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關于條形LED電子屏的優化設計

時間:2016年01月22日 信息來源:不詳 點擊: 【字體:
LED顯示屏在日常生活中應用得很多,一般常見于廣場電視廣告、戶外廣告、舞臺背景、灑店會議、體育現在直播等,長形LED顯示屏在銀行等場所用于提示使用,所以也成為了大家常見的提醒屏。下面就說說關于矩形顯示屏的系統設計。
1 顯示數據組織
需要顯示的區域小于或等于實際顯示區域時,采用靜態顯示即可。但大多時候需要顯示的區域大于或等于實際顯示區域,如圖1所示。為了簡化問題的分析,本文將顯示區域高度設置為LED顯示屏高度的4倍,寬度等于LED顯示屏寬度。設顯示屏的高度為Lh,寬度為Lw,則顯示區域高度Dh=4Lh,寬度Dw=Lw。本文以單色顯示作為描述對象,且Bw=Bn=8(Bw為掃描線條數,Bn為輸出數據寬度),如圖1所示。
對于一個LED顯示屏,寬度Lw和高度Lh確定后,顯示屏單元板的排列方式也就確定了。單元板相鄰的兩條掃描線之間的距離為Sw,LED顯示屏有Bw條掃描線,分別是Y0,Y1,…,YBw-1。每Sw行對應一位顯示數據,顯示屏上的每一個點對應于存儲器中某個字節的某一位。Bw條掃描線分別指向:Y0=O,Y1=Sw,…,BBw-1=(Bw-1)Sw。用靜態顯示數據組織方法分別對顯示塊A、B、C、D組織顯示數據。首先對顯示塊A的顯示信息進行組織(X為列號):
①X=0,即當前掃描線各行與第O列相交各點的顯示數據按D0,D1,…,DBw-1的順序存儲在存儲器的第一個存儲單元中。
②X值增加1,當前掃描線各行與X值對應列相交各點的顯示數據存儲在存儲器的下一個存儲單元中。直至將X=O至X=Dw-1的Dw個數據按順序全部存儲在存儲器中。
③Bw條掃描線向下移動一行,重復第①至②步,直到Y0移動到Sw-1行時。
④數據組織結束。
顯示區域B、C、D分別按照A的數據組織方式去組織顯示數據。組織后的顯示數據塊按A、B、C、D的順序存儲在RAM0里,然后將RAM0中的顯示數據塊A、B、C、D按B、C、D、A的順序拷貝到RAMl中,任何兩個相鄰顯示塊的顯示數據在兩塊RAM中都有相同的地址存儲區域。RAM0和RAMl的顯示數據與存儲器的對應關系如圖2所示。
如圖2所示,掃描組1從Y0=0到Y0=Sw-1,對應顯示塊A,數據已組織存放在存儲器中,可以直接輸出顯示數據;掃描組2從Y0=Lh到Y0=Lh+ Sw-1,對應顯示塊B也已經組織好,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著兩個塊A和B;第O,1,…Bw-1條掃描線分別對應顯示塊A掃描組1的1,2,…,Bw-2;而第Bw-1條掃描線就對應顯示塊B掃描組2的第O條掃描線。如果要在顯示屏上顯示掃描組3對應的這一屏數據,就一定要同時使用到掃描組1的第1,2,…,Bw-1條掃描線和掃描組2的第O條掃描線組織的顯示數據作為輸出數據。由于顯示塊A和B的顯示數據是分別組織的,這時就要取RAM0的D0,D2,…,DBw-1和RAMl的D0位作為輸出到顯示屏的Bw位數據,這就需要在兩塊RAM同時輸出的2Bw位中選擇需要的Bw位作為輸出數據,并且這Bw位數據是連續的。
顯示步驟(在此只考慮垂直移動顯示效果);雙RAM技術將顯示數據輸出的時候,是將兩塊RAM中相同地址的兩個數據同時輸出。所以,如果設置RAMO為主存儲器,RAMl為從存儲器,則將兩塊RAM的顯示數據存在一塊串行存儲器中時,偶地址單元應存儲RAM0的數據,奇地址單元存儲RAMl的數據,由于數據寬度為8,所以每次輸出16位數據。如果顯示區域中以(XL,YL)點為顯示起始點,在LED屏上顯示一屏顯示信息,則其數據選擇控制位只與YL、掃描線和掃描寬度Sw有關。顯示區域的起始行坐標為YL,一塊顯示區域有Bw·Sw行,則YL所在的塊為:
這里討論YL在實際顯示區域的坐標沒有多大意義,只須注意YL在當前顯示塊的相對坐標,NL=YL%(Bw·Sw)就是YL在當前顯示塊的相對縱坐標,則相對坐標為(NL,YL)。動態顯示的基礎是靜態顯示,靜態顯示以從特定行顯示一屏為特征,當顯示屏從第YL行開始顯示信息時,因為一塊顯示區域有Sw·Dw個數據,則YL所在塊顯示數據的起始地址為:
一塊顯示區域分為Sw個區,則YL所在的分區記作:
一區存放有Dw個顯示數據,所以YL所在分區地址與所在塊起始地址之間的相對偏移地址為(YL%Sw)·Dw。所以,只要知道了顯示信息的起始行坐標,就能得到顯示數據在存儲器中的存儲地址。
NL=YL/(Bw·Sw),這里記i=NL/Sw(0≤i≤7),表示顯示信息跨越兩個數據塊時需要選擇的數據位數。存儲器輸出16位數據[D0,D1,…,D15]后,從Di位控制選擇連續的8位數據[Di,Di+1,…,D7,…,D7+i]輸出到顯示屏。當數據從一個字節的Di位開始輸出16位時,如[Di,Di+1,…,D7,…,D15,D0,…,Di-1],前面8位在當前顯示是多余的幾位數據,后面8位數據[D8+i,…,D15,D0,…,Di-1]正好是要輸出到顯示屏的8位數據。當這16位數據串行輸出到一個8位的移位寄存器中時,移位寄存器剛好可以容納高8位數據,并將其輸出顯示。之后各列數據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據進行選擇輸出。只是在每行第一列數據輸出前,通過單片機模擬i個時鐘脈沖輸出到存儲器,讓輸出數據產生錯位,使數據從Di位開始輸出。另外,當顯示信息剛好是A、B、C、D塊中的某一塊時,無須產生模擬脈沖對數據進行選擇,而是直接將數據輸出顯示。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i個時鐘脈沖,輸出到串行存儲器的時鐘信號端,可以使數據錯位,從指定的某一位Di開始輸出。當顯示信息跨越Sw-1區間時,如果一場顯示還沒有完畢,內存地址應返回到YL所在塊的起始地址,并從起始地址開始輸出顯示數據,單片機模擬的脈沖數i也相應發生變化。
2 LED顯示屏控制系統設計
LED顯示屏控制電路。為了提高數據輸出效率,采用Ramtron公司的帶SPI功能模塊的VRS51L3074單片機。VRS51L3074的時鐘頻率為40 M-Hz,指令周期短,處理速度快,效率高;工作電壓在3.3 V左右,但是可以兼容5 V。SST25VF016B是一款具有SPI接口的8引腳串行Flash。7 4LSl64為移位寄存器。
2.1 VRS51L3074的SPI功能模塊
VRS51L3074的SPI時鐘頻率可以在SysClk/2~SysClk/1024范圍內調整,SPI時鐘頻率最高可以達到20MHz。當VRS51L3074作為SPI主機時,可以對SPI運行控制、配置和狀態監控以及其他的一些工作環境進行設置。
配置寄存器SPICONFIG:主要對片選信號控制模式、SPI中斷進行設置。
狀態寄存器SPISTATUS:主要用于對SPI運行狀態的監控。
傳輸字長寄存器SPISIZE:設置傳輸字長,本文設置為16位,即每次輸出16位數據。
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時鐘頻率進行設置。
數據寄存器SPIRXTX0~SPIRXTX3:用于對SPI接口32位收發緩沖器的訪問,對數據寄存器執行寫操作是將數據送入發送緩沖器中,對數據寄存器執行讀操作是從接收緩沖器中取出收到的數據。SPI接口的發送和接收緩沖器都采用雙緩沖結構,從硬件上減少數據沖突并提高數據傳輸效率。在主模式下對SPIRXTX0寄存器執行寫入操作將啟動SPI傳輸。當傳輸字各行長大于8時,應最后向SPIRXTX0寄存器寫入。
向串行Flash輸入控制信號和數據地址后,啟動串行Flash傳輸數據,在SPI時鐘驅動下輸出顯示數據,并且可以用單片機模擬串行Flash時鐘信號控制任意位數據輸出。
2.2 數據選擇控制電路
LED顯示屏控制系統如圖3所示,VRS51L3074單片機內部自帶精確的40 MHz振蕩器,不需要外部晶振電路提供系統時鐘。數據顯示采用內存為16 Mb的SST25VF016B。雙RAM技術輸出顯示數據的時候,是將兩塊RAM中相同地址的兩個數據同時輸出,所以,將兩塊RAM的顯示數據存放在一塊串行存儲器中時,偶地址單元應存儲RAM0的數據,奇地址單元存儲RAMl的數據,數據輸出時每次輸出16位數據。串行存儲器和單片機的工作電壓都在3.3 V左右,但是VRS51L3074可以兼容5V,簡化了控制電路?刂菩盘柡惋@示數據在輸出到寄存器74LS164和顯示屏的時候,需要用74LVC07進行電平轉換。
控制系統控制顯示數據輸出的流程為:
①將掃描線行地址通過P2端口的低4位送給LED顯示屏。
②通過顯示數據在顯示區域中的位置,計算顯示數據在存儲器中的地址,并計算出數據選擇的位數i。
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,移位脈沖數由數據選擇位數i決定。使輸出數據產生錯位,正確地選擇輸出顯示數據。
④啟動SPI讀取顯示數據,SPI傳輸字長設置為16位。模擬脈沖已經輸出到串行Flash使數據產生了錯位,輸出16位數據[Di,Di+1,…,D7,…,D15,D0,…,Di-1],輸出到顯示屏的數據[D8+i,…,D15,D0,…,Di-1]在高8位,經過移位剛好可以存放在移位寄存器中。每行第一個數據輸出后,此行各列數據都直接輸出。
⑤16位數據輸出完畢后,通過P3.1腳產生一個SCK脈沖,將移位寄存器74LSl64中的數據輸出移入到單元板的串行移位寄存器74HC595中。
⑥重復第④至⑤步,直到一行數據全部輸出完畢后,由P3.2產生一個RCK脈沖,讀取的一行數據將輸出顯示,然后掃描線下移一行。
⑦重復第①至⑥步。
此電路有這樣幾個特點:顯示數據從串行Flash輸出后,不經單片機的處理,直接以DMA方式輸出到移位寄存器74LSl64,同時實現串并轉換,既節省數據處理時間,又提高顯示效率。在每場數據輸出之前,通過信息在顯示區域中的地址計算數據選擇位數i,并通過P3.O端口模擬i個脈沖輸出到串行Flash,移出i位數據,數據產生錯位,使輸出顯示的數據在16位輸出數據的高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據輸出時,無需再進行數據選擇位的判斷,直接將顯示數據從存儲器中輸出到顯示屏。
存儲器效率分析如表1所列。
由表1可知,采用雙RAM技術輸出顯示大大提高了存儲器效率,降低了顯示數據存儲器的占用。當顯示信息量較大時,動態數據組織使用的存儲器比較多、利用率低,而采用雙RAM技術正好解決了這個問題。一塊RAM(靜態顯示時)的存儲器效率是100%,雙RAM的效率是50%。當有N塊RAM時,效率為(N-1)/N。
針對圖3所示控制電路,按照數據輸出控制流程編寫了程序代碼。隨機顯示一屏信息,顯示數據已按順序存儲在串行Flash中。
此款條形LED顯示屏系統的設計,在減少處理數據的同時,還提高了顯示屏輸出的時間。LED顯示屏的工作效率大大提升了,這款設計說明了設計研發是顯示屏技術進步的唯一通道。
(作者:佚名 編輯:admin)
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