引言
采用發光二極管(LED)點陣模塊構成的電子顯示屏已經越來越廣泛地應用于生產、生活、公共場所等各個方面。其規模和復雜程度各有所異，投入成本也差別很大。按照微處理器工作原理，可將電子顯示屏分為兩大類：同步型和異步型。前者的微處理器就是一臺電腦，顯示屏在電腦支持下工作。其優點是規模大、顯示花樣多，可用于彩色顯示。很顯然，其缺點是成本高、體積大，須專業人員操作。異步型電子顯示屏的微處理器一般采用單片機(MCU)，顯示內容由電腦通過通信方式發送到單片機系統的數據存儲器，顯示控制完全由單片機完成。異步型電子顯示屏具有結構簡單、維護方便、顯示刷新簡單、無需專業人員操作、成本低等優點，但對于大規模、彩色、顯示花樣復雜的動態顯示它卻無能為力。
用于小型公示場所(例如公交車的到站提示等)的電子顯示屏是規模最小的一種，自然采用異步型系統比較合適。設計這類電子顯示屏的原則是，在滿足顯示要求的前提下，盡量節省投入，縮短開發周期，以降低成本。為此，選擇通用型51系列單片機為核心是明智的選擇。
1 原理概述
本電子顯示屏的整體硬件結構如圖1所示。本系統采用的是共陰極(AS)的LED點陣模塊，行、列驅動方法上與一般資料所述不同。由于篇幅限制，本文不作詳細論述。
由圖1可以看出，本系統的片外數據存儲器(RAM)與MCU通過地址鎖存器交換數據。小規模電子顯示屏的顯示內容一般在幾十個到幾百個漢字，按一個漢字字模占用32字節計算，故32 KB的數據存儲器可存儲900個漢字。實際上，由于漢字在動態顯示時(例如左移、上移等)，需要進行數據處理，故需在片外數據存儲器預留3 KB左右的空間作為數據處理緩沖空間。這是對片外數據存儲器的容量要求。
有時候數據處理量是很大的。例如，一屏32個漢字左移，一次需處理32×32=1024個字節，處理過程有讀也有寫，因此對片外數據存儲器的讀／寫速度有嚴格要求。否則，會因為數據處理消耗大量時間而造成閃爍。這是對片外數據存儲器讀／寫速度的要求。
電子顯示屏一次顯示的內容通常希望重復顯示幾天、幾個星期甚至幾個月才得以更新。為此，片外RAM中漢字字模數據至少要能保存一個更新周期，不能因停電、下班而丟失。因此對片外數據存儲器有掉電不丟失數據(即“不揮發”)的要求。
2 存儲器選擇
2．1 數據存儲器性能比較
開發試驗過程中，關注過如表1所列的各種可能用于單片機擴展的片外數據存儲器芯片。
表中所列的前3類都有掉電不丟失數據功能。第一類為光擦除程序存儲器，不能在線寫入，只能用作只讀存儲器，顯然不適用于本系統。第二類為電擦除程序存儲器，在線寫入數據不多時，也可以作為不揮發數據存儲器使用。它是按頁(16字節)寫入，頁之間須有一定延時。由于本系統要求一次連續寫入的數據可能多達1 KB，故寫入速度不能滿足要求。第三類為閃爍(Flash)存儲器，其讀／寫速度應該很快，但是在寫入時也是和第二類一樣分塊寫入。一塊為64字節，塊之間寫入需要一定延時(ms級)，故不能在指定地址連續大量數據，經過試驗以后，本系統也摒棄了這類存儲器。表中所列最后兩類都屬于靜態數據存儲器，讀／寫速度都很快，其引腳完全和單片機愛好者所熟悉的6264(8KB)兼容，只要增加兩條地址線即可。HKl235-7實際上是62256加上保持數據的電池組成的模塊。廣告宣傳數據可以保持10年不丟失，實際上，我們在以前的課題中使用發現數據不能保持這么長時間，而且價格昂貴，是62256的10倍!無論開發試驗或者產品生產都不宜選擇HK1235-7模塊。
2．2 對62256的評價
表中所列的62256屬于51系列單片機典型的片外數據存儲器，一片62256的容量為32 KB，完全可以滿足小規模顯示系統的要求。若用戶嫌容量不夠還可以擴展第二片、第三片。62256的讀／寫速度與單片機匹配，可以達到最快。而且，可以對任意指定地址進行單個字節或者連續寫入，一次寫入的字節數沒有限制。和其他RAM芯片一樣，其缺點是掉電不能保持數據。在試驗中，我們另辟蹊徑解決了這一問題。
3 實現方法和效果
3．1 實現62256數據不揮發的方法
參照HK1235-7模塊的方法，在靠近62256的電路板上增加了一顆專用于保持數據的電池，如圖2所示。圖中二極管有兩方面作用：一是在電源停電時，防止鋰電池對其他元件放電，縮短保持數據時間；二是在電源對鋰電池充電時，對電源電壓進行鉗位。因為鋰電池最高電壓為4．2 V左右，電源電壓為5 V，二極管正向飽和壓降為0．7 V左右，故可防止鋰電池的過充電。
3．2 調試中遇到的問題
3．2．1 二極管選型問題
開始試驗時，選用檢波二極管4148作為鉗位二極管，使用不到一個星期發現被擊穿短路，無法保持數據。后來改用整流二極管1N4007，長期使用，未發現擊穿問題?？赡苁窃阡囯姵爻潆婋娏鞅容^大，特別是當鋰電池剛充電時，本身電壓比較低，充電電流最大，故檢波二極管容易損壞。
3．2．2 片外數據存儲器讀／寫技巧
剛開始調試顯示程序的時候，為了節省時間，沒有使用串口通信向62256注入漢字編碼(漢字字模)，而是將程序存儲器(ROM)的漢字字模傳送給62256。
這樣的傳送過程必須有兩個地址指針才能完成，AT89S52正好滿足了這一要求。例如，將ROM中512字節的字模傳送給62256，程序流程如圖3所示。
以下為此段子程序對應的代碼全文。
由上述程序清單可以看出，AT89S52并沒有實際獨立的兩個地址指針，而是通過修改特殊功能寄存器OA2H中的數據(0或者1)使一個地址指針指向兩個不同的16位地址，就像操作兩個地址指針一樣。
程序清單中第一條指令對于讀／寫片外數據存儲器是必要的。如果不對P2口初始化，可能出現讀／寫錯誤，這一點是經過反復試驗得出的結論。
3．3 使用效果
LED電子顯示屏的片外數據存儲器的擴展方案經調試后試運行半年，工作正常。讀／寫速度完全和MCU匹配，數據保持時間為2天到1星期(視鋰電池充電容量而定)。這一數據保持周期完全能滿足實際使用需要。
4 結論
①用于LED電子顯示屏的片外數據存儲器的芯片不但要滿足存儲容量要求，更加重要的是要滿足讀／寫速度要求，還要能在一定周期內保持數據不丟失。
②試驗證明，采用62256加保持數據電池是最佳方案。此方案已經試運行半年，完全符合使用要求，其成本也是最低的。