LED電子顯示屏的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理
采用發(fā)光二極管(LED)點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的電子顯示屏已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、公共場(chǎng)所等各個(gè)方面。其規(guī)模和復(fù)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(tái)電腦,顯示屏在電腦支持下工作。其優(yōu)點(diǎn)是規(guī)模大、顯示花樣多,可用于彩色顯示。很顯然,其缺點(diǎn)是成本高、體積大,須專業(yè)人員操作。異步型電子顯示屏的微處理器一般采用單片機(jī)(MCU),顯示內(nèi)容由電腦通過通信方式發(fā)送到單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,顯示控制完全由單片機(jī)完成。異步型電子顯示屏具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、顯示刷新簡(jiǎn)單、無需專業(yè)人員操作、成本低等優(yōu)點(diǎn),但對(duì)于大規(guī)模、彩色、顯示花樣復(fù)雜的動(dòng)態(tài)顯示它卻無能為力。 由圖1可以看出,本系統(tǒng)的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)與MCU通過地址鎖存器交換數(shù)據(jù)。小規(guī)模電子顯示屏的顯示內(nèi)容一般在幾十個(gè)到幾百個(gè)漢字,按一個(gè)漢字字模占用32字節(jié)計(jì)算,故32KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)900個(gè)漢字。實(shí)際上,由于漢字在動(dòng)態(tài)顯示時(shí)(例如左移、上移等),需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,故需在片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器預(yù)留3KB左右的空間作為數(shù)據(jù)處理緩沖空間。這是對(duì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量要求。 表中所列的前3類都有掉電不丟失數(shù)據(jù)功能。第一類為光擦除程序存儲(chǔ)器,不能在線寫入,只能用作只讀存儲(chǔ)器,顯然不適用于本系統(tǒng)。第二類為電擦除程序存儲(chǔ)器,在線寫入數(shù)據(jù)不多時(shí),也可以作為不揮發(fā)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。它是按頁(16字節(jié))寫入,頁之間須有一定延時(shí)。由于本系統(tǒng)要求一次連續(xù)寫入的數(shù)據(jù)可能多達(dá)1KB,故寫入速度不能滿足要求。第三類為閃爍(Flash)存儲(chǔ)器,其讀/寫速度應(yīng)該很快,但是在寫入時(shí)也是和第二類一樣分塊寫入。一塊為64字節(jié),塊之間寫入需要一定延時(shí)(ms級(jí)),故不能在指定地址連續(xù)大量數(shù)據(jù),經(jīng)過試驗(yàn)以后,本系統(tǒng)也摒棄了這類存儲(chǔ)器。表中所列最后兩類都屬于靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,讀/寫速度都很快,其引腳完全和單片機(jī)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(shí)際上是62256加上保持?jǐn)?shù)據(jù)的電池組成的模塊。廣告宣傳數(shù)據(jù)可以保持10年不丟失,實(shí)際上,我們?cè)谝郧暗恼n題中使用發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不能保持這么長(zhǎng)時(shí)間,而且價(jià)格昂貴,是62256的10倍!無論開發(fā)試驗(yàn)或者產(chǎn)品生產(chǎn)都不宜選擇HK1235-7模塊。 圖2、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)保持電路 圖3、數(shù)據(jù)傳送子程序流程 由上述程序清單可以看出,AT89S52并沒有實(shí)際獨(dú)立的兩個(gè)地址指針,而是通過修改特殊功能寄存器OA2H中的數(shù)據(jù)(0或者1)使一個(gè)地址指針指向兩個(gè)不同的16位地址,就像操作兩個(gè)地址指針一樣。
用于小型公示場(chǎng)所(例如公交車的到站提示等)的電子顯示屏是規(guī)模最小的一種,自然采用異步型系統(tǒng)比較合適。設(shè)計(jì)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(jié)省投入,縮短開發(fā)周期,以降低成本。為此,選擇通用型51系列單片機(jī)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(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)采用的是共陰極(AS)的LED點(diǎn)陣模塊,行、列驅(qū)動(dòng)方法上與一般資料所述不同。由于篇幅限制,本文不作詳細(xì)論述。
有時(shí)候數(shù)據(jù)處理量是很大的。例如,一屏32個(gè)漢字左移,一次需處理32×32=1024個(gè)字節(jié),處理過程有讀也有寫,因此對(duì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀/寫速度有嚴(yán)格要求。否則,會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)處理消耗大量時(shí)間而造成閃爍。這是對(duì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀/寫速度的要求。
電子顯示屏一次顯示的內(nèi)容通常希望重復(fù)顯示幾天、幾個(gè)星期甚至幾個(gè)月才得以更新。為此,片外RAM中漢字字模數(shù)據(jù)至少要能保存一個(gè)更新周期,不能因停電、下班而丟失。因此對(duì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有掉電不丟失數(shù)據(jù)(即“不揮發(fā)”)的要求。
2、存儲(chǔ)器選擇
2.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器性能比較
開發(fā)試驗(yàn)過程中,關(guān)注過如表1所列的各種可能用于單片機(jī)擴(kuò)展的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片。
2.2對(duì)62256的評(píng)價(jià)
表中所列的62256屬于51系列單片機(jī)典型的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,一片62256的容量為32KB,完全可以滿足小規(guī)模顯示系統(tǒng)的要求。若用戶嫌容量不夠還可以擴(kuò)展第二片、第三片。62256的讀/寫速度與單片機(jī)匹配,可以達(dá)到最快。而且,可以對(duì)任意指定地址進(jìn)行單個(gè)字節(jié)或者連續(xù)寫入,一次寫入的字節(jié)數(shù)沒有限制。和其他RAM芯片一樣,其缺點(diǎn)是掉電不能保持?jǐn)?shù)據(jù)。在試驗(yàn)中,我們另辟蹊徑解決了這一問題。
3、實(shí)現(xiàn)方法和效果
3.1實(shí)現(xiàn)62256數(shù)據(jù)不揮發(fā)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?jǐn)?shù)據(jù)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(shí),防止鋰電池對(duì)其他元件放電,縮短保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)間;二是在電源對(duì)鋰電池充電時(shí),對(duì)電源電壓進(jìn)行鉗位。因?yàn)殇囯姵刈罡唠妷簽?.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。
3.2 調(diào)試中遇到的問題
3.2.1 二極管選型問題
開始試驗(yàn)時(shí),選用檢波二極管4148作為鉗位二極管,使用不到一個(gè)星期發(fā)現(xiàn)被擊穿短路,無法保持?jǐn)?shù)據(jù)。后來改用整流二極管1N4007,長(zhǎng)期使用,未發(fā)現(xiàn)擊穿問題?赡苁窃阡囯姵爻潆婋娏鞅容^大,特別是當(dāng)鋰電池剛充電時(shí),本身電壓比較低,充電電流最大,故檢波二極管容易損壞。
3.2.2 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀/寫技巧
剛開始調(diào)試顯示程序的時(shí)候,為了節(jié)省時(shí)間,沒有使用串口通信向62256注入漢字編碼(漢字字模),而是將程序存儲(chǔ)器(ROM)的漢字字模傳送給62256.
這樣的傳送過程必須有兩個(gè)地址指針才能完成,AT89S52正好滿足了這一要求。例如,將ROM中512字節(jié)的字模傳送給62256,程序流程如圖3所示。
以下為此段子程序?qū)?yīng)的代碼全文。
程序清單中第一條指令對(duì)于讀/寫片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是必要的。如果不對(duì)P2口初始化,可能出現(xiàn)讀/寫錯(cuò)誤,這一點(diǎn)是經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)得出的結(jié)論。
3.3 使用效果
LED電子顯示屏的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方案經(jīng)調(diào)試后試運(yùn)行半年,工作正常。讀/寫速度完全和MCU匹配,數(shù)據(jù)保持時(shí)間為2天到1星期(視鋰電池充電容量而定)。這一數(shù)據(jù)保持周期完全能滿足實(shí)際使用需要。
4、結(jié)論
、儆糜LED電子顯示屏的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的芯片不但要滿足存儲(chǔ)容量要求,更加重要的是要滿足讀/寫速度要求,還要能在一定周期內(nèi)保持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失。
②試驗(yàn)證明,采用62256加保持?jǐn)?shù)據(jù)電池是最佳方案。此方案已經(jīng)試運(yùn)行半年,完全符合使用要求,其成本也是最低的。
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