根据此式算出的扫描频率f实际上是LED 驱动扫描的最小频率,若低于此频率,则有可能导致LED的闪烁。当然,f也不可能越高越好,扫描的频率太高,相对而言,每一组LED的点亮的时间就越短,因此有可能导致LED的亮度不够或显示效果不理想等一些问题。当然提高LED的驱动电压也可以弥补由此造成的亮度不够的问题。
在此例中,由公式可知其扫描的频率应大于等于128Hz,则较为理想。
2.MCU程序的实现:
a. 模块的划分:
在说明其编程之前,先说明一下模块化编程思想在LED驱动设计中的应用。为了使程序的结构清晰和维护的便利,特别是为了使程序的移植等变得可行,在程序的设计过程中应尽可能地采用模块化的设计思想,对于复杂的程序结构和功能的实现,更应该在编程之前理顺其相互之间的关系,划分好各功能模块所应完成的功能,定义好各模块之间的数据接口和相互关系。
一般而言,显示部分所涉及到的内容和功能相对较广,比如按键的变化、系统状态的变化、数据的变化等均需在显示的结果上表现出来。因此,为了保证不同的模块之间的独立性,我们将与LED显示的有关的功能进行如下的划分:
1. 扫描驱动模块:此模块的功能只完成对所有LED的扫描,而不关心所显示的数据的具体变化情况,其从固定的显示缓冲其中提取每一扫描地址所对应的数据,该对应关系是固定的,由程序设计时来设定。该实现的方法类似与PC机中CRT的显示驱动和显示缓冲;
2. 字符、点阵发生器:由于实际的数据与显示的数据(Pattern)之间并非是相同的,因此,需要将实际的数据转化成能够显示的数据。例如在MCU中的各种计算的数据是以BCD码或二进制码的形式来表示的,需要将其转化成7-段码或nxn点阵的Pattern数据进行显示;
3. 显示缓冲刷新和处理模块:该模块的功能是接受诸如按键、系统状态变化、数据变化所引起的显示数据的变化。其需要调用到字符、点阵发生器来完成显示缓冲的刷新,其与按键、系统状态变化等之间的接口是采用消息的机制来实现。该模块一般需要根据不同的显示内容来进行分类,比如在跑步机的设计中,可以划分为如下的内容:距离、速度、时间、能量消耗、心率及其他相关的数据。
b. 程序架构和实现
1.扫描模块的实现:由于LED的扫描驱动是一个重复的不间断的过程,自然,定时中断是最好的实现方法,其流程如图6所示,其中BuffPt用于指向当前的显示缓冲区,Ai则为当前所需显示的LED组的地址编号,从0到N(N为总的LED组数);
2.刷新模块的实现:在MCU的程序设计中,一般将此模块置于16Hz的定时中断中(若主程序的循环周期不固定且最大的循环时间大于1/10秒时,常采用此架构)或主程序循环体中(此种情况主要时针对MCU时钟比较高的场合或不需考虑显示延时的情况下),通过检测对应的消息来决定其是否需要执行数据的刷新。以跑步机的设计为例,其功能流程如图7所示;
3.字符、点阵发生器:由于在一些实际的应用中,可能的显示内容原则上是可预知的和有限的,特别是汉字的显示,因此其主要是通过定义相应的点阵来保存各种需要显示数据。为了便于程序的设计,一般需将其按照一定的排列规则来进行定义,同时也需要为各个需要显示的字符和图符进行编码,编码的规则必须有利于程序的设计和提高代码的效率,以求能够采用统一的查表指令来实现。
图6
注:上述的流程只是一个原理性的程序说明,在实际的应用中,需要根据MCU的特点及具体的硬件设计来进行程序的设计与简化。比如:在实际的项目中有8x8(或小于8x8)个LED需要驱动,而且所选的MCU又是8位或16位的,则此时的地址线的扫描将变得非常的简单,只要建立字节变量Ai,其初始值为0x01,然后在每次中断处理程序中需将Ai直接输出到LED扫描线所对应的IO口即可,随后将Ai左移一位,对8x8 LED情况,当Ai=0时,表示一遍扫描完成,此时再将Ai设为0x01即可。对于显示的缓冲区的分配,同样可以根据实际的软件设计来分配具体的RAM地址空间,以进一步提高程序的执行效率。记住,由于LED的扫描需要占用较多的MCU时间,因此在进行扫描驱动的程序设计时,需要尽可能采用简洁高效的代码,以便提高MCU的工作效率。举例来说,假如需驱动8x8 LED,根据前面所讲的要求,所需的定时器的中断频率必须是大于等于8x32,即256Hz,若在此驱动代码中多增加一条语句,则MCU每秒就需要多执行256条代码,由此可见高效的代码对于LED驱动程序来讲是多么重要,特别是当MCU的时钟不够快时!