點(diǎn)陣片的I/O接口地址映射，于是顯示屏就可以一場(chǎng)一場(chǎng)地循環(huán)顯示了。如果擴充外部數據存儲器的片數，并由P1口使能其中的一片有效，那么將可以擴充更多的段和LED點(diǎn)陣片的I/O接口地址建立映射關(guān)系，這樣的話(huà)，像拉幕、流水等一些顯示效果，也就可以實(shí)現了。

　?、?字模數據的數據處理問(wèn)題。顯示的方式比較多，比如有定格、拉幕、流水，流水方式中又有向左流水、向右流水等。在轉換顯示方式時(shí)，就必須進(jìn)行一次字模數據的數據處理，用1片單片機，這也不會(huì )成為問(wèn)題。因為轉換顯示方式時(shí)，本來(lái)要黑屏1 s至幾s，這段時(shí)間也就正好用來(lái)進(jìn)行數據處理了。

結語(yǔ)

　　本LED顯示屏的高速控制方案，經(jīng)應用證明工作穩定、可靠，且電路簡(jiǎn)單，特別適合銀行匯率顯示屏、利率顯示屏使用。另外本文提出的靈活運用讀指令的思路，也可以提供給人們作為借鑒。