大屏幕LED顯示屏的高速控制方案

摘要 以MCS51系列單片機為例，介紹單片機對大屏幕LED顯示屏的一種高速控制方案。單片機對LED顯示屏的顯示控制，一般是先從數(shù)據(jù)存儲器讀取數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)寫給LED點陣片。本方案的創(chuàng)新點是：用一條對外部數(shù)據(jù)存儲器的讀指令，同時完成對外部數(shù)據(jù)存儲器讀和對LED點陣片的寫操作。本文詳細介紹高速控制方案的電路設計，并簡要提示軟件編制的要點；最后介紹高速控制方案在大屏幕LED顯示屏中的應用。

關(guān)鍵詞 高速控制 LED顯示 屏大屏幕 MCS-51

引言

　　LED顯示屏的基本工作原理是動態(tài)掃描。顯示控制的過程是先從數(shù)據(jù)存儲器讀得字模數(shù)據(jù)，再通過單片機的串行口或并行口將數(shù)據(jù)寫給LED點陣片，然后再行掃描。

　　動態(tài)掃描方案和靜態(tài)顯示方案相比節(jié)省驅(qū)動元件，但要求刷新頻率高于50 Hz，以避免顯示的圖像或文字出現(xiàn)閃爍。由于刷新頻率的限制，一片單片機能控制顯示元件的片數(shù)是較少的。

　　現(xiàn)在大屏幕LED顯示屏的應用已越來越廣泛。為了對成百、上千片的LED點陣片實現(xiàn)有序的、快速的顯示控制，人們動了許多腦筋，雙CPU、雙RAM的方案，F(xiàn)PGA的方案等都獲得了成功的應用；但是這些方案的顯示控制過程還是先讀后寫。

　　本方案另開思路：用一條讀指令，將讀和寫合在一步完成，可大大地提高顯示控制的效率，且電路簡單。

1 LED顯示屏的工作原理

　　LED顯示屏的基本工作原理是動態(tài)掃描。動態(tài)掃描又分為行掃描和列掃描兩種方式，常用的方式是行掃描。行掃描方式又分為8行掃描和16行掃描兩種。

　　在行掃描工作方式下，每一片LED點陣片都有一組列驅(qū)動電路，列驅(qū)動電路中一定有一片鎖存器或移位寄存器，用來鎖存待顯示內(nèi)容的字模數(shù)據(jù)。在行掃描工作方式下，同一排LED點陣片的同名行控制引腳是并接在一條線上的，共8條線，最后連接在一個行驅(qū)動電路上；行驅(qū)動電路中也一定有一片鎖存器或移位寄存器，用來鎖存行掃描信號。

　　LED顯示屏的列驅(qū)動電路和行驅(qū)動電路一般都采用單片機進行控制，常用的單片機是MCS51系列。LED顯示屏顯示的內(nèi)容一般按字模的形式存放在單片機的外部數(shù)據(jù)存儲器中，字模是8位二進制數(shù)。

　　單片機對LED顯示屏的控制過程是先讀后寫。按LED點陣片在屏幕上的排列順序，單片機先對第1排的第1片LED點陣片的列驅(qū)動鎖存器，寫入從外部數(shù)據(jù)存儲器讀得的字模數(shù)據(jù)，接著對第2片、第3片……直到這一排的最后一片都寫完字模數(shù)據(jù)后，單片機再對這一排的行驅(qū)動鎖存器寫行掃描信號，于是第1排第1行與字模數(shù)據(jù)相關(guān)的發(fā)光二極管點亮。接著第2排第1行、第3排第1行……直到最后一排第1行的點亮。各排第1行都點亮后，延時一段時間，然后黑屏，這樣就算完成了單片機對LED顯示屏的一行掃描控制。

　　單片機對LED顯示屏第2行的掃描控制、第3行的掃描控制……直到第8行的掃描控制，其過程與第1行的掃描控制過程相同。對全部8行的控制過程都完成后，LED顯示屏也就完成了1幀圖像的完整顯示。

　　雖然按這種工作方式，LED顯示屏是一行一行點亮的，每次都只有一行亮，但只要保證每行每秒鐘能點亮50次以上，即刷新頻率高于50 Hz，那么由于人的視覺惰性，所看到的LED顯示屏顯示的圖像還是全屏穩(wěn)定的圖像。

2 LED顯示屏的傳統(tǒng)控制方法

　　參考文獻［1］對LED顯示屏的控制電路作了歸納和比較。其中，顯示控制電路是按行掃描方式工作的，列控制電路分為兩大類。列控制電路中，一類是用74LS377之類的芯片作為列驅(qū)動電路的鎖存器，CPU通過并行總線給列驅(qū)動電路的鎖存器寫字模數(shù)據(jù)；另一類是用移位寄存器74LS595之類的芯片作為列驅(qū)動電路的鎖存器，CPU通過串行總線給列驅(qū)動電路的鎖存器寫字模數(shù)據(jù)。

　　無論是并行總線的控制方式還是串行總線的控制方式，其工作過程都是先給數(shù)據(jù)指針DPTR賦值，接著累加器A按數(shù)據(jù)指針DPTR的指向，從外部數(shù)據(jù)存儲器RAM中讀得字模數(shù)據(jù)。然后，并行總線時，再給數(shù)據(jù)指針DPTR賦值，接著CPU將累加器A中的字模數(shù)據(jù)，按數(shù)據(jù)指針DPTR的指向，寫給LED點陣片列驅(qū)動電路的鎖存器；串行總線時，CPU將累加器A中的字模數(shù)據(jù)，通過串行口寫給LED點陣片列驅(qū)動電路的鎖存器。