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LED电子显示屏的数据存储和处理

导读: 采用发光二极管(LED)点阵模块构成的电子显示屏已经越来越广泛地应用于生产、生活、公共场所等各个方面。其规模和复杂程度各有所异,投入成本也差别很大。按照微处理器工作原理,可将电子显示屏分为两大类:同步型和异步型。

  引言

  采用发光二极管(LED)点阵模块构成的电子显示屏已经越来越广泛地应用于生产、生活、公共场所等各个方面。其规模和复杂程度各有所异,投入成本也差别很大。按照微处理器工作原理,可将电子显示屏分为两大类:同步型和异步型。前者的微处理器就是一台电脑,显示屏在电脑支持下工作。其优点是规模大、显示花样多,可用于彩色显示。很显然,其缺点是成本高、体积大,须专业人员操作。异步型电子显示屏的微处理器一般采用单片机(MCU),显示内容由电脑通过通信方式发送到单片机系统的数据存储器,显示控制完全由单片机完成。异步型电子显示屏具有结构简单、维护方便、显示刷新简单、无需专业人员操作、成本低等优点,但对于大规模、彩色、显示花样复杂的动态显示它却无能为力。

  用于小型公示场所(例如公交车的到站提示等)的电子显示屏是规模最小的一种,自然采用异步型系统比较合适。设计这类电子显示屏的原则是,在满足显示要求的前提下,尽量节省投入,缩短开发周期,以降低成本。为此,选择通用型51系列单片机为核心是明智的选择。

  1 原理概述

  本电子显示屏的整体硬件结构如图1所示。本系统采用的是共阴极(AS)的LED点阵模块,行、列驱动方法上与一般资料所述不同。由于篇幅限制,本文不作详细论述。

  

  由图1可以看出,本系统的片外数据存储器(RAM)与MCU通过地址锁存器交换数据。小规模电子显示屏的显示内容一般在几十个到几百个汉字,按一个汉字字模占用32字节计算,故32 KB的数据存储器可存储900个汉字。实际上,由于汉字在动态显示时(例如左移、上移等),需要进行数据处理,故需在片外数据存储器预留3 KB左右的空间作为数据处理缓冲空间。这是对片外数据存储器的容量要求。

  有时候数据处理量是很大的。例如,一屏32个汉字左移,一次需处理32×32=1024个字节,处理过程有读也有写,因此对片外数据存储器的读/写速度有严格要求。否则,会因为数据处理消耗大量时间而造成闪烁。这是对片外数据存储器读/写速度的要求。

  电子显示屏一次显示的内容通常希望重复显示几天、几个星期甚至几个月才得以更新。为此,片外RAM中汉字字模数据至少要能保存一个更新周期,不能因停电、下班而丢失。因此对片外数据存储器有掉电不丢失数据(即“不挥发”)的要求。

  2 存储器选择

  2.1 数据存储器性能比较

  开发试验过程中,关注过如表1所列的各种可能用于单片机扩展的片外数据存储器芯片。

  

  表中所列的前3类都有掉电不丢失数据功能。第一类为光擦除程序存储器,不能在线写入,只能用作只读存储器,显然不适用于本系统。第二类为电擦除程序存储器,在线写入数据不多时,也可以作为不挥发数据存储器使用。它是按页(16字节)写入,页之间须有一定延时。由于本系统要求一次连续写入的数据可能多达1 KB,故写入速度不能满足要求。第三类为闪烁(Flash)存储器,其读/写速度应该很快,但是在写入时也是和第二类一样分块写入。一块为64字节,块之间写入需要一定延时(ms级),故不能在指定地址连续大量数据,经过试验以后,本系统也摒弃了这类存储器。表中所列最后两类都属于静态数据存储器,读/写速度都很快,其引脚完全和单片机爱好者所熟悉的6264(8KB)兼容,只要增加两条地址线即可。HKl235-7实际上是62256加上保持数据的电池组成的模块。广告宣传数据可以保持10年不丢失,实际上,我们在以前的课题中使用发现数据不能保持这么长时间,而且价格昂贵,是62256的10倍!无论开发试验或者产品生产都不宜选择HK1235-7模块。

  2.2 对62256的评价

  表中所列的62256属于51系列单片机典型的片外数据存储器,一片62256的容量为32 KB,完全可以满足小规模显示系统的要求。若用户嫌容量不够还可以扩展第二片、第三片。62256的读/写速度与单片机匹配,可以达到最快。而且,可以对任意指定地址进行单个字节或者连续写入,一次写入的字节数没有限制。和其他RAM芯片一样,其缺点是掉电不能保持数据。在试验中,我们另辟蹊径解决了这一问题。

  3 实现方法和效果

  3.1 实现62256数据不挥发的方法

  参照HK1235-7模块的方法,在靠近62256的电路板上增加了一颗专用于保持数据的电池,如图2所示。图中二极管有两方面作用:一是在电源停电时,防止锂电池对其他元件放电,缩短保持数据时间;二是在电源对锂电池充电时,对电源电压进行钳位。因为锂电池最高电压为4.2 V左右,电源电压为5 V,二极管正向饱和压降为0.7 V左右,故可防止锂电池的过充电。

  

图2 片外数据存储器数据保持电路

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