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高效提升控制效率 | 基于ACM32 MCU的LED灯箱控制器方案


前言  


LED灯箱上各种文字、图案有序跳跃、交替辉映，产生强烈的视觉冲击力，被广泛应用于商场、美容美发、宾馆、娱乐场所等地方。


锁存器的工作原理


在LED和数码管显示方面，要维持一个数据的显示，往往要持续的快速的刷新。尤其是在四段八位数码管等这些要选通的显示设备上。在人类能够接受的刷新频率之内，大概每三十毫秒就要刷新一次。这就大大占用了处理器的处理时间，消耗了处理器的处理能力，还浪费了处理器的功耗。


锁存器的使用可以大大的缓解处理器在这方面的压力。当处理器把数据传输到锁存器并将其锁存后，锁存器的输出引脚便会一直保持数据状态直到下一次锁存新的数据为止。这样在数码管的显示内容不变之前，处理器的处理时间和IO引脚便可以释放。可以看出，处理器处理的时间仅限于显示内容发生变化的时候，这在整个显示时间上只是非常少的一个部分。而处理器在处理完后可以有更多的时间来执行其他的任务。这就是锁存器在LED和数码管显示方面的作用：节省了宝贵的MCU时间。


LED单元板的最基本元件74HC595是8位串行移位寄存器和8位存储/输出寄存器组成，移位寄存器负责在时钟脉冲的每个上升沿接收输入的数据，而存储/输出寄存器负责将输入的8bit数据并行输出到引脚（Q0~Q7）。因此适当的设计MCU的SPI和LED单元板的连接可以高速将显示数据传送到LED显示屏。显然将MCU的一个SPI模块对应于LED单元板的一条扫描线可最大限度发挥SPI的速度优势。对于一个扫描线不多而每条扫描线又很长的情况下(超长LED条屏)，使用SPI对应于单元板的一条扫描线可输出速度高达系统时钟的1/4或更高。


74HC595引脚图


LED灯箱控制器方案


上海航芯LED灯箱控制器方案以ACM32F070CBT7为主控芯片，主频64MHz，128KB eFlash和32KB SRAM，带有两路高达50Mbps的SPI接口。SPI模块支持1线、2线、4线传输模式，在4线传输模式下，每个时钟周期可同时输出4bit数据，每根SPI数据线可作为一路锁存器的串行输入，因此一个SPI模块可同时输出控制32个LED或者数码管的引脚，大大的提高了控制效率，可以为MCU节省大量的时间去处理其他任务。



SPI四线模式时序图



LED灯箱控制器方案框图