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高(gao)效(xiao)(xiao)提(ti)升控制(zhi)效(xiao)(xiao)率 | 基于(yu)ACM32 MCU的LED燈箱控制(zhi)器方(fang)案

前言  

LED燈箱上(shang)各(ge)種文(wen)字、圖案有序(xu)跳(tiao)躍、交替輝映，產(chan)生強烈(lie)的視覺沖擊力，被(bei)廣泛應用于商場(chang)、美容美發、賓館(guan)、娛樂場(chang)所等地方(fang)。

鎖存器的(de)工作原理

在LED和數碼(ma)管(guan)顯(xian)示方面(mian)，要(yao)維持(chi)一個數據的(de)顯(xian)示，往往要(yao)持(chi)續的(de)快(kuai)速的(de)刷(shua)新。尤(you)其是在四段(duan)八(ba)位數碼(ma)管(guan)等這些要(yao)選通的(de)顯(xian)示設備上(shang)。在人類能(neng)夠接(jie)受的(de)刷(shua)新頻率之內，大概每三十毫秒就(jiu)要(yao)刷(shua)新一次(ci)。這就(jiu)大大占(zhan)用了處(chu)理(li)(li)器(qi)的(de)處(chu)理(li)(li)時間，消耗了處(chu)理(li)(li)器(qi)的(de)處(chu)理(li)(li)能(neng)力，還浪費了處(chu)理(li)(li)器(qi)的(de)功耗。

鎖(suo)(suo)存(cun)器(qi)的(de)(de)使(shi)用可(ke)以(yi)大大的(de)(de)緩解處(chu)理(li)器(qi)在(zai)這(zhe)(zhe)方面的(de)(de)壓力。當處(chu)理(li)器(qi)把數(shu)(shu)據傳輸到鎖(suo)(suo)存(cun)器(qi)并(bing)將(jiang)其鎖(suo)(suo)存(cun)后(hou)，鎖(suo)(suo)存(cun)器(qi)的(de)(de)輸出引腳(jiao)便(bian)會一(yi)直保持數(shu)(shu)據狀態直到下(xia)一(yi)次(ci)鎖(suo)(suo)存(cun)新的(de)(de)數(shu)(shu)據為止。這(zhe)(zhe)樣在(zai)數(shu)(shu)碼管(guan)的(de)(de)顯(xian)示內容不變(bian)之(zhi)前，處(chu)理(li)器(qi)的(de)(de)處(chu)理(li)時(shi)間(jian)和IO引腳(jiao)便(bian)可(ke)以(yi)釋(shi)放。可(ke)以(yi)看出，處(chu)理(li)器(qi)處(chu)理(li)的(de)(de)時(shi)間(jian)僅限(xian)于顯(xian)示內容發生變(bian)化(hua)的(de)(de)時(shi)候，這(zhe)(zhe)在(zai)整個顯(xian)示時(shi)間(jian)上只是(shi)非常(chang)少的(de)(de)一(yi)個部分(fen)。而(er)處(chu)理(li)器(qi)在(zai)處(chu)理(li)完后(hou)可(ke)以(yi)有(you)更多的(de)(de)時(shi)間(jian)來執行其他的(de)(de)任務。這(zhe)(zhe)就是(shi)鎖(suo)(suo)存(cun)器(qi)在(zai)LED和數(shu)(shu)碼管(guan)顯(xian)示方面的(de)(de)作用：節(jie)省了寶貴的(de)(de)MCU時(shi)間(jian)。

LED單元板的(de)(de)(de)最基本(ben)元件74HC595是8位串行(xing)移位寄(ji)存(cun)器和(he)8位存(cun)儲/輸出(chu)(chu)(chu)寄(ji)存(cun)器組成，移位寄(ji)存(cun)器負責在時鐘脈沖(chong)的(de)(de)(de)每(mei)個(ge)(ge)上(shang)升沿接(jie)收輸入(ru)的(de)(de)(de)數(shu)據，而存(cun)儲/輸出(chu)(chu)(chu)寄(ji)存(cun)器負責將(jiang)(jiang)輸入(ru)的(de)(de)(de)8bit數(shu)據并(bing)行(xing)輸出(chu)(chu)(chu)到(dao)引腳(jiao)（Q0~Q7）。因此適當(dang)的(de)(de)(de)設計MCU的(de)(de)(de)SPI和(he)LED單元板的(de)(de)(de)連(lian)接(jie)可(ke)以高速(su)將(jiang)(jiang)顯示數(shu)據傳送到(dao)LED顯示屏。顯然(ran)將(jiang)(jiang)MCU的(de)(de)(de)一個(ge)(ge)SPI模塊對應于LED單元板的(de)(de)(de)一條(tiao)(tiao)掃(sao)(sao)描線(xian)可(ke)最大限(xian)度發揮(hui)SPI的(de)(de)(de)速(su)度優勢。對于一個(ge)(ge)掃(sao)(sao)描線(xian)不多而每(mei)條(tiao)(tiao)掃(sao)(sao)描線(xian)又很長的(de)(de)(de)情況(kuang)下(超長LED條(tiao)(tiao)屏)，使用SPI對應于單元板的(de)(de)(de)一條(tiao)(tiao)掃(sao)(sao)描線(xian)可(ke)輸出(chu)(chu)(chu)速(su)度高達系統時鐘的(de)(de)(de)1/4或(huo)更高。

74HC595引腳圖

LED燈箱控制器方案

上海航芯(xin)LED燈箱控(kong)制器(qi)方(fang)案以ACM32F070CBT7為(wei)(wei)主控(kong)芯(xin)片，主頻64MHz，128KB eFlash和32KB SRAM，帶(dai)有(you)兩路高達50Mbps的(de)SPI接口。SPI模塊(kuai)支持1線(xian)、2線(xian)、4線(xian)傳(chuan)輸模式(shi)，在4線(xian)傳(chuan)輸模式(shi)下，每個時鐘周期可(ke)同時輸出4bit數(shu)據(ju)，每根SPI數(shu)據(ju)線(xian)可(ke)作為(wei)(wei)一路鎖存器(qi)的(de)串行輸入，因此(ci)一個SPI模塊(kuai)可(ke)同時輸出控(kong)制32個LED或者數(shu)碼管(guan)的(de)引腳，大大的(de)提高了控(kong)制效率，可(ke)以為(wei)(wei)MCU節(jie)省大量(liang)的(de)時間去(qu)處理其他任(ren)務。

SPI四線模式時序圖

LED燈箱控制器方案框圖