串行FLASH存儲器在小型LED顯示系統(tǒng)中的應用

　　LED顯示屏由于其具有耗電少、使用壽命、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等特點，已經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亮度高、成本低且屏幕尺寸可根據(jù)現(xiàn)場情況用標準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：單色、雙基色和彩色；按發(fā)光二極管點距可分為：φ5.0，φ3.75及φ3.0等。本文以市場上常見的室內雙色LED單元板為控制對象，說明基于STC單片機的LED顯示屏控制系統(tǒng)工作原理以及數(shù)據(jù)組織方法。

　　1 標準雙色LED單元板的硬件組成及工作原理

　　市場上常見的室內雙色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串行移位寄存器實現(xiàn)紅色、綠色顯示數(shù)據(jù)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74HC595級聯(lián)，4組共用了32個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LED單元板的輸入。74HC595的控制信號經驅動后和4組串行移位寄存器的輸出以及行經過驅動的掃描控制信號A，B，C，D構成整個LED單元板的輸出，用于級聯(lián)下一個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(tǒng)的硬件組成及工作原理

　　LED顯示控制系統(tǒng)的硬件組成如圖2所示。從表面上看是一個普通的單片機簡單應用，實際上在設計此系統(tǒng)時已經考慮了很多硬件、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(shù)據(jù)送入74HC595中，但要實現(xiàn)圖2中8位數(shù)據(jù)的同時輸入必須加入其他的輔助芯片，而且在減小數(shù)據(jù)傳輸時間上沒有什么好處。其次，采用FPGA，CPLD等可編程芯片設計成專用硬件電路與單片機接口可大幅度提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，但成本也將同步大幅度提高?/p>

　　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(tǒng)以其為核心控制芯片。圖2為雙色LED顯示屏控制系統(tǒng)電路原理圖，在圖2所示的LED控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)從P2口輸出。

　　3 LED顯示控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織及軟件優(yōu)化

　　LED顯示控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織如圖3所示。從圖2可以得到如圖3(a)所示的從正面看過去顯示行與顯示數(shù)據(jù)位以及顏色的對應關系。圖2所示的硬件結構決定了每一行的數(shù)據(jù)可連續(xù)排列，同時為了提高數(shù)據(jù)的讀取速度，將所有顯示數(shù)據(jù)均按掃描行、掃描列進行連續(xù)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(shù)據(jù)位及顏色的關系。

　　具體編程時可按下列步驟進行：

　　(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SPI以順序讀方式連續(xù)讀顯示數(shù)據(jù)，并將顯示數(shù)據(jù)送P2口。

　　(4)每讀一個數(shù)據(jù)通過P3.5產生一個SCK脈沖(SST25VF016B在順序讀方式下地址自動加1)，將P2口上的顯示數(shù)據(jù)移入74HC595串行移位寄存器。

　　(5)重復(2)，(3)，(4)直到一行數(shù)據(jù)顯示完畢，通過P3.3產生RCK將通過移位寄存器移入的一行數(shù)據(jù)顯示。

　　(6)重復(2)～(5)直到16行數(shù)據(jù)全部顯示完畢。

　　(7)重復(1)～(6)刷新顯示。