分类： 嵌入式
2009-10-30 09:27:07
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LED显示屏的基本工作原理是动态扫描。显示控制的过程是先从数据存储器读得字模数据，再通过的串行口或并行口将数据写给LED点阵片，然后再行扫描。
动态扫描方案和静态显示方案相比节省驱动元件，但要求刷新频率高于50 Hz，以避免显示的图像或文字出现闪烁。由于刷新频率的限制，一块能控制显示元件的片数是较少的。
现在大屏幕LED显示屏的应用已越来越广泛。为了对成百、上千片的LED点阵片实现有序的、快速的显示控制，人们动了许多脑筋，双CPU、双RAM的方案，FPGA的方案等都获得了成功的应用；但是这些方案的显示控制过程还是先读后写。
本方案另开思路：用一条读指令，将读和写合在一步完成，可大大地提高显示控制的效率，且电路简单。
1、LED显示屏的工作原理
LED显示屏的基本工作原理是动态扫描。动态扫描又分为行扫描和列扫描两种方式，常用的方式是行扫描。行扫描方式又分为8行扫描和16行扫描两种。
在行扫描工作方式下，每一片LED点阵片都有一组列驱动电路，列驱动电路中一定有一片锁存器或移位寄存器，用来锁存待显示内容的字模数据。在行扫描工作方式下，同一排LED点阵片的同名行控制引脚是并接在一条线上的，共8条线，最后连接在一个行驱动电路上；行驱动电路中也一定有一片锁存器或移位寄存器，用来锁存行扫描信号。
显示屏的列驱动电路和行驱动电路一般都采用单片机进行控制。LED显示屏显示的内容一般按字模的形式存放在单片机的外部数据存储器中，字模是8位二进制数。
单片机对LED显示屏的控制过程是先读后写。按LED点阵片在屏幕上的排列顺序，单片机先对第1排的第1片LED点阵片的列驱动锁存器，写入从外部数据存储器读得的字模数据，接着对第2片、第3片……直到这一排的最后一片都写完字模数据后，单片机再对这一排的行驱动锁存器写行扫描信号，于是第1排第1行与字模数据相关的发光二极管点亮。接着第2排第1行、第3排第1行……直到最后一排第1行的点亮。各排第1行都点亮后，延时一段时间，然后黑屏，这样就算完成了单片机对LED显示屏的一行扫描控制。
单片机对LED显示屏第2行的扫描控制、第3行的扫描控制……直到第8行的扫描控制，其过程与第1行的扫描控制过程相同。对全部8行的控制过程都完成后，LED显示屏也就完成了1帧图像的完整显示。
虽然按这种工作方式，LED显示屏是一行一行点亮的，每次都只有一行亮，但只要保证每行每秒钟能点亮50次以上，即刷新频率高于50Hz，那么由于人的视觉惰性，所看到的LED显示屏显示的图像还是全屏稳定的图像。
2、的传统显示屏控制方法
显示控制电路是按行扫描方式工作的，列控制电路分为两大类。列控制电路中，一类是用74LS377之类的芯片作为列驱动电路的锁存器，CPU通过并行总线给列驱动电路的锁存器写字模数据；另一类是用移位寄存器74LS595之类的芯片作为列驱动电路的锁存器，CPU通过串行总线给列驱动电路的锁存器写字模数据。
无论是并行总线的控制方式还是串行总线的控制方式，其工作过程都是先给数据指针DPTR赋值，接着累加器A按数据指针DPTR的指向，从外部数据存储器RAM中读得字模数据。然后，并行总线时，再给数据指针DPTR赋值，接着CPU将累加器A中的字模数据，按数据指针DPTR的指向，写给LED点阵片列驱动电路的锁存器；串行总线时，CPU将累加器A中的字模数据，通过串行口写给LED点阵片列驱动电路的锁存器。
一般显示控制中，使用较多的单片机是MCS51系列。假设单片机系统的晶振频率是12 MHz，机器周期是1 μs，上述两种控制方式完成1片LED点阵片的显示控制都得十几μs。
本文提出的高速控制方案，完成1片LED点阵片的显示控制大约只要4 μs。按此推算，1片MCS51系列的单片机，差不多可以对600多片LED点阵片进行显示控制。与传统的控制方法相比，显示控制的效率成倍提高。
3、的高速显示屏控制方案
高速控制方案LED显示屏电路原理。采用MCS51系列单片机对LED显示屏进行控制；随机存储器62512用作LED显示屏的数据存储器，存储待显示内容的字模数据；采用8行扫描方式，多片LED点阵片共用1组行驱动电路；每片LED点阵片都有一组列驱动电路，用74LS377作为列驱动的锁存器，CPU通过并行总线给列驱动电路的锁存器写字模数据；地址译码电路，用于产生LED点阵片行驱动电路和列驱动电路的片选地址。
本方案的特点有两个：第一，虽然CPU还是通过并行总线给列驱动电路的锁存器写字模数据，但是锁存器的锁存信号改用了CPU的控制信号RD，而不是常规用法的WR;第二，地址译码电路保证了LED点阵片列驱动电路的片选地址和数据存储器的某一段的逻辑地址是重叠的，而不是常规用法，这两组地址必须分开。
前面讲过，并行总线时CPU完成1次向LED点阵片的列驱动电路的锁存器写字模数据的程序过程，大约需要十几μs；而现在只要4μs，快多了，因为现在完成1次向LED点阵片的列驱动电路的锁存器写字模数据的程序过程只要两步，首先给数据指针DPTR赋有效地址，接着CPU按DPTR的指向从外部数据存储器中读字模数据，与此同时也将字模数据传给了点阵片列驱动电路的锁存器。2条指令，4个机器周期，4 μs。用空间换时间的设计方法，有时也是设计人员值得尝试的一种方法。
本电路的行驱动锁存器的锁存控制，还是用CPU的写控制信号WR，不作更改。行驱动锁存器的片选信号也来自地址译码电路。为了避免数据存储器和LED点阵片之间的相互干扰，与这组地址对应的数据存储器的这部分存储空间就不用它了。
上述分析结果还表明，全部点阵片的I/O接口地址和数据存储器的0000H～07FFH地址段建立了映射关系。数据存储器0000H～07FFH中存放的正好是一帧图像的全部字模数据。
4、高速控制方案在LED显示屏中的应用
现在商业上用的大屏幕LED显示屏，用到的点阵片成百、上千甚至几千片。单片机对LED显示屏的控制，包括与PC机的通信、字模数据的数据处理以及显示控制三个部分。1片要与PC机通信，又要进行数据处理，还要进行显示控制，肯定是忙不过来的。
为了解决大屏幕LED显示屏的控制问题，许多文献都对LED控制方案作了成功的设计。不少方案的基本思路是数据处理由一块完成，显示控制由另块或一个专门设计的电路完成。这些方案的控制效率虽然很高，但是电路比较复杂。
本方案的基本思路是，与PC机的通信、数据处理及显示控制都由一块完成。显示控制采用本文提出的高速控制方案，电路简单，而且显示控制的效率很高。
本的高速显示屏控制方案，经应用证明工作稳定、可靠，且电路简单，特别适合银行汇率显示屏、利率显示屏使用。另外本文提出的灵活运用读指令的思路，也可以提供给人们作为借鉴。、
