大屏幕LED显示屏的高速控制方案.docx

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 ,再通过单片机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50Hz,以避免显示的图像或文字出现闪烁由于刷新频率的限制，一片单片机能控制显示元件 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。

LED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，常用的单片机是MCS51系列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 LED显示屏的传统控制方法参考文献［1］对LED显示屏的控制电路作了归纳和比较其中，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D PTR的指向，写给LED点阵片列驱动电路的锁存器 冲行总线时，CPU将累加器A中的字模数 据，通过用行口写给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仙比述两种控制方式完成1片LED点阵片的显示控制都得十几 M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 3s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 LED显示屏的高速控制方案图1是高速控制方案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74L S377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图 1 高速控制方案LED 显示屏电原理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由于上述电路的一些简单更改，单片机对LED显示屏的显示控制效率将发生明显的变 化具体工作过程如下：假定数据指针DPTR中已经装入了数据存储器的地址，执行指令“M OVXA,@DPTR这条指令的功能是CPU按DPTR的指向从外部数据存储器中读字模数据， 读到累加器A中;但是在本电路中，由于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，也就是说，在执行指令"MOVXA,@DPTR时,DPTR除了指向外 部数据存储器的某个地址外，还选中了某一个LED点阵片列驱动电路的锁存器。

如果此时 被选中的这个锁存器的锁存引脚正好有打入脉冲来到,那么锁存器也就将从外部数据存储器送出的字模数据锁住了这个打入脉冲用的就是 RDRD是CPU在执行指令"MOVXA, @DPTR时向外部数据存储器发出的读控制信号由于 MCS51系列单片机的读控制信号R D和写控制信号WR的时序完全相同[2],RD代替WR实现锁存功能，当然也就没有什么悬念了 这条指令在执行时，在完成对数据存储器读的同时，又完成了对LED点阵片的写，因此加快 了显示控制的过程前面讲过，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,大约需要十几小的现在只要4叱跌多了，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2条指令 ,4个机字模数据，与此同时也将字模数据传给了 LED点阵片列驱动电路的锁存器器周期 ,4M这里要补充说明一点，在编制全部LED点阵片列驱动电路的锁存器写字模数据的程序 时 ,不要用循环指令, 因为那样每次过程又得增加2以要采用对LED点阵片逐片编程的方法，这样编出来的程序虽然占空间，但节省了时间。

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地址译码电路的设计，应保证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具体设计举例如下:假定某一块LED显示屏用了 240片LED点阵片，可显示16M6的汉字60个，用1片MCS51 系列单片机进行高速控制这240片LED点阵片列驱动电路的片选地址就应有 240个，地址 译码电路必须保证译码后的有效地址大于这个数量图 1中的地址译码电路,输入的地址信号是A0~A7和A11~A15,没有接入A8、A9、A10用74LS13奔码器，三级译码后可得到256 根有效地址线,第1根有效地址线对应外部数据存储器的8个地址:0000H、 0100H、 0200H、0300H、0400H、0500H、0600H、0700H第2根有效地址线对应外部数据存储器的 8个地 址:0001H、0101H、0201H、0301H、0401H、0501H、0601H、0701H。

…… 第256根有效 地址线对应外部数据存储器的 8个地址 :00FFH、 01FFH、 02FFH、 03FFH、 04FFH、 05FFH 、06FFH、07FFH这256根有效地址线，240®给列驱动电品&的片选地址，余下的给行驱动 电路的片选地址;如果不够用,行驱动电路可考虑改为串行总线的方式进行控制上述分析结果表明 ,1片LED点阵片的I/O接口地址和数据存储器的8个字节的地址建立了重叠关系这是因为 每片LED点阵片都有8行，每行都对应1个字节的字模数据上述分析结果还表明，全部LED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LED点阵片成百、上千甚至几千片单片 机对LED显示屏的控制，包括单片机与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片单片机要与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，许多文献都对控制方案作了成功的设计。

不 少方案 [36] 的基本思路是数据处理由一片单片机完成,显示控制由另一片单片机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,但是电路比较复杂图2数据存储器分段选择开关电路本方案的基本思路是，单片机与PC机的通信、数据处理及显示控制都由1片单片机完成 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例如 ,LED点阵片采用常用的6 cm >6 cm外廓尺寸的LED点阵片时,屏幕面积小于2m2时,1片MCS51系列单片机就可以完成但是，高速控制方案用于大屏幕LED显示屏，还有 一些问题要解决:①单片机与PC机的通信问题大屏幕LED显示屏与PC机连接时，PC机用来编辑待显示 的内容，并将内容传给大屏幕LED显示屏中的单片机PC机与单片机通信时，不会干扰显示 屏的工作因为显示屏工作时,是一场一场显示的 ,场与场之间有黑屏的时间,利用黑屏的时间进行通信完全没有问题②增加显示场次的问题大部分显示屏的工作方式是，显示的内容一场、一场、又一场，如此循环前面的设计只考虑了显示一帧图像时，LED点阵片的I/O接口地址和数据存储 器的一段建立映射关系的问题 ,因此只能显示一场定格的图像。

在图 1的基础上增加图 2,可 以使LED点阵片的I/O接口地址和数据存储器的多段建立映射关系工作时 ，由P1 口控制多 路开关，切换数据存储器的不同段和LED点阵片的I/O接口地址映射，于是显示屏就可以一场一场地循环显示了如果扩充外部数据存储器的片数 ，并由P1 口使能其中的一片有效，那么 将可以扩充更多的段和LED点阵片的I/O接口地址建立映射关系，这样的话，像拉幕、流水等 一些显示效果,也就可以实现了③字模数据的数据处理问题显示的方式比较多，比如有定格、拉幕、流水，流水方式 中又有向左流水、向右流水等在转换显示方式时,就必须进行一次字模数据的数据处理,用 1片单片机,这也不会成为问题因为转换显示方式时,本来要黑屏1s至几s,这段时间也就正好用来进行数据处理了结语本LED显示屏的高速控制方案，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。