高效提升控制效率 | 基于ACM32 MCU的LED燈箱控制器方案

前 言

LED燈箱上各種文字、圖案有序跳躍、交替輝映，產(chǎn)生強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊力，被廣泛應(yīng)用于商場(chǎng)、美容美發(fā)、賓館、娛樂(lè)場(chǎng)所等地方。

鎖存器的工作原理

在LED和數(shù)碼管顯示方面，要維持一個(gè)數(shù)據(jù)的顯示，往往要持續(xù)的快速的刷新。尤其是在四段八位數(shù)碼管等這些要選通的顯示設(shè)備上。在人類能夠接受的刷新頻率之內(nèi)，大概每三十毫秒就要刷新一次。這就大大占用了處理器的處理時(shí)間，消耗了處理器的處理能力，還浪費(fèi)了處理器的功耗。

鎖存器的使用可以大大的緩解處理器在這方面的壓力。當(dāng)處理器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)芥i存器并將其鎖存后，鎖存器的輸出引腳便會(huì)一直保持?jǐn)?shù)據(jù)狀態(tài)直到下一次鎖存新的數(shù)據(jù)為止。這樣在數(shù)碼管的顯示內(nèi)容不變之前，處理器的處理時(shí)間和IO引腳便可以釋放。可以看出，處理器處理的時(shí)間僅限于顯示內(nèi)容發(fā)生變化的時(shí)候，這在整個(gè)顯示時(shí)間上只是非常少的一個(gè)部分。而處理器在處理完后可以有更多的時(shí)間來(lái)執(zhí)行其他的任務(wù)。這就是鎖存器在LED和數(shù)碼管顯示方面的作用：節(jié)省了寶貴的MCU時(shí)間。

LED單元板的最基本元件74HC595是8位串行移位寄存器和8位存儲(chǔ)/輸出寄存器組成，移位寄存器負(fù)責(zé)在時(shí)鐘脈沖的每個(gè)上升沿接收輸入的數(shù)據(jù)，而存儲(chǔ)/輸出寄存器負(fù)責(zé)將輸入的8bit數(shù)據(jù)并行輸出到引腳（Q0~Q7）。因此適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)MCU的SPI和LED單元板的連接可以高速將顯示數(shù)據(jù)傳送到LED顯示屏。顯然將MCU的一個(gè)SPI模塊對(duì)應(yīng)于LED單元板的一條掃描線可最大限度發(fā)揮SPI的速度優(yōu)勢(shì)。對(duì)于一個(gè)掃描線不多而每條掃描線又很長(zhǎng)的情況下(超長(zhǎng)LED條屏)，使用SPI對(duì)應(yīng)于單元板的一條掃描線可輸出速度高達(dá)系統(tǒng)時(shí)鐘的1/4或更高。

74HC595引腳圖

LED燈箱控制器方案

上海航芯LED燈箱控制器方案以ACM32F070CBT7為主控芯片，主頻64MHz，128KB eFlash和32KB SRAM，帶有兩路高達(dá)50Mbps的SPI接口。SPI模塊支持1線、2線、4線傳輸模式，在4線傳輸模式下，每個(gè)時(shí)鐘周期可同時(shí)輸出4bit數(shù)據(jù)，每根SPI數(shù)據(jù)線可作為一路鎖存器的串行輸入，因此一個(gè)SPI模塊可同時(shí)輸出控制32個(gè)LED或者數(shù)碼管的引腳，大大的提高了控制效率，可以為MCU節(jié)省大量的時(shí)間去處理其他任務(wù)。

SPI四線模式時(shí)序圖

LED燈箱控制器方案框圖