8H4K64TL可级连点阵屏讨论（单片机集群分布式计算存储与环网反射内存）

CyberH*** · 发表于 2024-11-25 14:05:44

使用 8H4K64TL（RMB1.9）直接驱动16*16LED点阵屏，
有BOM成本低、结构简单可靠性高、易于DIY制作等优点
简单的结构，除了4个点阵管之外只有这些元件：
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见如下链接：
https://www.stcaimcu.com/forum.php?mod=viewthread&tid=7591

但这只能显示1个汉字，不能级连，要是可以级连，能同时显示多个汉字就比较实用了，独乐乐不如众乐乐
每个单片机分别驱动16*16像素，除了程序空间，剩下的空间都能作为EEPROM用来储存显示数据，这样显示数据被分别存到多个单片机内，多个单片机同时工作，单片机集群分布式计算存储，扩大了显示尺寸和储存容量，而且不需要外部SPI-FLASH
那么问题来了，每个单片机之间用什么总线连接？
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传统的LED点阵屏是有标准接口的，比如HUB08、HUB12等，结构也都是138+595的结构，直接连接译码器和串入并出移位寄存器，需要单独的LED点阵屏控制卡，这种控制方式不适用于本设计
本设计由于数据是分布在多个单片机内的，但会显示到所有单片机连接的点阵上，所以数据方向是双向的（传统的LED点阵屏数据只能单向传输）
并联总线是一种比较常见的设计，比如I2C，发送节点推挽或开漏，接收节点释放总线（高阻或双向弱上拉IO）读取即可，如下图所示：
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但这种结构受分布参数和扇出系数等影响，噪声和速度可能并不理想，对于可能长达1米以上的LED点阵屏来说并不适用，可能还需要245之类的缓冲器/三态门/传输门，甚至一个节点故障（如总线不慎接入12V）会通过总线损坏所有节点
串联总线比较适用于无限级连，比如大家熟知的WS2812，每个LED都会把数据整形转发，信号噪声和误差等不会累加，比较适用于本设计
如下图所示：
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但这只能单向通信，想要双向通信有两种办法，链路和环路
链路：
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环路：

其中双向链路结构软硬件都较单向环路复杂（双向环路就更复杂了，不考虑），占用IO多，还要判断源地址和目的地址决定数据发往上行端口还是下行端口，所以本设计使用环路方式，这和计算机系统中的反射内存是相同概念
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每个节点都会转发除了源地址是自己之外的所有数据，并把自己需要的部分保存下来，而数据包中不需要带有目的地址，因为数据是通过环路广播到所有节点的，而目的地址的判断就是判断数据包中的某个块是否是自己的地址
由于I2C、SPI只有一个时钟，需要两组外设，还浪费IO口，所以串口是最合适的，直接使用一组串口，RXD和TXD直接拆开分别连接前后节点就可以了
为了操作简单，所有节点的程序要相同，参数和显示数据在级连后由IAP操作写入EEPROM，而不用每个节点挨个操作
由于每个节点都需要一个地址，一键编址操作可以通过以下方式连接
如图所示：
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首尾断开，开环模式，直接用串口助手发送编址命令，每个节点都会写入自己的地址，并+1后传给下一个节点，最后一个节点返回总节点数
根据节点数和单节点EEPROM显示数据部分容量计算总字数，使用字库生成工具生成显示数据
还是开环模式，下载显示数据，每个节点只保存自己的显示数据到EEPROM，其余数据转发到下一个节点，全部发完后发送查询命令，储存状态依次转发后，由尾节点最终反馈
恢复首尾节点的连接，闭环模式运行，上电后由首节点发送节点数查询命令，如环路正常，首节点会收到自己发送的命令并得知总节点数，然后再把总节点数广播到所有节点，然后开始按照节点数+1的包大小发送显示数据，每个节点只取自己的数据和下一个节点（移位会同时显示两个汉字）的数据，保存到xdata，显示数据发完后发送移位命令（0~15的值），每个节点按照移位像素数把显示数据写入到硬件LED驱动器，每个节点数据数如快发完时少于节点数+1，由下一个节点补充，直到过渡到下一个节点，再由下一个节点发起传输，所有节点都发送完毕后，由最后一个发起传输的节点（不一定是尾节点）发送重置命令，所有节点状态重置，再由首节点发起新一轮传输，循环显示