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，產生強烈的視覺沖擊力，被廣泛應用于商場、美容美發、賓館、娛樂場所等地方。

鎖存器的工作原理

在LED和數碼管顯示方面，要維持一個數據的顯示，往往要持續的快速的刷新。尤其是在四段八位數碼管等這些要選通的顯示設備上。在人類能夠接受的刷新頻率之內，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間，消耗了處理器的處理能力，還浪費了處理器的功耗。

鎖存器的使用可以大大的緩解處理器在這方面的壓力。當處理器把數據傳輸到鎖存器并將其鎖存后，鎖存器的輸出引腳便會一直保持數據狀態直到下一次鎖存新的數據為止。這樣在數碼管的顯示內容不變之前，處理器的處理時間和IO引腳便可以釋放?？梢钥闯?，處理器處理的時間僅限于顯示內容發生變化的時候，這在整個顯示時間上只是非常少的一個部分。而處理器在處理完后可以有更多的時間來執行其他的任務。這就是鎖存器在LED和數碼管顯示方面的作用：節省了寶貴的MCU時間。

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/輸出寄存器組成，移位寄存器負責在時鐘脈沖的每個上升沿接收輸入的數據，而存儲/輸出寄存器負責將輸入的8bit數據并行輸出到引腳（Q0~Q7）。因此適當的設計MCU的SPI和LED單元板的連接可以高速將顯示數據傳送到LED顯示屏。顯然將MCU的一個SPI模塊對應于LED單元板的一條掃描線可最大限度發揮SPI的速度優勢。對于一個掃描線不多而每條掃描線又很長的情況下(超長LED條屏)，使用SPI對應于單元板的一條掃描線可輸出速度高達系統時鐘的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，每個時鐘周期可同時輸出4bit數據，每根SPI數據線可作為一路鎖存器的串行輸入，因此一個SPI模塊可同時輸出控制32個LED或者數碼管的引腳，大大的提高了控制效率，可以為MCU節省大量的時間去處理其他任務。

SPI四線模式時序圖

LED燈箱控制器方案框圖