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高效提升(sheng)控制效率 | 基于ACM32 MCU的LED燈箱控制器方案(an)

前言  

LED燈箱上各種文字、圖(tu)案有序跳躍、交替輝映(ying)，產生(sheng)強烈的視(shi)覺沖擊力，被廣泛應(ying)用于商場(chang)、美容(rong)美發、賓館、娛樂場(chang)所等地方(fang)。

鎖存器的工作原理

在(zai)LED和數(shu)碼(ma)管顯示(shi)方面(mian)，要(yao)維持一個數(shu)據的(de)(de)顯示(shi)，往(wang)往(wang)要(yao)持續的(de)(de)快(kuai)速的(de)(de)刷(shua)新(xin)。尤其是(shi)在(zai)四段八位數(shu)碼(ma)管等(deng)這些要(yao)選通的(de)(de)顯示(shi)設備上(shang)。在(zai)人類能夠接受的(de)(de)刷(shua)新(xin)頻(pin)率之(zhi)內，大概每(mei)三十毫秒(miao)就(jiu)要(yao)刷(shua)新(xin)一次(ci)。這就(jiu)大大占用了處(chu)(chu)(chu)理(li)器的(de)(de)處(chu)(chu)(chu)理(li)時間，消耗了處(chu)(chu)(chu)理(li)器的(de)(de)處(chu)(chu)(chu)理(li)能力(li)，還浪費了處(chu)(chu)(chu)理(li)器的(de)(de)功(gong)耗。

鎖存(cun)(cun)器的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)可(ke)以(yi)大(da)大(da)的(de)(de)(de)緩解處(chu)(chu)(chu)理(li)器在這(zhe)(zhe)方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)壓力。當處(chu)(chu)(chu)理(li)器把(ba)數(shu)據(ju)傳輸到鎖存(cun)(cun)器并將其鎖存(cun)(cun)后，鎖存(cun)(cun)器的(de)(de)(de)輸出引腳(jiao)便會一直保持數(shu)據(ju)狀(zhuang)態直到下一次鎖存(cun)(cun)新的(de)(de)(de)數(shu)據(ju)為止。這(zhe)(zhe)樣(yang)在數(shu)碼管(guan)(guan)的(de)(de)(de)顯(xian)(xian)(xian)示內(nei)容不變之前，處(chu)(chu)(chu)理(li)器的(de)(de)(de)處(chu)(chu)(chu)理(li)時間(jian)和IO引腳(jiao)便可(ke)以(yi)釋放。可(ke)以(yi)看出，處(chu)(chu)(chu)理(li)器處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)(de)時間(jian)僅限于(yu)顯(xian)(xian)(xian)示內(nei)容發(fa)生變化的(de)(de)(de)時候，這(zhe)(zhe)在整(zheng)個顯(xian)(xian)(xian)示時間(jian)上只是(shi)(shi)非常少的(de)(de)(de)一個部分。而處(chu)(chu)(chu)理(li)器在處(chu)(chu)(chu)理(li)完(wan)后可(ke)以(yi)有更多的(de)(de)(de)時間(jian)來執行其他(ta)的(de)(de)(de)任(ren)務。這(zhe)(zhe)就(jiu)是(shi)(shi)鎖存(cun)(cun)器在LED和數(shu)碼管(guan)(guan)顯(xian)(xian)(xian)示方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)：節省了(le)寶貴的(de)(de)(de)MCU時間(jian)。

LED單(dan)元板(ban)的(de)最基本(ben)元件74HC595是8位(wei)(wei)串(chuan)行移位(wei)(wei)寄(ji)存器(qi)(qi)和(he)8位(wei)(wei)存儲(chu)/輸(shu)(shu)出(chu)(chu)寄(ji)存器(qi)(qi)組成，移位(wei)(wei)寄(ji)存器(qi)(qi)負責在時鐘脈沖的(de)每個上升沿接(jie)收(shou)輸(shu)(shu)入(ru)的(de)數據，而存儲(chu)/輸(shu)(shu)出(chu)(chu)寄(ji)存器(qi)(qi)負責將(jiang)輸(shu)(shu)入(ru)的(de)8bit數據并行輸(shu)(shu)出(chu)(chu)到引(yin)腳（Q0~Q7）。因(yin)此適當的(de)設計MCU的(de)SPI和(he)LED單(dan)元板(ban)的(de)連接(jie)可(ke)以高(gao)(gao)速將(jiang)顯示數據傳送到LED顯示屏(ping)。顯然將(jiang)MCU的(de)一(yi)(yi)(yi)個SPI模(mo)塊(kuai)對應(ying)于(yu)(yu)LED單(dan)元板(ban)的(de)一(yi)(yi)(yi)條(tiao)掃描線(xian)可(ke)最大限度發揮SPI的(de)速度優(you)勢。對于(yu)(yu)一(yi)(yi)(yi)個掃描線(xian)不多(duo)而每條(tiao)掃描線(xian)又很長的(de)情況(kuang)下(超長LED條(tiao)屏(ping))，使(shi)用(yong)SPI對應(ying)于(yu)(yu)單(dan)元板(ban)的(de)一(yi)(yi)(yi)條(tiao)掃描線(xian)可(ke)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)速度高(gao)(gao)達系統時鐘的(de)1/4或更高(gao)(gao)。

74HC595引腳圖

LED燈箱控(kong)制器方(fang)案

上海航(hang)芯LED燈(deng)箱控(kong)制器方(fang)案以ACM32F070CBT7為(wei)主控(kong)芯片，主頻64MHz，128KB eFlash和(he)32KB SRAM，帶有兩路高達50Mbps的SPI接口。SPI模塊支持1線(xian)、2線(xian)、4線(xian)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)模式，在4線(xian)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)模式下，每(mei)個(ge)(ge)時鐘(zhong)周期可同時輸(shu)(shu)(shu)出(chu)4bit數據(ju)，每(mei)根SPI數據(ju)線(xian)可作為(wei)一(yi)路鎖存器的串行輸(shu)(shu)(shu)入(ru)，因此一(yi)個(ge)(ge)SPI模塊可同時輸(shu)(shu)(shu)出(chu)控(kong)制32個(ge)(ge)LED或(huo)者數碼(ma)管的引腳，大大的提(ti)高了控(kong)制效(xiao)率，可以為(wei)MCU節省大量的時間(jian)去處理(li)其他任務(wu)。

SPI四線模式時序圖

LED燈箱控制器方案框圖