本應(yīng)用筆記討論了使用MAX6952和MAX6953 SPI和I2C 5×7矩陣LED顯示驅(qū)動(dòng)器構(gòu)建單色和雙色圖形留言板的軟件設(shè)計(jì)技術(shù)。

本應(yīng)用筆記是討論MAX6952和MAX6953 LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中的軟件和處理器接口問題的兩篇應(yīng)用筆記之一，用于構(gòu)建用于留言板和動(dòng)畫圖形顯示的點(diǎn)數(shù)海LED矩陣圖形面板。本說明介紹了面板設(shè)計(jì)的軟件方面。

MAX6952和MAX6953為4位陰極排5×7矩陣LED顯示驅(qū)動(dòng)器，通過高速SPI控制?（MAX6952）或I2C （MAX6953） 串行接口。這些驅(qū)動(dòng)程序主要用于字符顯示應(yīng)用，其中單個(gè) 5×7 矩陣數(shù)字在物理上間隔開以形成一個(gè)或多個(gè)字符行（圖 1）。

圖1.使用 8×2 個(gè)矩陣字符的 5 個(gè)字符 x 7 行矩陣顯示面板的示例。

MAX6952和MAX6953將4個(gè)獨(dú)立的5×7矩陣LED處理為4位數(shù)字。用戶控制每個(gè)數(shù)字上顯示 104 個(gè)固定字符和 24 個(gè)用戶定義字符中的哪一個(gè)。如果需要，用戶可以在通電后將自定義字符加載到 24 種用戶定義的字體中。顯示使用數(shù)字寄存器控制，以從 128 個(gè)字符的字體中選擇一個(gè)字符。此方法對(duì)于字符顯示快速有效，但不適用于圖形顯示。

對(duì)于使用MAX6952或MAX6953的圖形應(yīng)用，控制技術(shù)正好相反。固定字體被忽略，24 種用戶定義的字體用于直接圖形顯示控制。每個(gè)數(shù)字寄存器都設(shè)置為指向不同的用戶定義的字體位置，并且對(duì)字體本身進(jìn)行操作以調(diào)整 5×7 部分中的圖形顯示。如果不需要閃爍控制，則只需要 4 個(gè)用戶定義的字體位置，每個(gè) 5×7 部分一個(gè)（表 1）。如果使用閃爍，則需要 8 個(gè)用戶定義的字體位置，每個(gè)閃爍階段（P1 和 P0）每個(gè) 5×7 部分一個(gè)（表 2）。數(shù)字寄存器只需使用適當(dāng)?shù)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/ram/" target="_blank">RAMxx字符地址寫入一次，并且字體本身作以設(shè)置圖形圖像。

上面概述的簡(jiǎn)單方案對(duì)于靜態(tài)顯示是足夠的，其中圖形圖像相對(duì)不經(jīng)常上傳到顯示器，也許使用閃爍來提供一些動(dòng)畫效果。但是，通過充分利用更多用戶定義的字體，可以獲得高度的無偽影圖像處理。有 24 個(gè)用戶定義的字體位置可用，實(shí)際上只需要 4 個(gè)（不閃爍）或 8 個(gè)（帶閃爍）字體位置來存儲(chǔ)顯示的圖形圖像。額外的字體位置可用于預(yù)加載圖形框架。圖形框架是存儲(chǔ)在顯示驅(qū)動(dòng)程序中以便顯示的完整顯示圖像。24 種用戶定義的字體允許顯示驅(qū)動(dòng)程序存儲(chǔ) 3 個(gè)完整的圖形幀（其中一個(gè)正在顯示），并在像素級(jí)別上通過閃爍控制（表 4）或 6 個(gè)沒有閃爍控制的完整幀（表 3）。預(yù)加載是在需要顯示圖像數(shù)據(jù)之前將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示驅(qū)動(dòng)程序的藝術(shù)。

顯示動(dòng)態(tài)圖像的挑戰(zhàn)是無縫地更改圖片，而不會(huì)對(duì)觀眾造成瞬態(tài)效果（偽影）。每次更改映像時(shí)必須發(fā)送給驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)量越小，就越容易實(shí)現(xiàn)。在留言板上看到的一個(gè)常見偽影是滾動(dòng)波紋，因?yàn)?a target="_blank">控制器無法足夠快地移動(dòng)所有顯示數(shù)據(jù)。最小化數(shù)據(jù)流可最大程度地減少處理器負(fù)載，并且接口數(shù)據(jù)速率也可以較慢。

使用幀的優(yōu)點(diǎn)是，與更改顯示圖像本身相比，將顯示從一個(gè)預(yù)加載幀翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)預(yù)加載幀需要向驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送更少的控制字。為了改變幀，MAX4或MAX6952的6953位寄存器用與新幀對(duì)應(yīng)的用戶定義字體值寫入。這涉及對(duì)MAX4或MAX6952的每個(gè)數(shù)字寄存器進(jìn)行6953次寫入（每個(gè)數(shù)字寄存器20次寫入）。直接改變顯示圖像需要對(duì)MAX5或MAX4進(jìn)行6952次寫入（6953種用戶定義字體各寫入20次）。當(dāng)然，幀數(shù)據(jù)仍然需要加載一些時(shí)間，因此仍然需要執(zhí)行這 4 次寫入 <> 種用戶定義的字體。執(zhí)行此操作的好時(shí)機(jī)是在上電初始化期間。

無縫更改圖像的推薦技術(shù)需要啟用閃爍，盡管圖像中不必有任何閃爍段。假設(shè)當(dāng)前正在使用第 1 幀，因此顯示的圖像對(duì)數(shù)字 00 到數(shù)字 07 使用 RAM0 到 RAM3（表 4）。請(qǐng)注意，如果 RAM00 數(shù)據(jù) = RAM04 數(shù)據(jù)、RAM01 數(shù)據(jù) = RAM05 數(shù)據(jù)、RAM02 數(shù)據(jù) = RAM06 數(shù)據(jù)、RAM03 數(shù)據(jù) = RAM07 數(shù)據(jù)，則圖像不會(huì)閃爍，因?yàn)殚W爍平面 P1 和 P0 中的圖像相同。然后可以將另一個(gè)完整的圖像加載到第 2 幀中，即 RAM08 到 RAM0F。上傳可以像微處理器允許的那樣慢或盡可能快地執(zhí)行，因?yàn)閳D像尚未顯示。將顯示器從第 1 幀無縫翻轉(zhuǎn)到第 2 幀的訣竅是在 P0 閃爍階段更改數(shù)字的 P1 數(shù)據(jù)，然后在 P1 閃爍階段更改數(shù)字的 P0 數(shù)據(jù)。電流閃爍相位可以在Blink輸出引腳上監(jiān)控，也可以通過在配置寄存器中讀取P位的狀態(tài)來監(jiān)控。請(qǐng)注意，閃爍計(jì)時(shí)現(xiàn)在設(shè)置更改圖像的響應(yīng)時(shí)間，因?yàn)閳D像更新已同步為閃爍。如果應(yīng)用程序?qū)⑹褂枚伍W爍，則權(quán)衡明顯較慢的段閃爍速度與在不同圖像之間切換時(shí)相當(dāng)快的響應(yīng)時(shí)間的競(jìng)爭(zhēng)要求。閃爍速度設(shè)置控制這兩個(gè)參數(shù)。

使用幀還可以使慢速動(dòng)畫變得容易。MAX6952或MAX6953驅(qū)動(dòng)器可存儲(chǔ)6幀動(dòng)畫。同樣，該技術(shù)是在顯示P0相位時(shí)更改P1閃爍相位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并在顯示P1相位時(shí)更改P0閃爍相位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（表6）。片段閃爍不用于動(dòng)畫，因此閃爍速度只是設(shè)置動(dòng)畫速度或幀速率。這可以設(shè)置為每秒 4 幀 （OSC = 8MHz） 到每 2 秒一幀 （OSC = 1MHz）。

表 5 中的用戶操作可確保下一個(gè)閃爍階段顯示一個(gè)新幀，圍繞六個(gè)可用幀循環(huán)。因此，該序列控制一個(gè) 6 步動(dòng)畫，該動(dòng)畫無限期重復(fù)。如果需要，動(dòng)畫可以單步執(zhí)行少于 6 幀;例如，驅(qū)動(dòng)程序可以存儲(chǔ)兩個(gè) 3 步動(dòng)畫。注意，連續(xù)幀的時(shí)間同步完全由MAX6952或MAX6953驅(qū)動(dòng)器的閃爍時(shí)鐘設(shè)置。用戶的任務(wù)就是在每個(gè)閃爍階段向MAX4或MAX6952驅(qū)動(dòng)器寫入6953字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以控制動(dòng)畫。表5中未顯示的是將所有動(dòng)畫數(shù)據(jù)幀上傳到所有MAX6952或MAX6953驅(qū)動(dòng)器的用戶定義字體中的一次性任務(wù)。

要運(yùn)行不斷變化的動(dòng)畫序列，系統(tǒng)處理器需要做更多的工作（表 6）。用戶在每一幀期間的操作現(xiàn)在包括更新MAX6952或MAX6953的字體RAM，因?yàn)閹瑪?shù)據(jù)是不斷變化的，不會(huì)像以前那樣永久（一次）存儲(chǔ)。但是，連續(xù)幀的時(shí)間同步仍由MAX6952或MAX6953驅(qū)動(dòng)器的閃爍時(shí)鐘控制。同樣，處理器只需在每個(gè)眨眼階段的某個(gè)時(shí)間提供數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包像以前一樣包含 4 個(gè)字的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，外加 20 個(gè)字的字體數(shù)據(jù)。

當(dāng)受接口速度限制時(shí)，圖形顯示器的尺寸限制值得探討（表 7）。下表顯示了串行接口以最大比特率連續(xù)運(yùn)行時(shí)理論最大顯示大小，運(yùn)行連續(xù)動(dòng)畫序列。實(shí)際限制至少會(huì)比理論限制低一點(diǎn)（或者可能很多），這取決于處理器必須執(zhí)行的后臺(tái)處理，以及串行接口是硬件同步串行端口還是位撞擊 I/O。

SPI接口可能是除最小顯示器尺寸之外的所有接口的首選接口。每個(gè)我2C MAX6953可設(shè)置為16 I之一2C 地址。這意味著每個(gè)包含16個(gè)MAX6953的單色子模塊必須獨(dú)立運(yùn)行I2C總線以避免解決沖突。例如，具有 224 × 80 像素的中等大小圖形顯示器將使用 6 個(gè)單色子塊，需要 12 個(gè)處理器 I/O 線來處理 6 I2C 總線。如果SPI MAX2采用菊花鏈（級(jí)聯(lián)SPI接口），則同一面板可以由6952條處理器I/O線驅(qū)動(dòng)。

使用MAX6952時(shí)，具有完整動(dòng)畫的雙色面板的限值顯示尺寸為2100個(gè)子塊。一個(gè)實(shí)際的設(shè)計(jì)示例可能有一個(gè)處理器，它可以將其四分之一的時(shí)間用于接口，以 10 Mb 的速度運(yùn)行。-1（通過 RS-485 鏈路）。因此，此應(yīng)用程序的顯示大小限制降至 （2100 × 10/26 × 1/4） = 200 個(gè)子塊。因此，可以驅(qū)動(dòng)的最大雙色面板是 10 個(gè)子塊乘以 20 個(gè)子塊，可能排列為 1120 × 400 個(gè)雙色像素。可以驅(qū)動(dòng)兩倍于此尺寸的單色面板。

審核編輯：郭婷