引 言

長屏的LED顯示屏在生活中應(yīng)用的很多，這種顯示屏的控制電路簡單，掃描線有限，顯示信息量也不是很大。當(dāng)顯示信息量比較大時，采用一般的長屏顯示屏，顯示信息過慢，即使采用超長屏的顯示屏，其數(shù)據(jù)輸出速率也很慢，同時顯示屏的刷新頻率也不一定能滿足顯示需求。矩形顯示屏顯示一屏的信息量大，并且可以按需要擴展顯示屏的高度，不存在頻率上的限制，可以彌補長條顯示屏顯示信息時存在的一些問題。本文用于控制矩形顯示屏的控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織使用了雙RAM技術(shù)，提高了信息垂直循環(huán)顯示時存儲器效率，大幅度降低了數(shù)據(jù)存儲器的占用，并且對刷新頻率的要求也不是很高［1］。

1 顯示數(shù)據(jù)組織

大多時候需要顯示的區(qū)域大于或等于實際顯示的區(qū)域，相等以及小于時為靜態(tài)顯示，圖1所示的是需要顯示的區(qū)域大于實際顯示的區(qū)域。為了簡化問題的分析，本文將顯示區(qū)域高度設(shè)置為led顯示屏高度的4倍，寬度等于LED顯示屏寬度，顯示屏的高度為 ，寬度為，則顯示區(qū)域高度 ，寬度 ，掃描線條數(shù) ，本文以單色顯示作為描述對象，且 （ 為輸出數(shù)據(jù)寬度），如圖1所示。

圖1 顯示區(qū)域圖

對于一個LED顯示屏寬度為 ，高度為 確定后，顯示屏單元板的排列方式也就被確定了，單元板相鄰的兩條掃描線之間的距離為 ，顯示屏有 條掃描線，分別是， ，… ，每 行對應(yīng)一位顯示數(shù)據(jù)，顯示屏上的每一個點對應(yīng)于存儲器中某個字節(jié)的某一位。各掃描線的起始位置如圖1所示， 條掃描線分別指向 ， ，…， 。用靜態(tài)顯示數(shù)據(jù)組織方法分別對顯示塊A、B、C、D組織顯示數(shù)據(jù)［2］。首先對顯示塊A的顯示信息進行組織：

① ，即當(dāng)前掃描線各行與第0列相交各點的顯示數(shù)據(jù)按 ， ，…， 的順序存儲在存儲器的第一個存儲單元中。

② 值增加1，當(dāng)前掃描線各行與 值對應(yīng)列相交各點的顯示數(shù)據(jù)存儲在存儲器的下一個存儲單元中。

③重復(fù)第 eq oac（○，2）2步的操作，將 至 的 個數(shù)據(jù)按順序全部存儲在存儲器中。

④ 條掃描線向下移動一行，重復(fù)第 eq oac（○，1）1至 eq oac（○，3）3步。直到 移動到 行時。

⑤數(shù)據(jù)組織結(jié)束。

顯示區(qū)域B、C、D，分別按照A的數(shù)據(jù)組織方式去組織顯示數(shù)據(jù)。組織后的顯示數(shù)據(jù)塊按A、B、C、D的順序存儲在RAM0里，然后將RAM0中的顯示數(shù)據(jù)塊A、B、C、D按B、C、D、A的順序拷貝到RAM1中，任何兩個相鄰顯示塊的顯示數(shù)據(jù)分別在兩塊RAM中都有相同地址存儲區(qū)域。RAM0 和RAM1的顯示數(shù)據(jù)與存儲器的對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)塊與存儲器之間的排列圖

采用雙RAM并行輸出時的幾種情況，如圖2所示，掃描組1從 到 ，對應(yīng)顯示塊A，數(shù)據(jù)已組織存放在存儲器中，可以直接輸出顯示數(shù)據(jù)；掃描組2從 到 ，對應(yīng)顯示塊B也已經(jīng)組織好，可以直接輸出。但是掃描組3，它的位置非同一般，它的掃描線分別對應(yīng)著兩個塊A和B，第0，1，… 條掃描線分別對應(yīng)顯示塊A掃描組1的1，2，…， ，而第 條掃描線對就顯示塊B掃描組2的第0條掃描線，如果要在顯示屏上顯示掃描組3對應(yīng)的這一屏數(shù)據(jù)，就一定要同時使用到掃描組1的第1，2，…， 條掃描線和掃描組1的第0條掃描線組織的顯示數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)。由于顯示塊A和B的顯示數(shù)據(jù)是分別組織的，這時就要取RAM0的，，…， 和RAM1的 位作為輸出到顯示屏的 位數(shù)據(jù)，這就需要在兩塊RAM同時輸出的2 位中選擇需要的 位作為輸出數(shù)據(jù)，并且這 位數(shù)據(jù)是連續(xù)的 位數(shù)據(jù)。

顯示步驟（在此，只考慮垂直移動顯示效果）：雙RAM技術(shù)將顯示數(shù)據(jù)輸出的時候，是將兩塊RAM中相同地址的兩個數(shù)據(jù)同時輸出。所以，如果設(shè)置RAM0為主存儲器，RAM1為從存儲器，則將兩塊RAM的顯示數(shù)據(jù)存在一塊串行存儲器中的時候，偶地址單元應(yīng)存儲RAM0的數(shù)據(jù)，奇地址單元存儲RAM1的數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)寬度為8，所以每次輸出16位數(shù)據(jù)。如果顯示區(qū)域中以（ ， ）點為顯示起始點，在LED屏上顯示一屏顯示信息，則其數(shù)據(jù)選擇控制位只與 、掃描線和掃描寬度 有關(guān)［3］。顯示區(qū)域的起始行坐標(biāo)為 ，一塊顯示區(qū)域有 行，則 所在的塊為：

這里討論 在實際顯示區(qū)域的坐標(biāo)沒有多大意義，只須注意 在當(dāng)前顯示塊的相對坐標(biāo)， 就是 在當(dāng)前顯示塊的相對縱坐標(biāo)，則相對坐標(biāo)為（ ， ）。動態(tài)顯示的基礎(chǔ)是靜態(tài)顯示，靜態(tài)顯示以從特定行顯示一屏為特征，當(dāng)顯示屏從第 行開始顯示信息時，因為一塊顯示區(qū)域有 個數(shù)據(jù)，則 所在塊顯示數(shù)據(jù)的起始地址為：

一塊顯示區(qū)域分為 個區(qū)，如圖2所示，則 所在的分區(qū)記作：

一區(qū)存放有 個顯示數(shù)據(jù)，所以 所在分區(qū)地址與所在塊起始地址之間的相對偏移地址為 。所以，只要知道了顯示信息的起始行坐標(biāo)，就能得到顯示數(shù)據(jù)在存儲器中的存儲地址。

因為 ，記 ，表示顯示信息跨越兩個數(shù)據(jù)塊時，需要選擇的數(shù)據(jù)位數(shù)。存儲器輸出16位數(shù)據(jù) 后，從 位控制選擇連續(xù)的8位數(shù)據(jù) 輸出到顯示屏。當(dāng)數(shù)據(jù)從一個字節(jié)的 位開始輸出16位時，如 ，前面8位在當(dāng)前顯示是多余的幾位數(shù)據(jù)，后面8位數(shù)據(jù) 正好是要輸出到顯示屏的8位數(shù)據(jù)，當(dāng)這16位數(shù)據(jù)串行輸出到一個8位的移位寄存器中時，移位寄存器剛好可以容納高8位數(shù)據(jù)，并將其輸出顯示。之后各列數(shù)據(jù)的輸出情況同樣如此，不需要額外的指令或電路來對輸出數(shù)據(jù)進行選擇輸出。

只是在每行第一列數(shù)據(jù)輸出前，通過單片機模擬i個時鐘脈沖輸出到存儲器，讓輸出數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯位，使數(shù)據(jù)從 位開始輸出。另外有一種情況，當(dāng)顯示信息剛好是A、B、C、D塊中的某一塊時，無須產(chǎn)生模擬脈沖對數(shù)據(jù)進行選擇，而是直接將數(shù)據(jù)輸出顯示。通過分析可知，SPI模塊剛好具有這個功能，通過單片機額外模擬 個時鐘脈沖，輸出到串行存儲器的時鐘信號端，可以使數(shù)據(jù)錯位，從指定的某一位 開始輸出。當(dāng)顯示信息跨越 區(qū)間時，此時如果一場顯示還沒有完畢，內(nèi)存地址應(yīng)返回到 所在塊的起始地址，并從起始地址開始輸出顯示數(shù)據(jù)，單片機模擬的脈沖數(shù) 也相應(yīng)發(fā)生變化［4］。

2 LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計

為了簡化電路，提高數(shù)據(jù)輸出效率，本控制系統(tǒng)采用RAMTRON（瑞創(chuàng)）公司的帶SPI功能模塊的VRS51L3074單片機，如圖3所示。VRS51L3074單片機的時鐘頻率為40MHz，指令周期短，處理速度快，效率可以與ARM處理器媲美，但是ARM處理器的價格要高得多。VRS51L3074單片機工作電壓在3.3V左右，但是可以兼容5V［5］。

圖3 LED顯示屏控制電路

2.1 VRS51L3074的SPI功能模塊

VRS51L3074單片機的SPI時鐘頻率可以在 范圍內(nèi)調(diào)整，SPI時鐘頻率最高可以達(dá)到20MHz［6］。當(dāng)VRS51L3074作為SPI主機時，可以對SPI運行控制、配置和狀態(tài)監(jiān)控以及其他的一些工作環(huán)境進行設(shè)置：

配置寄存器SPICONFIG：主要對片選信號控制模式、SPI中斷進行設(shè)置。

狀態(tài)寄存器SPISTATUS：主要用于對SPI運行狀態(tài)的監(jiān)控。

傳輸字長寄存器SPISIZE：設(shè)置傳輸字長，本文設(shè)置為16位，即每次輸出16位數(shù)據(jù)。

控制寄存器SPICTRL：對SPI時鐘速率、時鐘相位/極性、片選信號，以及SPI時鐘頻率進行設(shè)置。

數(shù)據(jù)寄存器SPIRXTX0~ SPIRXTX3：用于對SPI接口32位收發(fā)緩沖器的訪問，對數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行寫操作是將數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖器中，對數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行讀操作是從接收緩沖器中取出收到的數(shù)據(jù)。SPI接口的發(fā)送和接收緩沖器都采用雙緩沖結(jié)構(gòu)，從硬件上減少數(shù)據(jù)沖突并提高數(shù)據(jù)傳輸效率。在主模式下對SPIRXTX0寄存器執(zhí)行寫入操作將啟動SPI傳輸。當(dāng)傳輸字各行長大于8時，應(yīng)最后向SPIRXTX0寄存器寫入。

向串行FLASH輸入控制信號和數(shù)據(jù)地址后，啟動串行FLASH傳輸數(shù)據(jù)，在SPI時鐘驅(qū)動下，輸出顯示數(shù)據(jù)。并且可以用單片機模擬串行FLASH時鐘信號控制任意位數(shù)據(jù)輸出。

2.2 數(shù)據(jù)選擇控制電路

設(shè)計的LED顯示屏控制系統(tǒng)如圖3所示，VRS51L3074單片機內(nèi)部自帶精確的40MHz振蕩器，不需要外部晶振電路提供系統(tǒng)時鐘，顯示數(shù)據(jù)使用內(nèi)存為16Mb的SST25VF016B，這是一款具有SPI接口的8PIN串行FLASH［7］。雙RAM技術(shù)輸出顯示數(shù)據(jù)的時候，是將兩塊RAM中相同地址的兩個數(shù)據(jù)同時輸出，所以，將兩塊RAM的顯示數(shù)據(jù)存放在一塊串行存儲器中的時候，偶地址單元應(yīng)存儲RAM0的數(shù)據(jù)，奇地址單元存儲RAM1的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出時，每次輸出16位數(shù)據(jù)。串行存儲器和單片機的工作電壓都在3.3V左右，但是VRS51L3074單片機可以兼容5V，簡化了控制電路?？刂菩盘柡惋@示數(shù)據(jù)在輸出到寄存器74LS164和顯示屏的時候，需要用74LVC07進行電平轉(zhuǎn)換。

控制系統(tǒng)控制顯示數(shù)據(jù)輸出的流程為：

①將掃描線行地址通過P2端口的低四位送給LED顯示屏。

②通過顯示數(shù)據(jù)在顯示區(qū)域中的位置，計算顯示數(shù)據(jù)在存儲器中的地址，并計算出數(shù)據(jù)選擇的位數(shù) 。

③通過單片機P3.0口模擬移位脈沖，輸出到串行FLASH時鐘信號，移位脈沖數(shù)由數(shù)據(jù)選擇位數(shù) 決定。使輸出數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯位，正確的選擇輸出顯示數(shù)據(jù)。

④啟動SPI讀取顯示數(shù)據(jù)， SPI傳輸字長設(shè)置為16位。模擬脈沖已經(jīng)輸出到串行FLASH使數(shù)據(jù)產(chǎn)生了錯位，輸出16位數(shù)據(jù) ，輸出到顯示屏的數(shù)據(jù) 在高8位，經(jīng)過移位剛好可以存放在移位寄存器中，每行第一個數(shù)據(jù)輸出后，以后此行各列數(shù)據(jù)都是直接輸出。

⑤16位數(shù)據(jù)輸出完畢后，通過P3.1腳產(chǎn)生一個SCK脈沖，將移位寄存器74LS164中的數(shù)據(jù)輸出移入到單元板的74HC595串行移位寄存器中。

⑥重復(fù)第 eq oac（○，4）4至 eq oac（○，5）5步，直到一行數(shù)據(jù)全部輸出完畢后，由P3.2 產(chǎn)生一個RCK脈沖，讀取的一行數(shù)據(jù)將輸出顯示，然后掃描線下移一行。

⑦重復(fù)第 eq oac（○，1）1至 eq oac（○，6）6步。

此電路有這樣幾個特點：顯示數(shù)據(jù)從串行FLASH輸出后，不經(jīng)單片機的處理，直接以“DMA”方式輸出到移位寄存器74LS164，同時實現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，節(jié)省數(shù)據(jù)處理時間，提高顯示效率；在每場數(shù)據(jù)輸出之前，通過信息在顯示區(qū)域中的地址計算數(shù)據(jù)選擇位數(shù) ，并通過P3.0 端口模擬 個脈沖輸出到串行FLASH，移出 位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯位，使輸出顯示的數(shù)據(jù)在16位輸出數(shù)據(jù)的高8位，可以直接存放在移位寄存器中，輸出到顯示屏，以后同行各列的顯示數(shù)據(jù)輸出時，無需再進行數(shù)據(jù)選擇位的判斷，直接將顯示數(shù)據(jù)從存儲器中輸出到顯示屏。

存儲器效率分析：

表1 存儲器效率存儲器

存儲器

效率η靜態(tài)顯示一般垂直移動顯示雙RAM技術(shù)輸出顯示

η計算

公式

效率100%16%100%

觀察表1可知，在垂直移動顯示使用雙RAM技術(shù)組織，大大提高了存儲器效率，降低了顯示數(shù)據(jù)存儲器的占用。當(dāng)顯示信息比較大時，動態(tài)數(shù)據(jù)組織使用的存儲器比較大，利用率低，而采用雙RAM技術(shù)正好解決這個問題。一塊RAM的效率是100%，雙RAM是50%，當(dāng)有N塊RAM時，效率為 。

3 程序設(shè)計

針對圖3所示控制電路，按照數(shù)據(jù)輸出控制流程，編寫了一段程序，隨機顯示一屏信息，顯示數(shù)據(jù)已按順序存儲在串行FLASH中。

void display（unsigned int YL）

{ unsigned int i，j，p;

unsigned char line， unit_board_num， board_i;

unsigned char code *ram_point， *block_addr，* region_addr，* ram_begin_addr;

block_addr=YL/（Bw*Sw） * （Sw*Dw）; //所在塊的起始地址

region_addr=（YL%Sw）*Dw; /所在區(qū)的相對塊的相對地址

i=YL/Sw;

region_recod=YL%Sw; //此變量記錄顯示數(shù)據(jù)已進入哪一區(qū)

ram_point=ram_begin_addr+block_addr+region_addr-1; // ram_begin_addr為數(shù)據(jù)起始地址

SPI_write_read（0x03）; //向串行FLASH發(fā)讀命令，0x03為讀控制字

SPI_write_read（（（ram_point & 0xffffff）》》16））; //3字節(jié)24位地址

SPI_write_read（（（ram_point & 0xffff）》》8））;

SPI_write_read （ram_point & 0xff）;

unit_board_num=Dw/64; //計算單元板的數(shù)量

for（p=0;p

{ SCK=0; SCK=1; }

SCK=0;

for（line=0;line

{ SPISIZE=0x0f; //設(shè)置2字節(jié)16位傳輸方式

for（ board_i=0;board_i

{ for（j=0;j《64;j++）

{ SPIRXTX0=ACC; //啟動數(shù)據(jù)傳輸出

while（（SPISTATUS & BIT1） == 0）; //等待發(fā)送（接收）完成

LED_SCK=0;LED_SCK=1; //送入單元板

} }

EN=1； //換行時暫關(guān)閉

P2=（（P2&0xf0）|line）;

if（region_recod》=Sw）

{ ram_point=ram_begin_addr+block_addr-1;

SPISIZE=0x07;

SPI_write_read（（（ram_point & 0xffffff）》》16））;

SPI_write_read（（（ram_point & 0xffff）》》8））;

SPI_write_read （ram_point & 0xff）;

region_recod=0; i++;

if（i《=7）

for（p=0;p

{ SCK=0; SCK=1; }

SCK=0; }

RCK=1; RCK=0； //產(chǎn)生74HC595輸出鎖存信號

EN=0; } //開顯示

unsigned char SPI_write_read （unsigned char Wr_Rd_Data）

{ unsigned char Temp_Flag;

SPDR= Wr_Rd_Data; //啟動SPI發(fā)送或接收

do //判斷發(fā)送或接收是否完成

{ Temp_Flag=SPSR&0x80;

}while（Temp_Flag！=0x80）;

SPSR=SPSR&0x7F; //清SPI發(fā)送或接收完成標(biāo)志

return SPDR; } //返回SPI接收到的數(shù)據(jù)

結(jié) 論

本控制系統(tǒng)利用串行FLASH在輸出數(shù)據(jù)時的特點，最大的減少了數(shù)據(jù)處理的時間，將顯示數(shù)據(jù)以“DMA”方式輸出到顯示屏，提高顯示效率，并且彌補長條顯示屏在顯示信息上的不足。雙RAM技術(shù)大大提高了垂直移動時的存儲器使用效率，所有的數(shù)據(jù)塊都是按靜態(tài)顯示方式組織數(shù)據(jù)，所以每一塊RAM的顯示數(shù)據(jù)效率都是100%，雙RAM的效率為50%。

本文顯示數(shù)據(jù)存放在一塊FLASH中，效率也為50%，相比動態(tài)顯示組織方式，降低了垂直移動時顯示數(shù)據(jù)存儲器的占用，提高存儲效率。還可以雙RAM技術(shù)為基礎(chǔ)，擴展出多RAM方式，提高顯示的高度，增加每屏顯示信息，進一步提高存儲效率。本系統(tǒng)仍有改進的空間，譬如以雙RAM組織顯示數(shù)據(jù)后直接用兩個RAM來存放不同的數(shù)據(jù)，控制顯示數(shù)據(jù)直接輸出，提高輸出速率。
責(zé)任編輯；zl