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基于多端口串行Flash的条形LED显示屏控制

作者:fore黑夜 2017-11-15 11:22 阅读:1

在LED 显示屏应用中,超长条形LED 屏是非常广泛的一种形式,其特点是长度“特别长”而宽度窄。 超长LED 显示屏目前没有明确的定义,可以将其水平方向的点数定义为≥2 048 比较合适。

以由1 /4 扫描P10 单元板(点间距10 mm) 组成的超长条形LED 显示屏为例,当水平方向的点数为2 048 时,其水平方向物理尺寸为20. 48 m. LED 屏的宽度(垂直方向) 点数一般为16、24 和32 点,最多不超过64 点,应用中以能够显示一行各类字体的汉字为主。 为保证刷新率,在对超长LED 显示屏的控制上,要求在规定时间内送出更多数据,普通的LED 显示屏控制卡很难实现控制要求。

本文在分析现有各种条形LED 显示屏单元板电路的基础上,提出了一种基于多端口串行Flash存储器的LED 显示控制系统。 利用单片机的SPI接口产生可控时钟,将多端口串行Flash 存储器中的显示数据以“DMA”方式直接输出至超长条形LED 显示屏。

1 常用单元板内部串行移位寄存器连接方式

图1 为3 种常用单元板内部串行移位寄存器连接方式。 其中图1(a) 为单元板74HC595 与LED发光管点阵连接关系及简化表示电路。 LED 显示屏单元板内部使用的串行移位寄存器一般为74HC595、MBI5026 或MBI5026 兼容芯片,而MBI5026 可以看成是由两片74HC595 级联构成,为恒流源驱动模式,更适合LED 的驱动。

图1(b) 、(c) 、(d) 分别为P10、P16、F3. 75 或F5. 0单元板的连接方式。

                                  图1 3 种常用单元板内部串行移位寄存器连接方式

2 超长LED 显示屏面临的问题及解决方案

目前,市场上大量的门头屏(条形LED 显示屏)是LED 显示屏应用最广的一种形式。从技术上来说,门头屏的水平方向点数从256 点至数千点,而高度一般不超过64 点。随着市场需求和显示精度的提高,数千点长度的超长LED 显示屏需求量在不断加大。 普通的LED 显示屏控制卡难于满足刷新率的要求,以在长度上像素点是4 096 的F3. 75 LED 显示屏为例,设刷新率为60 Hz,其SCK时钟周期至少为106 /60 /16 /4 096 = 0. 254 μs = 254 ns.

解决超长LED 显示屏数据输出的方法有两种:一是选择高性能嵌入式处理器和FPGA 芯片,该方法控制卡成本较高;二是巧妙应用单片机上的特殊功能部件并优化组织数据算法,这种方法成本很低。本文采用的就是第2 种方法,通过优化算法将数据预先写入多端口串行Flash 存储器SST26VF016B 中,利用STC12C5616 单片机的SPI部件产生高速可控SCK 时钟,将多端口串行Flash存储器中的显示数据以“DMA”方式直接输出至超长条形LED 显示屏中,满足超长LED 显示屏的显示要求。

超长LED 显示屏高度一般不超过64 点,若控制1 /16 扫描单色LED 显示屏,SST26VF016B 存储器的4 位数据端口正好满足LED 显示屏数据口宽度的需要。图2 为SST26VF016B 存储器的控制时序,CS 为SST26VF016B 存储器的片选端,所有对存储器的操作都要在CS 为低电平期间进行;SCK 为时钟线,当空闲模式时,SCK 信号可以处于低电平状态( MODE 0),也可以处在高电平状态( MODE 3) ; SIO( 3∶ 0) 为4 位数据端口,在数据传输时,先传字节的高4 位,再传字节的低4 位。从存储器的控制时序可以看出,对存储器的控制按照命令字、24 位存储地址、虚拟字节、数据字节0 到数据字节N 的顺序发送。存储器的命令字可以实现对存储器进行片擦除、扇区擦除、单字节读写、连续字节读写等功能,完全能够满足超长LED 显示屏对存储器的容量和控制方式的要求。

                                        图2 SST26VF016B 存储器的控制时序。

STC12C5616 是STC 公司推出的高速1T 单片机,时钟频率可达30 MHz 以上,其内部集成一个高速串行通信接口部件( 即SPI 接口)。当STC12C5616 的SPI 部件采用主模式工作时,其SPI时钟输出频率( fclk) 可以达到晶振频率( fosc) 的1 /4 倍,并且可以灵活配置它的时钟相位和时钟极性,既满足对SST26VF016B存储器控制的要求,又满足超长LED 显示屏对时钟的要求。

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