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高效提升(sheng)控制(zhi)效率(lv) | 基于ACM32 MCU的(de)LED燈箱(xiang)控制(zhi)器方案

前言(yan)  

LED燈箱上(shang)各種文字、圖案有序跳躍(yue)、交替輝映，產生(sheng)強烈的視覺沖(chong)擊力，被廣泛應用于(yu)商場(chang)、美容美發、賓館、娛(yu)樂場(chang)所(suo)等地方。

鎖存器的工(gong)作原理

在LED和數碼管顯(xian)示(shi)方面，要維持一個數據的(de)顯(xian)示(shi)，往往要持續的(de)快速的(de)刷新(xin)。尤其(qi)是在四段八位數碼管等這些(xie)要選通的(de)顯(xian)示(shi)設(she)備(bei)上。在人類(lei)能夠(gou)接(jie)受(shou)的(de)刷新(xin)頻(pin)率之內(nei)，大概每三十毫秒就要刷新(xin)一次。這就大大占用(yong)了處理(li)(li)器(qi)的(de)處理(li)(li)時間，消耗(hao)了處理(li)(li)器(qi)的(de)處理(li)(li)能力，還浪費了處理(li)(li)器(qi)的(de)功(gong)耗(hao)。

鎖(suo)存(cun)(cun)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)使用可(ke)(ke)以(yi)大大的(de)(de)(de)緩(huan)解處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)在(zai)這方面的(de)(de)(de)壓力。當處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)把數據傳(chuan)輸(shu)到鎖(suo)存(cun)(cun)器(qi)(qi)并將其(qi)鎖(suo)存(cun)(cun)后，鎖(suo)存(cun)(cun)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)輸(shu)出引腳便會一(yi)直保(bao)持數據狀態直到下一(yi)次鎖(suo)存(cun)(cun)新的(de)(de)(de)數據為止。這樣在(zai)數碼(ma)管的(de)(de)(de)顯示內容不變之前，處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)時間(jian)和(he)IO引腳便可(ke)(ke)以(yi)釋放(fang)。可(ke)(ke)以(yi)看出，處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)(de)時間(jian)僅限于顯示內容發生變化的(de)(de)(de)時候，這在(zai)整(zheng)個顯示時間(jian)上只是(shi)非常少的(de)(de)(de)一(yi)個部分(fen)。而處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)在(zai)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)完后可(ke)(ke)以(yi)有更多的(de)(de)(de)時間(jian)來執行其(qi)他(ta)的(de)(de)(de)任務。這就是(shi)鎖(suo)存(cun)(cun)器(qi)(qi)在(zai)LED和(he)數碼(ma)管顯示方面的(de)(de)(de)作用：節省了寶貴的(de)(de)(de)MCU時間(jian)。

LED單(dan)(dan)元(yuan)板(ban)的(de)(de)最基本(ben)元(yuan)件74HC595是8位(wei)(wei)(wei)串行(xing)移位(wei)(wei)(wei)寄(ji)存(cun)器和8位(wei)(wei)(wei)存(cun)儲/輸出(chu)寄(ji)存(cun)器組成，移位(wei)(wei)(wei)寄(ji)存(cun)器負(fu)責在時鐘脈沖的(de)(de)每(mei)個(ge)上升(sheng)沿接收輸入的(de)(de)數據(ju)，而存(cun)儲/輸出(chu)寄(ji)存(cun)器負(fu)責將輸入的(de)(de)8bit數據(ju)并(bing)行(xing)輸出(chu)到(dao)引(yin)腳（Q0~Q7）。因此適當的(de)(de)設計MCU的(de)(de)SPI和LED單(dan)(dan)元(yuan)板(ban)的(de)(de)連(lian)接可(ke)以(yi)高(gao)速將顯(xian)示數據(ju)傳送到(dao)LED顯(xian)示屏。顯(xian)然(ran)將MCU的(de)(de)一個(ge)SPI模塊對(dui)應于(yu)LED單(dan)(dan)元(yuan)板(ban)的(de)(de)一條(tiao)掃描線(xian)可(ke)最大限度發揮SPI的(de)(de)速度優勢。對(dui)于(yu)一個(ge)掃描線(xian)不多而每(mei)條(tiao)掃描線(xian)又很長(chang)的(de)(de)情(qing)況下(xia)(超長(chang)LED條(tiao)屏)，使(shi)用(yong)SPI對(dui)應于(yu)單(dan)(dan)元(yuan)板(ban)的(de)(de)一條(tiao)掃描線(xian)可(ke)輸出(chu)速度高(gao)達系(xi)統時鐘的(de)(de)1/4或更高(gao)。

74HC595引腳圖

LED燈(deng)箱控制(zhi)器方案

上(shang)海航芯LED燈箱控制(zhi)器方案以ACM32F070CBT7為(wei)主(zhu)控芯片，主(zhu)頻64MHz，128KB eFlash和32KB SRAM，帶有(you)兩路高達(da)50Mbps的SPI接口。SPI模(mo)(mo)塊(kuai)支持1線、2線、4線傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)模(mo)(mo)式，在4線傳輸(shu)(shu)(shu)(shu)模(mo)(mo)式下，每(mei)個時鐘周期可(ke)同時輸(shu)(shu)(shu)(shu)出4bit數據，每(mei)根SPI數據線可(ke)作為(wei)一路鎖存器的串行輸(shu)(shu)(shu)(shu)入，因此一個SPI模(mo)(mo)塊(kuai)可(ke)同時輸(shu)(shu)(shu)(shu)出控制(zhi)32個LED或(huo)者(zhe)數碼管的引(yin)腳，大(da)大(da)的提(ti)高了控制(zhi)效率，可(ke)以為(wei)MCU節省大(da)量的時間去處理其他任務(wu)。

SPI四線模式時序圖

LED燈箱控制器方案框圖