應對智能手機的背光驅(qū)動干擾

摘要： 為了不增加硬件成本而提高顯示數(shù)據(jù)的輸出速度，在分析現(xiàn)有條形LED 顯示屏單元板電路的基礎上，提出了一種基于多端口串行Flash 存儲器的LED 顯示控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由STC12C5616 高速1T 單片機和帶SPI接口的SST26VF016B 串行多端口Flash 存儲器組成。 顯示數(shù)據(jù)輸出時，利用單片機的高速同步串行口( SPI) 高速時鐘，將多端口串行Flash 存儲器中的顯示數(shù)據(jù)以存儲器直接存取( DMA) 的方式直接輸出至超長條形LED顯示屏。 最后，以4 096 × 64 點陣單色LED 顯示屏為例進行了測試。 結(jié)果表明，顯示屏刷新率達到62. 5 Hz,驗證了該系統(tǒng)在實際應用中的有效性和可行性。

在LED 顯示屏應用中，超長條形LED 屏是非常廣泛的一種形式，其特點是長度特別長而寬度窄。 超長LED 顯示屏目前沒有明確的定義，可以將其水平方向的點數(shù)定義為≥2 048 比較合適。

以由1 /4 掃描P10 單元板( 點間距10 mm) 組成的超長條形LED 顯示屏為例，當水平方向的點數(shù)為2 048 時，其水平方向物理尺寸為20. 48 m. LED 屏的寬度( 垂直方向) 點數(shù)一般為16、24 和32 點，最多不超過64 點，應用中以能夠顯示一行各類字體的漢字為主。 為保證刷新率，在對超長LED 顯示屏的控制上，要求在規(guī)定時間內(nèi)送出更多數(shù)據(jù)，普通的LED 顯示屏控制卡很難實現(xiàn)控制要求。

本文在分析現(xiàn)有各種條形LED 顯示屏單元板電路的基礎上，提出了一種基于多端口串行Flash存儲器的LED 顯示控制系統(tǒng)。 利用單片機的SPI接口產(chǎn)生可控時鐘，將多端口串行Flash 存儲器中的顯示數(shù)據(jù)以DMA方式直接輸出至超長條形LED 顯示屏。

1 常用單元板內(nèi)部串行移位寄存器連接方式

圖1 為3 種常用單元板內(nèi)部串行移位寄存器連接方式。 其中圖1( a) 為單元板74HC595 與LED發(fā)光管點陣連接關(guān)系及簡化表示電路。 LED 顯示屏單元板內(nèi)部使用的串行移位寄存器一般為74HC595、MBI5026 或MBI5026 兼容芯片，而MBI5026 可以看成是由兩片74HC595 級聯(lián)構(gòu)成，為恒流源驅(qū)動模式，更適合LED 的驅(qū)動。

圖1( b) 、( c) 、( d) 分別為P10、P16、F3. 75 或F5. 0單元板的連接方式。

圖1 3 種常用單元板內(nèi)部串行移位寄存器連接方式

2 超長LED 顯示屏面臨的問題及解決方案

目前，市場上大量的門頭屏( 條形LED 顯示屏) 是LED 顯示屏應用最廣的一種形式。 從技術(shù)上來說，門頭屏的水平方向點數(shù)從256 點至數(shù)千點，而高度一般不超過64 點。 隨著市場需求和顯示精度的提高，數(shù)千點長度的超長LED 顯示屏需求量在不斷加大。 普通的LED 顯示屏控制卡難于滿足刷新率的要求，以在長度上像素點是4 096 的F3. 75 LED 顯示屏為例，設刷新率為60 Hz,其SCK時鐘周期至少為106 /60 /16 /4 096 = 0. 254 μs = 254 ns.

解決超長LED 顯示屏數(shù)據(jù)輸出的方法有兩種： 一是選擇高性能嵌入式處理器和FPGA 芯片，該方法控制卡成本較高; 二是巧妙應用單片機上的特殊功能部件并優(yōu)化組織數(shù)據(jù)算法，這種方法成本很低。 本文采用的就是第2 種方法，通過優(yōu)化算法將數(shù)據(jù)預先寫入多端口串行Flash 存儲器SST26VF016B 中，利用STC12C5616 單片機的SPI部件產(chǎn)生高速可控SCK 時鐘，將多端口串行Flash存儲器中的顯示數(shù)據(jù)以DMA方式直接輸出至超長條形LED 顯示屏中，滿足超長LED 顯示屏的顯示要求。

超長LED 顯示屏高度一般不超過64 點，若控制1 /16 掃描單色LED 顯示屏，SST26VF016B 存儲器的4 位數(shù)據(jù)端口正好滿足LED 顯示屏數(shù)據(jù)口寬度的需要。 圖2 為SST26VF016B 存儲器的控制時序，CS 為SST26VF016B 存儲器的片選端，所有對存儲器的操作都要在CS 為低電平期間進行;SCK 為時鐘線，當空閑模式時，SCK 信號可以處于低電平狀態(tài)( MODE 0) ,也可以處在高電平狀態(tài)( MODE 3) ; SIO( 3∶ 0) 為4 位數(shù)據(jù)端口，在數(shù)據(jù)傳輸時，先傳字節(jié)的高4 位，再傳字節(jié)的低4 位。 從存儲器的控制時序可以看出，對存儲器的控制按照命令字、24 位存儲地址、虛擬字節(jié)、數(shù)據(jù)字節(jié)0 到數(shù)據(jù)字節(jié)N 的順序發(fā)送。 存儲器的命令字可以實現(xiàn)對存儲器進行片擦除、扇區(qū)擦除、單字節(jié)讀寫、連續(xù)字節(jié)讀寫等功能，完全能夠滿足超長LED 顯示屏對存儲器的容量和控制方式的要求。

圖2 SST26VF016B 存儲器的控制時序。

STC12C5616 是STC 公司推出的高速1T 單片機，時鐘頻率可達30 MHz 以上，其內(nèi)部集成一個高速串行通信接口部件( 即SPI 接口)。 當STC12C5616 的SPI 部件采用主模式工作時，其SPI時鐘輸出頻率( fclk) 可以達到晶振頻率( fosc) 的1 /4 倍，并且可以靈活配置它的時鐘相位和時鐘極性，既滿足對SST26VF016B存儲器控制的要求，又滿足超長LED 顯示屏對時鐘的要求。

3 超長LED 顯示屏控制卡電路設計

利用串行Flash 存儲器SST26VF016B 的多位數(shù)據(jù)口存儲器和STC12C5616 單片機的SPI 部件能產(chǎn)生高速SCK 時鐘的特點，將顯示數(shù)據(jù)從串行Flash存儲器旁路輸出至LED 顯示屏，電路如圖3 所示。

圖3 超長LED 顯示屏控制卡電路圖。

當顯示屏的動態(tài)刷新速率達到50 次/s 時，在1 /16 掃描的LED 顯示屏上，一行顯示時間要小于1 /50 /16 s,即1. 25 ms. 在控制卡設計上，當fosc =22 MHz時，串行Flash 時鐘頻率fclk = 1 /4 fosc =5. 5 MHz,故4 096 個CLK 時鐘所需時間為4 096 × 1 /( 5. 5 × 106 ) s = 0. 744 ms,加上采用SQI協(xié)議發(fā)送存儲器指令和地址的時間后也小于1. 25 ms,故在圖3 中，單片機STC12C5616 的外部時鐘選擇22 MHz 時鐘，就可以保證在SQI 協(xié)議方式下實現(xiàn)4 096 超長顯示屏的顯示。