基于双RAM技术的LED显示屏控制系统设计

长条的LED显示屏在生活中应用得很多，这种显示屏的控制电路简单，扫描线有限，显示信息量也不是很大。当显示信息量比较大时，若采用一般的长屏显示屏，显示信息过慢，即使采用超长屏的显示屏，其数据输出速率也很低，而且显示屏的刷新频率也不一定能满足显示需求。矩形显示屏显示的信息量大，并且可以按需要扩展显示屏的高度，不存在频率上的限制，能够弥补长条显示屏显示信息时存在的不足。本设计使用双RAM技术来组织用于控制矩形显示屏的控制系统数据，提高了信息垂直循环显示时的存储器效率，大幅度降低了对数据存储器的占用率，并且对刷新频率的要求也不是很高。

1 显示数据组织

需要显示的区域小于或等于实际显示区域时，采用静态显示即可。但大多时候需要显示的区域大于或等于实际显示区域，如图1所示。为了简化问题的分析，本文将显示区域高度设置为LED显示屏高度的4倍，宽度等于LED显示屏宽度。设显示屏的高度为Lh，宽度为Lw，则显示区域高度Dh=4Lh，宽度Dw=Lw。本文以单色显示作为描述对象，且Bw=Bn=8(Bw为扫描线条数，Bn为输出数据宽度)，如图1所示。



对于一个LED显示屏，宽度Lw和高度Lh确定后，显示屏单元板的排列方式也就确定了。单元板相邻的两条扫描线之间的距离为Sw，显示屏有Bw条扫描线，分别是Y0，Y1，…，YBw-1。每Sw行对应一位显示数据，显示屏上的每一个点对应于存储器中某个字节的某一位。Bw条扫描线分别指向：Y0=O，Y1=Sw，…，BBw-1=(Bw-1)Sw。用静态显示数据组织方法分别对显示块A、B、C、D组织显示数据。首先对显示块A的显示信息进行组织(X为列号)：

①X=0，即当前扫描线各行与第O列相交各点的显示数据按D0，D1，…，DBw-1的顺序存储在存储器的第一个存储单元中。

②X值增加1，当前扫描线各行与X值对应列相交各点的显示数据存储在存储器的下一个存储单元中。直至将X=O至X=Dw-1的Dw个数据按顺序全部存储在存储器中。

③Bw条扫描线向下移动一行，重复第①至②步，直到Y0移动到Sw-1行时。

④数据组织结束。

显示区域B、C、D分别按照A的数据组织方式去组织显示数据。组织后的显示数据块按A、B、C、D的顺序存储在RAM0里，然后将RAM0中的显示数据块A、B、C、D按B、C、D、A的顺序拷贝到RAMl中，任何两个相邻显示块的显示数据在两块RAM中都有相同的地址存储区域。RAM0和RAMl的显示数据与存储器的对应关系如图2所示。



如图2所示，扫描组1从Y0=0到Y0=Sw-1，对应显示块A，数据已组织存放在存储器中，可以直接输出显示数据；扫描组2从Y0=Lh到Y0=Lh+ Sw-1，对应显示块B也已经组织好，可以直接输出。但是扫描组3，它的位置非同一般，它的扫描线分别对应着两个块A和B；第O，1，…Bw-1条扫描线分别对应显示块A扫描组1的1，2，…，Bw-2；而第Bw-1条扫描线就对应显示块B扫描组2的第O条扫描线。如果要在显示屏上显示扫描组3对应的这一屏数据，就一定要同时使用到扫描组1的第1，2，…，Bw-1条扫描线和扫描组2的第O条扫描线组织的显示数据作为输出数据。由于显示块A和B的显示数据是分别组织的，这时就要取RAM0的D0，D2，…，DBw-1和RAMl的D0位作为输出到显示屏的Bw位数据，这就需要在两块RAM同时输出的2Bw位中选择需要的Bw位作为输出数据，并且这Bw位数据是连续的。

显示步骤(在此只考虑垂直移动显示效果)；双RAM技术将显示数据输出的时候，是将两块RAM中相同地址的两个数据同时输出。所以，如果设置RAMO为主存储器，RAMl为从存储器，则将两块RAM的显示数据存在一块串行存储器中时，偶地址单元应存储RAM0的数据，奇地址单元存储RAMl的数据，由于数据宽度为8，所以每次输出16位数据。如果显示区域中以(XL，YL)点为显示起始点，在LED屏上显示一屏显示信息，则其数据选择控制位只与YL、扫描线和扫描宽度Sw有关。显示区域的起始行坐标为YL，一块显示区域有Bw·Sw行，则YL所在的块为：



这里讨论YL在实际显示区域的坐标没有多大意义，只须注意YL在当前显示块的相对坐标，NL=YL％(Bw·Sw)就是YL在当前显示块的相对纵坐标，则相对坐标为(NL，YL)。动态显示的基础是静态显示，静态显示以从特定行显示一屏为特征，当显示屏从第YL行开始显示信息时，因为一块显示区域有Sw·Dw个数据，则YL所在块显示数据的起始地址为：



一块显示区域分为Sw个区，则YL所在的分区记作：



一区存放有Dw个显示数据，所以YL所在分区地址与所在块起始地址之间的相对偏移地址为(YL％Sw)·Dw。所以，只要知道了显示信息的起始行坐标，就能得到显示数据在存储器中的存储地址。

NL=YL／(Bw·Sw)，这里记i=NL／Sw(0≤i≤7)，表示显示信息跨越两个数据块时需要选择的数据位数。存储器输出16位数据[D0，D1，…，D15]后，从Di位控制选择连续的8位数据[Di，Di+1，…，D7，…，D7+i]输出到显示屏。当数据从一个字节的Di位开始输出16位时，如[Di，Di+1，…，D7，…，D15，D0，…，Di-1]，前面8位在当前显示是多余的几位数据，后面8位数据[D8+i，…，D15，D0，…，Di-1]正好是要输出到显示屏的8位数据。当这16位数据串行输出到一个8位的移位寄存器中时，移位寄存器刚好可以容纳高8位数据，并将其输出显示。之后各列数据的输出情况同样如此，不需要额外的指令或电路来对输出数据进行选择输出。只是在每行第一列数据输出前，通过单片机模拟i个时钟脉冲输出到存储器，让输出数据产生错位，使数据从Di位开始输出。另外，当显示信息刚好是A、B、C、D块中的某一块时，无须产生模拟脉冲对数据进行选择，而是直接将数据输出显示。通过分析可知，SPI模块刚好具有这个功能，通过单片机额外模拟i个时钟脉冲，输出到串行存储器的时钟信号端，可以使数据错位，从指定的某一位Di开始输出。当显示信息跨越Sw-1区间时，如果一场显示还没有完毕，内存地址应返回到YL所在块的起始地址，并从起始地址开始输出显示数据，单片机模拟的脉冲数i也相应发生变化。