基于單片機IAP技術(shù)的LED顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計

西南交通大學(xué) 靳桅 鄔芝權(quán) 肖波led顯示屏由于其具有耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等特點，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是，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(nèi)；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(nèi)雙色led單元板為控制對象，說明基于單片機iap技術(shù)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 雙色led單元板硬件組成及工作原理 常見的室內(nèi)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(gòu)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(nèi)部電路框圖如圖1(b)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(gòu)成整個led單元板的輸入；74hc595的控制信號經(jīng)驅(qū)動后和4組串行移位寄存器的輸出以及行經(jīng)過驅(qū)動的掃描控制信號a、b、c、d構(gòu)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(c)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(yīng)用，實際上在設(shè)計此系統(tǒng)時已經(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(shù)據(jù)送入74hc595中，但要實現(xiàn)圖2中8位數(shù)據(jù)的同時輸入必須加其他的輔助芯片，而且在縮短數(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(shè)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? 在圖2所示的系統(tǒng)中采用了以下的設(shè)計理念：①由p0口同步輸出8位字型點陣數(shù)據(jù)。②用p3.6產(chǎn)生sck信號，軟件中相應(yīng)使用“movx@r0，a”指令，在形成sck信號的同時減少指令的字節(jié)數(shù)。③由p2.0至p2.3輸出行掃描信號，軟件中將a、b、c、d存放在dph的低4位中。④rck和en分別由p3.4、p3.5控制。⑤sst89e516單片機的串行口與pc機通信。利用該單片機的iap功能下載顯示所需的字型數(shù)據(jù)和控制程序。 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(yīng)關(guān)系。為了提高數(shù)據(jù)的讀取速度，將顯示數(shù)據(jù)按掃描行進行連續(xù)排列，可得到圖3(b)所示的存儲單元與掃描行、存儲單元數(shù)據(jù)位及顏色的關(guān)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p2口的低4位中。②將dptr指向待顯示行相應(yīng)存儲單元的首地址。③以dptr為指針，使用“moxca，@a+dptr”讀顯示數(shù)據(jù)，并將顯示數(shù)據(jù)送p0口。④通過p3.6產(chǎn)生sck，同時dptr加1。⑤重復(fù)②、③、④直到一行數(shù)據(jù)顯示完畢，通過p3.4產(chǎn)生rck將通過移位寄存器移入的一行數(shù)據(jù)顯示。⑥重復(fù)②、③、④、⑤直到15行數(shù)據(jù)全部顯示完畢。⑦重復(fù)①～⑥刷新顯示。 根據(jù)上述編程步驟，可以很容易編出顯示第i行的子程序1。子程序1的第3行至第9行為循環(huán)體，送1字節(jié)的顯示數(shù)據(jù)共需10個機器周期，機器碼的字節(jié)數(shù)為11。通過分析74hc595的sck為上升沿有效，可用單片機的寫信號(wr)來代替，故子程序1中的第5、6、7行3條指令可用“movx@r0，a”一條指令來替換，實驗表明這樣的替換是可靠的。顯示第i行的子程序2為替換后的程序，送1字節(jié)的顯示數(shù)據(jù)所需機器周期減為9，機器碼的字節(jié)數(shù)減為6。再對顯示第i行的子程序2仔細分析后發(fā)現(xiàn)，在僅使用sst89e516內(nèi)部64 kb的flash存儲器作為顯示數(shù)據(jù)存儲且不增加輔助電路的前提下，只有子程序2第7行“djnz r0，dp1”這條2個機器周期2字節(jié)指令，可以利用sst89e516內(nèi)部64 kb的flash存儲器大的特點，直接簡單