摘 要 介绍了一种由单片机组成的大型led显示系统的功能特点、硬件结构和软件框图。该系统由主单片机CPU完成与PC机的通讯，同时完成数据存储、动画处理、循环显示等，由辅单片机CPU完成显示画面的刷新。该系统能脱机和连续长期运行，具有结构简单、显示刷新速度快、成本低等特点。
《中国图书资料分类法》分类号 TP 368.1
LED点阵作为一种新型的模拟屏显示材料，近年来发展很快，市场前景良好。对大型led显示系统来说，由于数据量大，显示刷新速度显得特别关键，若刷新速度跟不上，会造成画面晃动和闪烁。为此，不少生产厂家的产品采用改造PC机主板，利用PC机主板的DMA控制器来提高数据传输速度，有的则采用并行数据传输方式提高数据传输速度，还有的将显示屏分成若干小块，由多个控制器去分别控制，另加一个控制器负责整个画面的分配和各个显示子块的同步。我们则采用主辅两个单片机CPU和串行数据传输方式。
图1 led显示系统组成框图
图2 双端口RAM接线图
1 硬件结构
该系统由主单片机CPU1完成与PC机的通讯，同时完成数据存储、动画处理、循环显示等，由辅单片机CPU2完成显示画面的刷新，PC机仅完成画面数据的形成和传送，之后便可关机。系统组成框图如图1所示，图1中DS12887是时钟芯片，掉电情况下其内部照常走时；EPROM27256是32 k程序存储器。为存储大量的画面数据，图1中采用了6片32 k容量的不掉电静态数据存储器芯片GL42256，其地址分配相同，74LS138译码器控制它们的片选端。系统中主辅单片机CPU之间通过双端口RAM，即图1中的DIT7134芯片来传递数据，鉴于其接线较复杂，现用图2来详细说明。图2中DIT7134是4 k×8 Bit的双端口RAM芯片，MC4040是12位同步二进制计数器，左右两个MC4040的输出作为双端口RAM7134的地址线。MC4021是8位移位寄存器，PCLK是移位串出CLOCK信号线，S1～Sn是片选线，L1～Ln是移位串出数据线。双端口RAM左侧受单片机主CPU控制，右侧受单片机辅CPU控制，主CPU将处理好的画面数据写入某一双端口RAM的同时，辅CPU将另一双端口RAM中已存好的画面数据传至显示屏显示。主辅CPU同时工作，交替使用两个双端口RAM。辅CPU刷新画面时，先将双端口RAM中的n个字节依此并行移入对应的n个MC4021并锁存，然后在同一CLOCK信号节拍下同时将n个字节数据串行移入显示屏的n行。显示屏背面每行数据线由串入并出移位寄存器6B595串接而成，6B595片内集成有MOS管构成的驱动器，足够驱动发光二极管发光。
单片机辅CPU采用运行速度较高的PIC16C57芯片，外接20 MHz晶振时，其单周期指令执行时间是200 ns，并且其绝大多数指令均为单周期指令。显示屏采用1/8动态扫描，二极管亮灭显示占空比可用软件调节，以选取合适亮度，提高发光二极管的使用寿命。我们给博野县电力局制做的显示屏，有效显示面积为1.3 m2，32256个像素，每屏4032个字节画面数据，刷新一遍共需执行67498条指令，刷新时间为13.5 ms，每秒约刷新画面74次，可见其刷新速度很高。
PC机RS-232串行通讯线经MAX202E芯片进行电平转换后与单片机主CPU串行口连接。在PC机中，利用WINDOWS中的画笔，开辟一个图形显示窗口，该窗口的尺寸(即行列点阵)与显示屏上的行列点一一对应。该窗口中图形或文字以BMP图形格式文件存入硬盘，之后便可与单片机主CPU通讯并放入非易失RAM画面数据存储区，以供单片机主CPU显示调用。
2 软件功能
画面的实时动态处理即显示方式以子程序方式编写，有多少种显示方式即有多少个显示子程序。显示方式具体有画面左移、上移、开幕、覆盖、闪烁、直显等十几种显示方式。下面仅以最常见的上移显示为例来具体说明。为便于说明，我们将画面显示数据处理RAM双倍暂存区形象直观化，并按屏面信息字节数划出等同的Ⅰ区和Ⅱ区作为画面显示数据处理暂存区，即双信暂存区。每区划分成N行、n列，n×8即为led显示屏行点阵数，N即为led显示屏列点阵数，LED显示屏共含有(n×8)×N个像素。程序开始先将画面数据存储区的数据按要求顺序传送到Ⅰ区，并置Ⅱ区RAM为全“1”(即清显示)。将Ⅰ区第1行数据传送至Ⅱ区第N行，然后将Ⅱ区数据按一定顺序(即辅CPU完成画面刷新要求的数据顺序)传至RAM显示缓冲区送显。之后，将Ⅰ区第1行传至Ⅱ区第(N-1)行，Ⅰ区第2行传至Ⅱ区第N行，然后将Ⅱ区数据按一定顺序传至显示缓冲区送显。依此类推，便形成屏幕上移的动态效果显示。
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