基于51单片机IAP技术的LED显示屏控制系统

根据上述编程步骤，可以很容易编出显示第i行的子程序1。子程序1的第3行至第9行为循环体，送1字节的显示数据共需10个机器周期，机器码的字节数为11。通过分析74HC595的SCK为上升沿有效，可用单片机的写信号(WR)来代替，故子程序1中的第5、6、7行3条指令可用“MOVX@R0，A”一条指令来替换，实验表明这样的替换是可靠的。显示第i行的子程序2为替换后的程序，送1字节的显示数据所需机器周期减为9，机器码的字节数减为6。再对显示第i行的子程序2仔细分析后发现，在仅使用SST89E516内部64 KB的Flash存储器作为显示数据存储且不增加辅助电路的前提下，只有子程序2第7行“DJNZ R0，DP1”这条2个机器周期2字节指令，可以利用SST89E516内部64 KB的Flash存储器大的特点，直接简单的重复256次子程序2中第3、4、5、6行4条单字节指令，从而可以缩短2个机器周期的时间。这样送1字节的机器周期可以减少为7，但程序需要增加1 KB。对64 KB的Flash存储器来说，程序增加1KB减少不了多少显示数据。与子程序1相比，子程序3速度提高了30％。在图2所示12 MHz晶振并利用SST89E516的倍速功能，其1个机器周期为0.5μs，在忽略其他数据处理时间的前提下，显示1屏完整数据所需时间近似为：(7×0.5 μs×256列×16行)=14.336 ms(每秒近70帧)。实验表明：人眼对LED显示屏开始感觉到闪烁大约为每秒55帧，即每帧时间18 mS。从图2、图1(c)和3个子程序可以看出，一帧显示数据在内存中的排列有以下几个特点：①按扫描行扫描的先后顺序依次排列；②在每一行按数据输出的先后顺序依次排列；③通过硬件和软件的优化使每个显示数据输出的时间最短。

4 基于IAP功能的显示数据传送及PC软件编程
　　SST89E516单片机可以实现IAP(In Application Programming)是由于它将Flash存储器分为2个块(区域)：block0(64 KB)和block1(8 KB)。通过IAP指令的切换可以使程序在这2个块中执行，如程序在block0中运行可对block1的数据进行改写，同样在block1中运行可对block0的数据进行改写。具体使用IAP功能时对SST89E516单片机的2个块作如下分配：①上电或复位时自动运行block1中的IAP程序，如2 s内没有接收到PC机通过串行口发送的数据传输指令，则开始运行block0中的显示程序。②block0中的最低8 KB用于存放显示程序，其余56 KB用于存放显示数据。③在block0中运行IAP程序时利用SST89E516单片机128字节的小扇区擦除功能只擦除和改写block0中56 KB用于存放显示数据的区域，8 KB存放显示程序的区域保持不变。④在block0运行显示程序时单片机串行口监测来自PC机的复位命令，如有复位命令执行IAP指令使程序转移到block1块并运行block1中的IAP程序修改显示数据。
　　PC软件编程采用VB。该程序可完成字型的提取以及显示数据的组织，生成Intel格式的HEX文件，通过串行口下载到SST89E516单片机中。为了方便控制，自定义了8字节的显示指令集[命令(1字节)+参数表(7字节)]，各种不同显示效果所需的参数，如起始地址、结束地址、每行的长度及显示时间等，指定其存放指令的参数表中。显示指令集存放在显示数据区的最开始1页256个存储单元中，底层单片机运行时根据显示指令可实现不同的显示效果，如画面的切换、定时、水平移动、垂直移动以及其他特殊显示效果。同样可通过IAP下载显示程序。
结 语
　　通过大量的实践检验，本控制系统是非常可靠的，利用该控制系统制作的小型LED显示屏已达数十个，最长的已经运行了3年以上。在运行过程中也对该控制系统作了多方面的改进。例如，为了进一步提高显示速度可扩展外部RAM，即在子程序3的基础上去掉“CLR A”指令，使机器周期减为6个；采用指令为1个机器周期的单片机并提高晶振频率；利用有些51单片机(如DS89C450)具有DPTR自动加1的功能；外加用CPLD制成的硬件地址发生器等。但所有改进的措施都是以增加外部辅助电路或成本为代价的。本控制系统的价格按市价不超过30元，因此其在小型LED显示控制系统中有着广阔的应用前景。