LED電子顯示屏的數(shù)據(jù)存儲和處理

    用于小型公示場所（例如公交車的到站提示等）的電子顯示屏是規(guī)模最小的一種，自然采用異步型系統(tǒng)比較合適。設(shè)計這類電子顯示屏的原則是，在滿足顯示要求的前提下，盡量節(jié)省投入，縮短開發(fā)周期，以降低成本。為此，選擇通用型51系列單片機為核心是明智的選擇。

　　1、原理概述

　　本電子顯示屏的整體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)采用的是共陰極（AS）的LED點陣模塊，行、列驅(qū)動方法上與一般資料所述不同。由于篇幅限制，本文不作詳細(xì)論述。

    由圖1可以看出，本系統(tǒng)的片外數(shù)據(jù)存儲器（RAM）與MCU通過地址鎖存器交換數(shù)據(jù)。小規(guī)模電子顯示屏的顯示內(nèi)容一般在幾十個到幾百個漢字，按一個漢字字模占用32字節(jié)計算，故32KB的數(shù)據(jù)存儲器可存儲900個漢字。實際上，由于漢字在動態(tài)顯示時（例如左移、上移等），需要進行數(shù)據(jù)處理，故需在片外數(shù)據(jù)存儲器預(yù)留3KB左右的空間作為數(shù)據(jù)處理緩沖空間。這是對片外數(shù)據(jù)存儲器的容量要求。

　　有時候數(shù)據(jù)處理量是很大的。例如，一屏32個漢字左移，一次需處理32×32=1024個字節(jié)，處理過程有讀也有寫，因此對片外數(shù)據(jù)存儲器的讀/寫速度有嚴(yán)格要求。否則，會因為數(shù)據(jù)處理消耗大量時間而造成閃爍。這是對片外數(shù)據(jù)存儲器讀/寫速度的要求。

　　電子顯示屏一次顯示的內(nèi)容通常希望重復(fù)顯示幾天、幾個星期甚至幾個月才得以更新。為此，片外RAM中漢字字模數(shù)據(jù)至少要能保存一個更新周期，不能因停電、下班而丟失。因此對片外數(shù)據(jù)存儲器有掉電不丟失數(shù)據(jù)（即“不揮發(fā)”）的要求。

　　2、存儲器選擇

　　2.1數(shù)據(jù)存儲器性能比較

　　開發(fā)試驗過程中，關(guān)注過如表1所列的各種可能用于單片機擴展的片外數(shù)據(jù)存儲器芯片。

    表中所列的前3類都有掉電不丟失數(shù)據(jù)功能。第一類為光擦除程序存儲器，不能在線寫入，只能用作只讀存儲器，顯然不適用于本系統(tǒng)。第二類為電擦除程序存儲器，在線寫入數(shù)據(jù)不多時，也可以作為不揮發(fā)數(shù)據(jù)存儲器使用。它是按頁（16字節(jié)）寫入，頁之間須有一定延時。由于本系統(tǒng)要求一次連續(xù)寫入的數(shù)據(jù)可能多達1KB,故寫入速度不能滿足要求。第三類為閃爍（Flash）存儲器，其讀/寫速度應(yīng)該很快，但是在寫入時也是和第二類一樣分塊寫入。一塊為64字節(jié)，塊之間寫入需要一定延時（ms級），故不能在指定地址連續(xù)大量數(shù)據(jù)，經(jīng)過試驗以后，本系統(tǒng)也摒棄了這類存儲器。表中所列最后兩類都屬于靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器，讀/寫速度都很快，其引腳完全和單片機愛好者所熟悉的6264（8KB）兼容，只要增加兩條地址線即可。HKl235-7實際上是62256加上保持?jǐn)?shù)據(jù)的電池組成的模塊。廣告宣傳數(shù)據(jù)可以保持10年不丟失，實際上，我們在以前的課題中使用發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不能保持這么長時間，而且價格昂貴，是62256的10倍！無論開發(fā)試驗或者產(chǎn)品生產(chǎn)都不宜選擇HK1235-7模塊。

　　2.2對62256的評價

　　表中所列的62256屬于51系列單片機典型的片外數(shù)據(jù)存儲器，一片62256的容量為32KB,完全可以滿足小規(guī)模顯示系統(tǒng)的要求。若用戶嫌容量不夠還可以擴展第二片、第三片。62256的讀/寫速度與單片機匹配，可以達到最快。而且，可以對任意指定地址進行單個字節(jié)或者連續(xù)寫入，一次寫入的字節(jié)數(shù)沒有限制。和其他RAM芯片一樣，其缺點是掉電不能保持?jǐn)?shù)據(jù)。在試驗中，我們另辟蹊徑解決了這一問題。

　　3、實現(xiàn)方法和效果

　　3.1實現(xiàn)62256數(shù)據(jù)不揮發(fā)的方法

　　參照HK1235-7模塊的方法，在靠近62256的電路板上增加了一顆專用于保持?jǐn)?shù)據(jù)的電池，如圖2所示。圖中二極管有兩方面作用：一是在電源停電時，防止鋰電池對其他元件放電，縮短保持?jǐn)?shù)據(jù)時間；二是在電源對鋰電池充電時，對電源電壓進行鉗位。因為鋰電池最高電壓為4.2V左右，電源電壓為5V,二極管正向飽和壓降為0.7V左右，故可防止鋰電池的過充電。

圖2、片外數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)保持電路

　　3.2 調(diào)試中遇到的問題

　　3.2.1 二極管選型問題

　　開始試驗時，選用檢波二極管4148作為鉗位二極管，使用不到一個星期發(fā)現(xiàn)被擊穿短路，無法保持?jǐn)?shù)據(jù)。后來改用整流二極管1N4007,長期使用，未發(fā)現(xiàn)擊穿問題�？赡苁窃阡囯姵爻潆婋娏鞅容^大，特別是當(dāng)鋰電池剛充電時，本身電壓比較低，充電電流最大，故檢波二極管容易損壞。

　　3.2.2 片外數(shù)據(jù)存儲器讀/寫技巧

　　剛開始調(diào)試顯示程序的時候，為了節(jié)省時間，沒有使用串口通信向62256注入漢字編碼（漢字字模），而是將程序存儲器（ROM）的漢字字模傳送給62256.

　　這樣的傳送過程必須有兩個地址指針才能完成，AT89S52正好滿足了這一要求。例如，將ROM中512字節(jié)的字模傳送給62256,程序流程如圖3所示。

圖3、數(shù)據(jù)傳送子程序流程

 
　　以下為此段子程序?qū)��?yīng)的代碼全文。

    由上述程序清單可以看出，AT89S52并沒有實際獨立的兩個地址指針，而是通過修改特殊功能寄存器OA2H中的數(shù)據(jù)（0或者1）使一個地址指針指向兩個不同的16位地址，就像操作兩個地址指針一樣。

　　程序清單中第一條指令對于讀/寫片外數(shù)據(jù)存儲器是必要的。如果不對P2口初始化，可能出現(xiàn)讀/寫錯誤，這一點是經(jīng)過反復(fù)試驗得出的結(jié)論。

　　3.3 使用效果

　　LED電子顯示屏的片外數(shù)據(jù)存儲器的擴展方案經(jīng)調(diào)試后試運行半年，工作正常。讀/寫速度完全和MCU匹配，數(shù)據(jù)保持時間為2天到1星期（視鋰電池充電容量而定）。這一數(shù)據(jù)保持周期完全能滿足實際使用需要。

　　4、結(jié)論

　�、儆糜�LED電子顯示屏的片外數(shù)據(jù)存儲器的芯片不但要滿足存儲容量要求，更加重要的是要滿足讀/寫速度要求，還要能在一定周期內(nèi)保持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失。