基于单片机IAP技术的LED显示屏控制系统

LED显示屏由于其具有耗电少、使用寿命、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点，已经成为新一代的信息传播媒体工具。LED与LCD相比较最突出的特点，亮度高、成本低且屏幕尺寸可根据现场情况用标准LED单元板拼制。按安装位置可分为室外、半室外和室内；按颜色可分为单色、双基色和彩色；按发光二极管点距可分为φ5．0、φ3．75及φ3．0等。本文以市场上常见的室内双色LED单元板为控制对象，说明基于单片机IAP技术的LED显示屏控制系统工作原理以及数据组织方法。

1 双色LED单元板硬件组成及工作原理
常见的室内双色LED单元板电路框图如图1(a)所示。其中行扫描电路由2片74HCl38(3—8译码器)构成的4—16译码器加上多个4953(MOS管)组成的，扫描方式为1／16。上下半屏分别由2组用74HC595串行移位寄存器实现红色、绿色显示数据的列输入，在图1(a)所示的64×32标准LED单元板中，每组串行移位寄存器中有8个74HC595级联，4组共用了32个74HC595。 74HC595内部电路框图如图1(b)所示。所有4组74HC595的控制信号RCK、SCK、EN全部接在一起。74HC595的控制信号和4组串行移位寄存器的输入以及行扫描控制信号A、B、C、D构成整个LED单元板的输入；74HC595的控制信号经驱动后和4组串行移位寄存器的输出以及行经过驱动的扫描控制信号A、B、C、D构成整个LED单元板的输出，用于级联下一个LED单元板的输入。双色LED单元板等效电路框图如图1(c)所示。


2 LED显示控制系统的硬件组成及工作原理
LED显示控制系统的硬件组成如图2所示。从表面上看是一个普通的单片机简单应用，实际上在设计此系统时已经考虑了很多硬件、软件及硬软件配合的因素。首先在使用51单片机的前提下，用其串行口方式O似乎可以利用单片机发出的移位脉冲将8位数据送入74HC595中，但要实现图2中8位数据的同时输入必须加其他的辅助芯片，而且在缩短数据传输时间上没有什么好处。其次，采用FPGA、CPLD等可编程芯片设计成专用硬件电路与单片机接口可大幅度提高数据传输的速度，但成本也将同步大幅度提高。
在图2所示的系统中采用了以下的设计理念：①由P0口同步输出8位字型点阵数据。②用P3．6产生SCK信号，软件中相应使用“MOVX@R0，A”指令，在形成SCK信号的同时减少指令的字节数。③由P2．0至P2．3输出行扫描信号，软件中将A、B、C、D存放在DPH的低4位中。④RCK和EN分别由P3．4、P3．5控制。⑤SST89E516单片机的串行口与PC机通信。利用该单片机的IAP功能下载显示所需的字型数据和控制程序。
3 LED显示控制系统的数据组织及软件优化
LED显示控制系统的数据组织如图3所示。从图2可以得到图3(a)所示的从正面看过去显示行与显示数据位以及颜色的对应关系。为了提高数据的读取速度，将显示数据按扫描行进行连续排列，可得到图3(b)所示的存储单元与扫描行、存储单元数据位及颜色的关系。