摘要： 為了不增加硬件成本而提高顯示數據的輸出速度，在分析現有條形LED 顯示屏單元板電路的基礎上，提出了一種基于多端口串行Flash 存儲器的LED 顯示控制系統，該系統由STC12C5616 高速1T 單片機和帶SPI接口的SST26VF016B 串行多端口Flash 存儲器組成。顯示數據輸出時，利用單片機的高速同步串行口（SPI） 高速時鐘，將多端口串行Flash 存儲器中的顯示數據以“存儲器直接存取（DMA） ”的方式直接輸出至超長條形LED顯示屏。 最后，以4 096 × 64 點陣單色LED 顯示屏為例進行了測試。 結果表明，顯示屏刷新率達到62. 5 Hz，驗證了該系統在實際應用中的有效性和可行性。

　　在LED 顯示屏應用中，超長條形LED 屏是非常廣泛的一種形式，其特點是長度“特別長”而寬度窄。 超長LED 顯示屏目前沒有明確的定義，可以將其水平方向的點數定義為≥2 048 比較合適。

　　以由1 /4 掃描P10 單元板（點間距10 mm） 組成的超長條形LED 顯示屏為例，當水平方向的點數為2 048 時，其水平方向物理尺寸為20. 48 m. LED 屏的寬度（垂直方向） 點數一般為16、24 和32 點，最多不超過64 點，應用中以能夠顯示一行各類字體的漢字為主。 為保證刷新率，在對超長LED 顯示屏的控制上，要求在規(guī)定時間內送出更多數據，普通的LED 顯示屏控制卡很難實現控制要求。

　　本文在分析現有各種條形LED 顯示屏單元板電路的基礎上，提出了一種基于多端口串行Flash存儲器的LED 顯示控制系統。 利用單片機的SPI接口產生可控時鐘，將多端口串行Flash 存儲器中的顯示數據以“DMA”方式直接輸出至超長條形LED 顯示屏。

　　1 常用單元板內部串行移位寄存器連接方式

　　圖1 為3 種常用單元板內部串行移位寄存器連接方式。 其中圖1（a） 為單元板74HC595 與LED發(fā)光管點陣連接關系及簡化表示電路。 LED 顯示屏單元板內部使用的串行移位寄存器一般為74HC595、MBI5026 或MBI5026 兼容芯片，而MBI5026 可以看成是由兩片74HC595 級聯構成，為恒流源驅動模式，更適合LED 的驅動。

　　圖1（b） 、（c） 、（d） 分別為P10、P16、F3. 75 或F5. 0單元板的連接方式。

　　圖1 3 種常用單元板內部串行移位寄存器連接方式

　　2 超長LED 顯示屏面臨的問題及解決方案

　　目前，市場上大量的門頭屏（ 條形LED 顯示屏） 是LED 顯示屏應用最廣的一種形式。 從技術上來說，門頭屏的水平方向點數從256 點至數千點，而高度一般不超過64 點。 隨著市場需求和顯示精度的提高，數千點長度的超長LED 顯示屏需求量在不斷加大。 普通的LED 顯示屏控制卡難于滿足刷新率的要求，以在長度上像素點是4 096 的F3. 75 LED 顯示屏為例，設刷新率為60 Hz，其SCK時鐘周期至少為106 /60 /16 /4 096 = 0. 254 μs = 254 ns.

　　解決超長LED 顯示屏數據輸出的方法有兩種： 一是選擇高性能嵌入式處理器和FPGA 芯片，該方法控制卡成本較高； 二是巧妙應用單片機上的特殊功能部件并優(yōu)化組織數據算法，這種方法成本很低。 本文采用的就是第2 種方法，通過優(yōu)化算法將數據預先寫入多端口串行Flash 存儲器SST26VF016B 中，利用STC12C5616 單片機的SPI部件產生高速可控SCK 時鐘，將多端口串行Flash存儲器中的顯示數據以“DMA”方式直接輸出至超長條形LED 顯示屏中，滿足超長LED 顯示屏的顯示要求。

　　超長LED 顯示屏高度一般不超過64 點，若控制1 /16 掃描單色LED 顯示屏，SST26VF016B 存儲器的4 位數據端口正好滿足LED 顯示屏數據口寬度的需要。 圖2 為SST26VF016B 存儲器的控制時序，CS 為SST26VF016B 存儲器的片選端，所有對存儲器的操作都要在CS 為低電平期間進行；SCK 為時鐘線，當空閑模式時，SCK 信號可以處于低電平狀態(tài)（ MODE 0） ，也可以處在高電平狀態(tài)（ MODE 3） ; SIO（ 3∶ 0） 為4 位數據端口，在數據傳輸時，先傳字節(jié)的高4 位，再傳字節(jié)的低4 位。 從存儲器的控制時序可以看出，對存儲器的控制按照命令字、24 位存儲地址、虛擬字節(jié)、數據字節(jié)0 到數據字節(jié)N 的順序發(fā)送。 存儲器的命令字可以實現對存儲器進行片擦除、扇區(qū)擦除、單字節(jié)讀寫、連續(xù)字節(jié)讀寫等功能，完全能夠滿足超長LED 顯示屏對存儲器的容量和控制方式的要求。

　　圖2 SST26VF016B 存儲器的控制時序。

　　STC12C5616 是STC 公司推出的高速1T 單片機，時鐘頻率可達30 MHz 以上，其內部集成一個高速串行通信接口部件（ 即SPI 接口）。 當STC12C5616 的SPI 部件采用主模式工作時，其SPI時鐘輸出頻率（ fclk） 可以達到晶振頻率（ fosc） 的1 /4 倍，并且可以靈活配置它的時鐘相位和時鐘極性，既滿足對SST26VF016B存儲器控制的要求，又滿足超長LED 顯示屏對時鐘的要求。