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高(gao)效提升(sheng)控(kong)制(zhi)效率 | 基于(yu)ACM32 MCU的LED燈(deng)箱控(kong)制(zhi)器方案

前言  

LED燈箱上各種文字(zi)、圖案有序(xu)跳(tiao)躍、交替輝映(ying)，產生(sheng)強烈的視覺(jue)沖擊(ji)力，被廣泛應用于商場、美容美發(fa)、賓館、娛樂場所等地方。

鎖存器的(de)工作原(yuan)理

在(zai)LED和(he)數(shu)碼管顯示方面，要維持一個(ge)數(shu)據(ju)的(de)顯示，往(wang)往(wang)要持續的(de)快速(su)的(de)刷新。尤其是在(zai)四段(duan)八位數(shu)碼管等這些要選通的(de)顯示設備(bei)上。在(zai)人類能(neng)夠接受的(de)刷新頻(pin)率之內，大(da)概每三十毫秒就要刷新一次。這就大(da)大(da)占(zhan)用(yong)了(le)(le)處理(li)(li)器(qi)(qi)的(de)處理(li)(li)時(shi)間，消耗了(le)(le)處理(li)(li)器(qi)(qi)的(de)處理(li)(li)能(neng)力(li)，還浪費了(le)(le)處理(li)(li)器(qi)(qi)的(de)功耗。

鎖(suo)存(cun)器(qi)的(de)(de)使用(yong)可(ke)以(yi)大大的(de)(de)緩解處(chu)(chu)理(li)器(qi)在(zai)(zai)這(zhe)方面的(de)(de)壓(ya)力。當處(chu)(chu)理(li)器(qi)把數(shu)據傳輸到(dao)鎖(suo)存(cun)器(qi)并(bing)將其鎖(suo)存(cun)后，鎖(suo)存(cun)器(qi)的(de)(de)輸出引(yin)腳(jiao)便會一(yi)直保持數(shu)據狀態直到(dao)下一(yi)次鎖(suo)存(cun)新(xin)的(de)(de)數(shu)據為止。這(zhe)樣(yang)在(zai)(zai)數(shu)碼(ma)管(guan)的(de)(de)顯(xian)(xian)示(shi)內容(rong)不變之前(qian)，處(chu)(chu)理(li)器(qi)的(de)(de)處(chu)(chu)理(li)時(shi)間(jian)和IO引(yin)腳(jiao)便可(ke)以(yi)釋放(fang)。可(ke)以(yi)看出，處(chu)(chu)理(li)器(qi)處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)時(shi)間(jian)僅限于顯(xian)(xian)示(shi)內容(rong)發(fa)生變化的(de)(de)時(shi)候，這(zhe)在(zai)(zai)整個(ge)顯(xian)(xian)示(shi)時(shi)間(jian)上只是非(fei)常少的(de)(de)一(yi)個(ge)部分。而處(chu)(chu)理(li)器(qi)在(zai)(zai)處(chu)(chu)理(li)完后可(ke)以(yi)有(you)更多(duo)的(de)(de)時(shi)間(jian)來執行其他的(de)(de)任務。這(zhe)就(jiu)是鎖(suo)存(cun)器(qi)在(zai)(zai)LED和數(shu)碼(ma)管(guan)顯(xian)(xian)示(shi)方面的(de)(de)作用(yong)：節省了(le)寶貴的(de)(de)MCU時(shi)間(jian)。

LED單元板(ban)的(de)(de)(de)最基本元件74HC595是8位(wei)(wei)串行(xing)移位(wei)(wei)寄存器和8位(wei)(wei)存儲/輸出寄存器組(zu)成，移位(wei)(wei)寄存器負責在時鐘脈沖(chong)的(de)(de)(de)每(mei)個上升沿接收(shou)輸入的(de)(de)(de)數(shu)據(ju)，而存儲/輸出寄存器負責將輸入的(de)(de)(de)8bit數(shu)據(ju)并(bing)行(xing)輸出到(dao)引腳（Q0~Q7）。因此(ci)適當的(de)(de)(de)設計MCU的(de)(de)(de)SPI和LED單元板(ban)的(de)(de)(de)連接可(ke)以(yi)高(gao)速(su)(su)將顯示數(shu)據(ju)傳送到(dao)LED顯示屏。顯然將MCU的(de)(de)(de)一個SPI模塊對應于LED單元板(ban)的(de)(de)(de)一條(tiao)(tiao)掃(sao)描(miao)線(xian)可(ke)最大限度發揮SPI的(de)(de)(de)速(su)(su)度優勢。對于一個掃(sao)描(miao)線(xian)不多而每(mei)條(tiao)(tiao)掃(sao)描(miao)線(xian)又很長的(de)(de)(de)情況下(超長LED條(tiao)(tiao)屏)，使用SPI對應于單元板(ban)的(de)(de)(de)一條(tiao)(tiao)掃(sao)描(miao)線(xian)可(ke)輸出速(su)(su)度高(gao)達系統時鐘的(de)(de)(de)1/4或更高(gao)。

74HC595引腳圖

LED燈箱控制(zhi)器方案

上海(hai)航芯(xin)LED燈箱控(kong)(kong)制(zhi)器方(fang)案以(yi)ACM32F070CBT7為(wei)主控(kong)(kong)芯(xin)片，主頻(pin)64MHz，128KB eFlash和(he)32KB SRAM，帶(dai)有(you)兩路高達50Mbps的(de)SPI接(jie)口。SPI模(mo)塊支持1線(xian)、2線(xian)、4線(xian)傳輸模(mo)式，在4線(xian)傳輸模(mo)式下(xia)，每(mei)個時鐘周期可(ke)同時輸出(chu)4bit數(shu)據(ju)(ju)，每(mei)根(gen)SPI數(shu)據(ju)(ju)線(xian)可(ke)作(zuo)為(wei)一路鎖存(cun)器的(de)串行(xing)輸入，因此(ci)一個SPI模(mo)塊可(ke)同時輸出(chu)控(kong)(kong)制(zhi)32個LED或者數(shu)碼管的(de)引腳，大大的(de)提高了控(kong)(kong)制(zhi)效(xiao)率，可(ke)以(yi)為(wei)MCU節省大量的(de)時間(jian)去處(chu)理其(qi)他任務。

SPI四線模式時序圖

LED燈箱控制器方案框圖