LED電子顯示屏的數據存儲和處理

中國視聽網資訊更新時間：2011-4-20 8:57:12　編輯：天嘯　[ 大中小 ]

采用發光二極管（LED）點陣模塊構成的電子顯示屏已經越來越廣泛地應用于生產、生活、公共場所等各個方面。其規模和復雜程度各有所異，投入成本也差別很大。按照微處理器工作原理，可將電子顯示屏分為兩大類：同步型和異步型。前者的微處理器就是一臺電腦，顯示屏在電腦支持下工作。其優點是規模大、顯示花樣多，可用于彩色顯示。很顯然，其缺點是成本高、體積大，須專業人員操作。異步型電子顯示屏的微處理器一般采用單片機（MCU），顯示內容由電腦通過通信方式發送到單片機系統的數據存儲器，顯示控制完全由單片機完成。異步型電子顯示屏具有結構簡單、維護方便、顯示刷新簡單、無需專業人員操作、成本低等優點，但對于大規模、彩色、顯示花樣復雜的動態顯示它卻無能為力。

用于小型公示場所（例如公交車的到站提示等）的電子顯示屏是規模最小的一種，自然采用異步型系統比較合適。設計這類電子顯示屏的原則是，在滿足顯示要求的前提下，盡量節省投入，縮短開發周期，以降低成本。為此，選擇通用型51系列單片機為核心是明智的選擇。

　　1、原理概述

　　本電子顯示屏的整體硬件結構如圖1所示。本系統采用的是共陰極（AS）的LED點陣模塊，行、列驅動方法上與一般資料所述不同。由于篇幅限制，本文不作詳細論述。

由圖1可以看出，本系統的片外數據存儲器（RAM）與MCU通過地址鎖存器交換數據。小規模電子顯示屏的顯示內容一般在幾十個到幾百個漢字，按一個漢字字模占用32字節計算，故32KB的數據存儲器可存儲900個漢字。實際上，由于漢字在動態顯示時（例如左移、上移等），需要進行數據處理，故需在片外數據存儲器預留3KB左右的空間作為數據處理緩沖空間。這是對片外數據存儲器的容量要求。

　　有時候數據處理量是很大的。例如，一屏32個漢字左移，一次需處理32×32=1024個字節，處理過程有讀也有寫，因此對片外數據存儲器的讀/寫速度有嚴格要求。否則，會因為數據處理消耗大量時間而造成閃爍。這是對片外數據存儲器讀/寫速度的要求。

　　電子顯示屏一次顯示的內容通常希望重復顯示幾天、幾個星期甚至幾個月才得以更新。為此，片外RAM中漢字字模數據至少要能保存一個更新周期，不能因停電、下班而丟失。因此對片外數據存儲器有掉電不丟失數據（即“不揮發”）的要求。

　　2、存儲器選擇

　　2.1數據存儲器性能比較

　　開發試驗過程中，關注過如表1所列的各種可能用于單片機擴展的片外數據存儲器芯片。

表中所列的前3類都有掉電不丟失數據功能。第一類為光擦除程序存儲器，不能在線寫入，只能用作只讀存儲器，顯然不適用于本系統。第二類為電擦除程序存儲器，在線寫入數據不多時，也可以作為不揮發數據存儲器使用。它是按頁（16字節）寫入，頁之間須有一定延時。由于本系統要求一次連續寫入的數據可能多達1KB,故寫入速度不能滿足要求。第三類為閃爍（Flash）存儲器，其讀/寫速度應該很快，但是在寫入時也是和第二類一樣分塊寫入。一塊為64字節，塊之間寫入需要一定延時（ms級），故不能在指定地址連續大量數據，經過試驗以后，本系統也摒棄了這類存儲器。表中所列最后兩類都屬于靜態數據存儲器，讀/寫速度都很快，其引腳完全和單片機愛好者所熟悉的6264（8KB）兼容，只要增加兩條地址線即可。HKl235-7實際上是62256加上保持數據的電池組成的模塊。廣告宣傳數據可以保持10年不丟失，實際上，我們在以前的課題中使用發現數據不能保持這么長時間，而且價格昂貴，是62256的10倍！無論開發試驗或者產品生產都不宜選擇HK1235-7模塊。

　　2.2對62256的評價

　　表中所列的62256屬于51系列單片機典型的片外數據存儲器，一片62256的容量為32KB,完全可以滿足小規模顯示系統的要求。若用戶嫌容量不夠還可以擴展第二片、第三片。62256的讀/寫速度與單片機匹配，可以達到最快。而且，可以對任意指定地址進行單個字節或者連續寫入，一次寫入的字節數沒有限制。和其他RAM芯片一樣，其缺點是掉電不能保持數據。在試驗中，我們另辟蹊徑解決了這一問題。

　　3、實現方法和效果

　　3.1實現62256數據不揮發的方法

　　參照HK1235-7模塊的方法，在靠近62256的電路板上增加了一顆專用于保持數據的電池，如圖2所示。圖中二極管有兩方面作用：一是在電源停電時，防止鋰電池對其他元件放電，縮短保持數據時間；二是在電源對鋰電池充電時，對電源電壓進行鉗位。因為鋰電池最高電壓為4.2V左右，電源電壓為5V,二極管正向飽和壓降為0.7V左右，故可防止鋰電池的過充電。