引言
    長條的LED顯示屏在生活中應(yīng)用得很多，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(shí),，若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)輸出速率也很低,，而且顯示屏的刷新頻率也不一定能滿足顯示需求,。矩形顯示屏顯示的信息量大，并且可以按需要擴(kuò)展顯示屏的高度,，不存在頻率上的限制,，能夠彌補(bǔ)長條顯示屏顯示信息時(shí)存在的不足。本設(shè)計(jì)使用雙RAM技術(shù)來組織用于控制矩形顯示屏的控制系統(tǒng)數(shù)據(jù),，提高了信息垂直循環(huán)顯示時(shí)的存儲(chǔ)器效率,，大幅度降低了對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的占用率，并且對刷新頻率的要求也不是很高,。

1 顯示數(shù)據(jù)組織
    需要顯示的區(qū)域小于或等于實(shí)際顯示區(qū)域時(shí),，采用靜態(tài)顯示即可。但大多時(shí)候需要顯示的區(qū)域大于或等于實(shí)際顯示區(qū)域,，如圖1所示,。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,。設(shè)顯示屏的高度為Lh，寬度為Lw,，則顯示區(qū)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(shù),，Bn為輸出數(shù)據(jù)寬度)，如圖1所示,。

    對于一個(gè)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,，顯示屏有Bw條掃描線，分別是Y0,，Y1,，…，YBw-1,。每Sw行對應(yīng)一位顯示數(shù)據(jù),，顯示屏上的每一個(gè)點(diǎn)對應(yīng)于存儲(chǔ)器中某個(gè)字節(jié)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(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),。首先對顯示塊A的顯示信息進(jìn)行組織(X為列號)：
    ①X=0,，即當(dāng)前掃描線各行與第O列相交各點(diǎn)的顯示數(shù)據(jù)按D0，D1,，…,，DBw-1的順序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的第一個(gè)存儲(chǔ)單元中。
    ②X值增加1,，當(dāng)前掃描線各行與X值對應(yīng)列相交各點(diǎn)的顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的下一個(gè)存儲(chǔ)單元中,。直至將X=O至X=Dw-1的Dw個(gè)數(shù)據(jù)按順序全部存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
    ③Bw條掃描線向下移動(dòng)一行,，重復(fù)第①至②步,，直到Y(jié)0移動(dòng)到Sw-1行時(shí)。
    ④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(chǔ)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RAMl中,，任何兩個(gè)相鄰顯示塊的顯示數(shù)據(jù)在兩塊RAM中都有相同的地址存儲(chǔ)區(qū)域,。RAM0和RAMl的顯示數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)器的對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

    如圖2所示,，掃描組1從Y0=0到Y(jié)0=Sw-1,，對應(yīng)顯示塊A，數(shù)據(jù)已組織存放在存儲(chǔ)器中,，可以直接輸出顯示數(shù)據(jù),；掃描組2從Y0=Lh到Y(jié)0=Lh+ Sw-1,，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(gè)塊A和B,；第O,，1，…Bw-1條掃描線分別對應(yīng)顯示塊A掃描組1的1,，2,，…，Bw-2,；而第Bw-1條掃描線就對應(yīng)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(yīng)的這一屏數(shù)據(jù)，就一定要同時(shí)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(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(shí)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(shù)據(jù)，這就需要在兩塊RAM同時(shí)輸出的2Bw位中選擇需要的Bw位作為輸出數(shù)據(jù),，并且這Bw位數(shù)據(jù)是連續(xù)的,。
    顯示步驟(在此只考慮垂直移動(dòng)顯示效果)；雙RAM技術(shù)將顯示數(shù)據(jù)輸出的時(shí)候,，是將兩塊RAM中相同地址的兩個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)輸出,。所以，如果設(shè)置RAMO為主存儲(chǔ)器,，RAMl為從存儲(chǔ)器,，則將兩塊RAM的顯示數(shù)據(jù)存在一塊串行存儲(chǔ)器中時(shí)，偶地址單元應(yīng)存儲(chǔ)RAM0的數(shù)據(jù),，奇地址單元存儲(chǔ)RAMl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(XL,，YL)點(diǎn)為顯示起始點(diǎn)，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YL,、掃描線和掃描寬度Sw有關(guān),。顯示區(qū)域的起始行坐標(biāo)為YL，一塊顯示區(qū)域有Bw·Sw行,，則YL所在的塊為：
   
    這里討論YL在實(shí)際顯示區(qū)域的坐標(biāo)沒有多大意義,，只須注意YL在當(dāng)前顯示塊的相對坐標(biāo)，NL=YL％(Bw·Sw)就是YL在當(dāng)前顯示塊的相對縱坐標(biāo),，則相對坐標(biāo)為(NL,，YL)。動(dòng)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YL行開始顯示信息時(shí)，因?yàn)橐粔K顯示區(qū)域有Sw·Dw個(gè)數(shù)據(jù),，則YL所在塊顯示數(shù)據(jù)的起始地址為：
   
    一塊顯示區(qū)域分為Sw個(gè)區(qū),，則YL所在的分區(qū)記作：
   
    一區(qū)存放有Dw個(gè)顯示數(shù)據(jù)，所以YL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(YL％Sw)·Dw,。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(chǔ)器中的存儲(chǔ)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(gè)數(shù)據(jù)塊時(shí)需要選擇的數(shù)據(jù)位數(shù),。存儲(chǔ)器輸出16位數(shù)據(jù)[D0,，D1，…,，D15]后,，從Di位控制選擇連續(xù)的8位數(shù)據(jù)[Di，Di+1,，…,，D7，…,，D7+i]輸出到顯示屏。當(dāng)數(shù)據(jù)從一個(gè)字節(jié)的Di位開始輸出16位時(shí),，如[Di,，Di+1，…,，D7,，…，D15,，D0,，…,，Di-1]，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)[D8+i,，…，D15,，D0,，…，Di-1]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(gè)8位的移位寄存器中時(shí),，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(jìn)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(jī)模擬i個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出到存儲(chǔ)器,，讓輸出數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯(cuò)位，使數(shù)據(jù)從Di位開始輸出,。另外,，當(dāng)顯示信息剛好是A、B,、C,、D塊中的某一塊時(shí)，無須產(chǎn)生模擬脈沖對數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)功能,，通過單片機(jī)額外模擬i個(gè)時(shí)鐘脈沖,，輸出到串行存儲(chǔ)器的時(shí)鐘信號端，可以使數(shù)據(jù)錯(cuò)位,，從指定的某一位Di開始輸出,。當(dāng)顯示信息跨越Sw-1區(qū)間時(shí)，如果一場顯示還沒有完畢,，內(nèi)存地址應(yīng)返回到Y(jié)L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(jī)模擬的脈沖數(shù)i也相應(yīng)發(fā)生變化,。

2 LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    LED顯示屏控制電路,。為了提高數(shù)據(jù)輸出效率，采用Ramtron公司的帶SPI功能模塊的VRS51L3074單片機(jī)。VRS51L3074的時(shí)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(shí)鐘頻率可以在SysClk／2～SysClk／1024范圍內(nèi)調(diào)整，SPI時(shí)鐘頻率最高可以達(dá)到20MHz,。當(dāng)VRS51L3074作為SPI主機(jī)時(shí),，可以對SPI運(yùn)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(jìn)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(jìn)行設(shè)置。
    狀態(tài)寄存器SPISTATUS：主要用于對SPI運(yùn)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(shí)鐘速率,、時(shí)鐘相位／極性、片選信號,，以及SPI時(shí)鐘頻率進(jìn)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(dòng)SPI傳輸,。當(dāng)傳輸字各行長大于8時(shí)，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(dòng)串行Flash傳輸數(shù)據(jù)，在SPI時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下輸出顯示數(shù)據(jù),，并且可以用單片機(jī)模擬串行Flash時(shí)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
    LED顯示屏控制系統(tǒng)如圖3所示，VRS51L3074單片機(jī)內(nèi)部自帶精確的40 MHz振蕩器,，不需要外部晶振電路提供系統(tǒng)時(shí)鐘。數(shù)據(jù)顯示采用內(nèi)存為16 Mb的SST25VF016B。雙RAM技術(shù)輸出顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候,，是將兩塊RAM中相同地址的兩個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)輸出,，所以，將兩塊RAM的顯示數(shù)據(jù)存放在一塊串行存儲(chǔ)器中時(shí),，偶地址單元應(yīng)存儲(chǔ)RAM0的數(shù)據(jù),，奇地址單元存儲(chǔ)RAMl的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出時(shí)每次輸出16位數(shù)據(jù),。串行存儲(chǔ)器和單片機(jī)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(shù)據(jù)在輸出到寄存器74LS164和顯示屏的時(shí)候，需要用74LVC07進(jìn)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4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(jì)算顯示數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的地址,，并計(jì)算出數(shù)據(jù)選擇的位數(shù)i,。
    ③通過單片機(jī)P3．0口模擬移位脈沖，輸出到串行Flash時(shí)鐘信號,，移位脈沖數(shù)由數(shù)據(jù)選擇位數(shù)i決定,。使輸出數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯(cuò)位，正確地選擇輸出顯示數(shù)據(jù),。
    ④啟動(dòng)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(cuò)位,，輸出16位數(shù)據(jù)[Di,，Di+1，…,，D7,，…，D15,，D0,，…，Di-1],，輸出到顯示屏的數(shù)據(jù)[D8+i,，…，D15,，D0,，…,，Di-1]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(gè)數(shù)據(jù)輸出后,，此行各列數(shù)據(jù)都直接輸出。
    ⑤16位數(shù)據(jù)輸出完畢后,，通過P3.1腳產(chǎn)生一個(gè)SCK脈沖,，將移位寄存器74LSl64中的數(shù)據(jù)輸出移入到單元板的串行移位寄存器74HC595中。
    ⑥重復(fù)第④至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(gè)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①至⑥步。
    此電路有這樣幾個(gè)特點(diǎn)：顯示數(shù)據(jù)從串行Flash輸出后,，不經(jīng)單片機(jī)的處理,，直接以DMA方式輸出到移位寄存器74LSl64，同時(shí)實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換,，既節(jié)省數(shù)據(jù)處理時(shí)間,，又提高顯示效率。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(jì)算數(shù)據(jù)選擇位數(shù)i,，并通過P3．O端口模擬i個(gè)脈沖輸出到串行Flash，移出i位數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯(cuò)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(shí)，無需再進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇位的判斷,，直接將顯示數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中輸出到顯示屏,。
    存儲(chǔ)器效率分析如表1所列。

    由表1可知,，采用雙RAM技術(shù)輸出顯示大大提高了存儲(chǔ)器效率,，降低了顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的占用。當(dāng)顯示信息量較大時(shí),，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)組織使用的存儲(chǔ)器比較多,、利用率低，而采用雙RAM技術(shù)正好解決了這個(gè)問題,。一塊RAM(靜態(tài)顯示時(shí))的存儲(chǔ)器效率是100％,，雙RAM的效率是50％,。當(dāng)有N塊RAM時(shí)，效率為(N-1)／N,。
    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程序代碼。隨機(jī)顯示一屏信息,，顯示數(shù)據(jù)已按順序存儲(chǔ)在串行Flash中。

結(jié)語
    本控制系統(tǒng)利用串行Flash輸出數(shù)據(jù)時(shí)的特點(diǎn),，大大地減少了數(shù)據(jù)處理的時(shí)間,，將顯示數(shù)據(jù)以DMA方式輸出到顯示屏，不但提高了顯示效率,，而且彌補(bǔ)了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(dòng)時(shí)的存儲(chǔ)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％。本文將顯示數(shù)據(jù)存放在一塊Flash中,，效率也為50％,，相比動(dòng)態(tài)顯示組織方式，降低了垂直移動(dòng)時(shí)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的占用率,，提高了存儲(chǔ)效率,。此外，還可以雙RAM技術(shù)為基礎(chǔ),，擴(kuò)展出多RAM方式,，提高顯示的高度，增加每屏顯示信息,，進(jìn)一步提高存儲(chǔ)效率,。本系統(tǒng)仍有改進(jìn)的空間，譬如以雙RAM組織顯示數(shù)據(jù)后直接用兩個(gè)RAM來存放不同的數(shù)據(jù),，控制顯示數(shù)據(jù)直接輸出,，以提高輸出速率。