led顯示屏的基本工作原理是動態掃瞄。顯示控制的過程是先從資料儲存器讀得字模資料，再通過微控制器的序列口或並行口將資料寫給led點陣片，然後再行掃瞄。 動態掃瞄方案和靜態顯示方案相比節省驅動元件，但要求重新整理頻率高於50 hz，以避免顯示的影象或文字出現閃爍。
由於重新整理頻率的限制，一片微控制器能控制顯示元件的片數是較少的。
現在大螢幕led顯示屏的應用已越來越廣泛。為了對成百、上千片的led點陣片實現有序的、快速的顯示控制，人們動了許多腦筋，雙cpu、雙ram的方案，fpga的方案等都獲得了成功的應用；但是這些方案的顯示控制過程還是先讀後寫。 本方案另開思路：
用一條讀指令，將讀和寫合在一步完成，可大大地提高顯示控制的效率，且電路簡單。
1led顯示屏的工作原理
led顯示屏的基本工作原理是動態掃瞄。動態掃瞄又分為行掃瞄和列掃瞄兩種方式，常用的方式是行掃瞄。行掃瞄方式又分為8行掃瞄和16行掃瞄兩種。
在行掃瞄工作方式下，每一片led點陣片都有一組列驅動電路，列驅動電路中一定有一片鎖存器或移位暫存器，用來鎖存待顯示內容的字模資料。在行掃瞄工作方式下，同一排led點陣片的同名行控制引腳是並接在一條線上的，共8條線，最後連線在乙個行驅動電路上；行驅動電路中也一定有一片鎖存器或移位暫存器，用來鎖存行掃瞄訊號。
led顯示屏的列驅動電路和行驅動電路一般都採用微控制器進行控制，常用的微控制器是mcs51系列。led顯示屏顯示的內容一般按字模的形式存放在微控制器的外部資料儲存器中，字模是8位二進位制數。
微控制器對led顯示屏的控制過程是先讀後寫。按led點陣片在螢幕上的排列順序，微控制器先對第1排的第1片led點陣片的列驅動鎖存器，寫入從外部資料儲存器讀得的字模資料，接著對第2片、第3片……直到這一排的最後一片都寫完字模資料後，微控制器再對這一排的行驅動鎖存器寫行掃瞄訊號，於是第1排第1行與字模資料相關的發光二極體點亮。接著第2排第1行、第3排第1行……直到最後一排第1行的點亮。
各排第1行都點亮後，延時一段時間，然後黑屏，這樣就算完成了微控制器對led顯示屏的一行掃瞄控制。
微控制器對led顯示屏第2行的掃瞄控制、第3行的掃瞄控制……直到第8行的掃瞄控制，其過程與第1行的掃瞄控制過程相同。對全部8行的控制過程都完成後，led顯示屏也就完成了1幀影象的完整顯示。
雖然按這種工作方式，led顯示屏是一行一行點亮的，每次都只有一行亮，但只要保證每行每秒鐘能點亮50次以上，即重新整理頻率高於50 hz，那麼由於人的視覺惰性，所看到的led顯示屏顯示的影象還是全屏穩定的影象。
2led顯示屏的傳統控制方法
參考文獻［1］對led顯示屏的控制電路作了歸納和比較。其中，顯示控制電路是按行掃瞄方式工作的，列控制電路分為兩大類。列控制電路中，一類是用74ls377之類的晶元作為列驅動電路的鎖存器，cpu通過並行匯流排給列驅動電路的鎖存器寫字模資料；另一類是用移位暫存器74ls595之類的晶元作為列驅動電路的鎖存器，cpu通過序列匯流排給列驅動電路的鎖存器寫字模資料。
無論是並行匯流排的控制方式還是序列匯流排的控制方式，其工作過程都是先給資料指標dptr賦值，接著累加器a按資料指標dptr的指向，從外部資料儲存器ram中讀得字模資料。然後，並行匯流排時，再給資料指標dptr賦值，接著cpu將累加器a中的字模資料，按資料指標dptr的指向，寫給led點陣片列驅動電路的鎖存器；序列匯流排時，cpu將累加器a中的字模資料，通過序列口寫給led點陣片列驅動電路的鎖存器。
一般顯示控制中，使用較多的微控制器是mcs51系列。假設微控制器系統的晶振頻率是12 mhz，機器週期是1 μs，上述兩種控制方式完成1片led點陣片的顯示控制都得十幾μs。
本文提出的高速控制方案，完成1片led點陣片的顯示控制大約只要4 μs。按此推算，1片mcs51系列的微控制器，差不多可以對600多片led點陣片進行顯示控制。與傳統的控制方法相比，顯示控制的效率成倍提高。
3led顯示屏的高速控制方案圖1是高速控制方案led顯示屏電路原理。採用mcs51系列微控制器對led顯示屏進行控制；隨機儲存器62512用作led顯示屏的資料儲存器，儲存待顯示內容的字模資料；採用8行掃瞄方式，多片led點陣片共用1組行驅動電路；每片led點陣片都有一組列驅動電路，用74ls377作為列驅動的鎖存器，cpu通過並行匯流排給列驅動電路的鎖存器寫字模資料；位址解碼電路，用於產生led點陣片行驅動電路和列驅動電路的片選位址。
圖1高速控制方案led顯示屏電原理
本方案的特點有兩個： 第一，雖然cpu還是通過並行匯流排給列驅動電路的鎖存器寫字模資料，但是鎖存器的鎖存訊號改用了cpu的控制訊號rd，而不是常規用法的wr;第二，位址解碼電路保證了led點陣片列驅動電路的片選位址和資料儲存器的某一段的邏輯位址是重疊的，而不是常規用法，這兩組位址必須分開。 由於上述電路的一些簡單更改，微控制器對led顯示屏的顯示控制效率將發生明顯的變化。
具體工作過程如下： 假定資料指標dptr中已經裝入了資料儲存器的位址，執行指令「movxa，@dptr」。這條指令的功能是cpu按dptr的指向從外部資料儲存器中讀字模資料，讀到累加器a中；但是在本電路中，由於led點陣片列驅動電路的片選位址和資料儲存器的某一段的邏輯位址是重疊的，也就是說，在執行指令「movxa，@dptr」時，dptr除了指向外部資料儲存器的某個位址外，還選中了某乙個led點陣片列驅動電路的鎖存器。
如果此時被選中的這個鎖存器的鎖存引腳正好有打入脈衝來到，那麼鎖存器也就將從外部資料儲存器送出的字模資料鎖住了。這個打入脈衝用的就是rd。rd是cpu在執行指令「movxa，@dptr」時向外部資料儲存器發出的讀控制訊號。
由於mcs51系列微控制器的讀控制訊號rd和寫控制訊號wr的時序完全相同［2］，rd代替wr實現鎖存功能，當然也就沒有什麼懸念了。這條指令在執行時，在完成對資料儲存器讀的同時，又完成了對led點陣片的寫，因此加快了顯示控制的過程。 前面講過，並行匯流排時cpu完成1次向led點陣片的列驅動電路的鎖存器寫字模資料的程式過程，大約需要十幾μs；而現在只要4μs，快多了，因為現在完成1次向led點陣片的列驅動電路的鎖存器寫字模資料的程式過程只要兩步，首先給資料指標dptr賦有效位址，接著cpu按dptr的指向從外部資料儲存器中讀字模資料，與此同時也將字模資料傳給了led點陣片列驅動電路的鎖存器。
2條指令，4個機器週期，4 μs。這裡要補充說明一點，在編制全部led點陣片列驅動電路的鎖存器寫字模資料的程式時，不要用迴圈指令，因為那樣每次過程又得增加2 μs；要採用對led點陣片逐片程式設計的方法，這樣編出來的程式雖然佔空間，但節省了時間。用空間換時間的設計方法，有時也是設計人員值得嘗試的一種方法。
本電路的行驅動鎖存器的鎖存控制，還是用cpu的寫控制訊號wr，不作更改。行驅動鎖存器的片選訊號也來自位址解碼電路。為了避免資料儲存器和led點陣片之間的相互干擾，與這組位址對應的資料儲存器的這部分儲存空間就不用它了。
位址解碼電路的設計，應保證led點陣片列驅動電路的片選位址和資料儲存器的某一段的邏輯位址是重疊的。具體設計舉例如下： 假定某一塊led顯示屏用了240片led點陣片，可顯示16×16的漢字60個，用1片mcs51系列微控制器進行高速控制。
這240片led點陣片列驅動電路的片選位址就應有240個，位址解碼電路必須保證解碼後的有效位址大於這個數量。圖1中的位址解碼電路，輸入的位址訊號是a0～a7和a11～a15，沒有接入a8、a9、a10。用74ls138解碼器，**解碼後可得到256根有效位址線，第1根有效位址線對應外部資料儲存器的8個位址：
0000h、0100h、0200h、0300h、0400h、0500h、0600h、0700h。第2根有效位址線對應外部資料儲存器的8個位址：0001h、0101h、0201h、0301h、0401h、0501h、0601h、0701h。
……第256根有效位址線對應外部資料儲存器的8個位址：00ffh、01ffh、02ffh、03ffh、04ffh、05ffh、06ffh、07ffh。這256根有效位址線，240根給列驅動電路的片選位址，餘下的給行驅動電路的片選位址；如果不夠用，行驅動電路可考慮改為序列匯流排的方式進行控制。
上述分析結果表明，1片led點陣片的i/o介面位址和資料儲存器的8個位元組的位址建立了重疊關係。這是因為每片led點陣片都有8行，每行都對應1個位元組的字模資料。 上述分析結果還表明，全部led點陣片的i/o介面位址和資料儲存器的0000h～07ffh位址段建立了對映關係。
資料儲存器0000h～07ffh中存放的正好是一幀影象的全部字模資料。 4高速控制方案在led顯示屏中的應用現在商業上用的大螢幕led顯示屏，用到的led點陣片成百、上千甚至幾千片。微控制器對led顯示屏的控制，包括微控制器與pc機的通訊、字模資料的資料處理以及顯示控制三個部分。
1片微控制器要與pc機通訊，又要進行資料處理，還要進行顯示控制，肯定是忙不過來的。 為了解決大螢幕led顯示屏的控制問題，許多文獻都對控制方案作了成功的設計。不少方案［36］的基本思路是資料處理由一片微控制器完成，顯示控制由另一片微控制器或乙個專門設計的電路完成。
這些方案的控制效率雖然很高，但是電路比較複雜。
圖2資料儲存器分段選擇開關電路
本方案的基本思路是，微控制器與pc機的通訊、資料處理及顯示控制都由1片微控制器完成。顯示控制採用本文提出的高速控制方案，電路簡單，而且顯示控制的效率很高。例如，led點陣片採用常用的6 cm×6 cm外廓尺寸的led點陣片時，螢幕面積小於2 m2時，1片mcs51系列微控制器就可以完成。
但是，高速控制方案用於大螢幕led顯示屏，還有一些問題要解決：
①微控制器與pc機的通訊問題。大螢幕led顯示屏與pc機連線時，pc機用來編輯待顯示的內容，並將內容傳給大螢幕led顯示屏中的微控制器。pc機與微控制器通訊時，不會干擾顯示屏的工作。
因為顯示屏工作時，是一場一場顯示的，場與場之間有黑屏的時間，利用黑屏的時間進行通訊完全沒有問題。
②增加顯示場次的問題。大部分顯示屏的工作方式是，顯示的內容一場、一場、又一場，如此迴圈。前面的設計只考慮了顯示一幀影象時，led點陣片的i/o介面位址和資料儲存器的一段建立對映關係的問題，因此只能顯示一場定格的影象。
在圖1的基礎上增加圖2，可以使led點陣片的i/o介面位址和資料儲存器的多段建立對映關係。工作時，由p1口控制多路開關，切換資料儲存器的不同段和led點陣片的i/o介面位址對映，於是顯示屏就可以一場一場地迴圈顯示了。如果擴充外部資料儲存器的片數，並由p1口使能其中的一片有效，那麼將可以擴充更多的段和led點陣片的i/o介面位址建立對映關係，這樣的話，像拉幕、流水等一些顯示效果，也就可以實現了。
③字模資料的資料處理問題。顯示的方式比較多，比如有定格、拉幕、流水，流水方式中又有向左流水、向右流水等。在轉換顯示方式時，就必須進行一次字模資料的資料處理，用1片微控制器，這也不會成為問題。
因為轉換顯示方式時，本來要黑屏1 s至幾s，這段時間也就正好用來進行資料處理了。
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