雙RAM技術(shù)的LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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NL=YL／(Bw·Sw)，這里記i=NL／Sw(0≤i≤7)，表示顯示信息跨越兩個(gè)數(shù)據(jù)塊時(shí)需要選擇的數(shù)據(jù)位數(shù)。存儲(chǔ)器輸出16位數(shù)據(jù)[D0，D1，…，D15]后，從Di位控制選擇連續(xù)的8位數(shù)據(jù)[Di，Di+1，…，D7，…，D7+i]輸出到顯示屏。當(dāng)數(shù)據(jù)從一個(gè)字節(jié)的Di位開始輸出16位時(shí)，如[Di，Di+1，…，D7，…，D15，D0，…，Di-1]，前面8位在當(dāng)前顯示是多余的幾位數(shù)據(jù)，后面8位數(shù)據(jù)[D8+i，…，D15，D0，…，Di-1]正好是要輸出到顯示屏的8位數(shù)據(jù)。當(dāng)這16位數(shù)據(jù)串行輸出到一個(gè)8位的移位寄存器中時(shí)，移位寄存器剛好可以容納高8位數(shù)據(jù)，并將其輸出顯示。之后各列數(shù)據(jù)的輸出情況同樣如此，不需要額外的指令或電路來對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇輸出。只是在每行第一列數(shù)據(jù)輸出前，通過單片機(jī)模擬i個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出到存儲(chǔ)器，讓輸出數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯(cuò)位，使數(shù)據(jù)從Di位開始輸出。另外，當(dāng)顯示信息剛好是A、B、C、D塊中的某一塊時(shí)，無須產(chǎn)生模擬脈沖對數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，而是直接將數(shù)據(jù)輸出顯示。通過分析可知，SPI模塊剛好具有這個(gè)功能，通過單片機(jī)額外模擬i個(gè)時(shí)鐘脈沖，輸出到串行存儲(chǔ)器的時(shí)鐘信號(hào)端，可以使數(shù)據(jù)錯(cuò)位，從指定的某一位Di開始輸出。當(dāng)顯示信息跨越Sw-1區(qū)間時(shí)，如果一場顯示還沒有完畢，內(nèi)存地址應(yīng)返回到Y(jié)L所在塊的起始地址，并從起始地址開始輸出顯示數(shù)據(jù)，單片機(jī)模擬的脈沖數(shù)i也相應(yīng)發(fā)生變化。
2 LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
LED顯示屏控制電路。為了提高數(shù)據(jù)輸出效率，采用Ramtron公司的帶SPI功能模塊的VRS51L3074單片機(jī)。VRS51L3074的時(shí)鐘頻率為40 M-Hz，指令周期短，處理速度快，效率高；工作電壓在3．3 V左右，但是可以兼容5 V。SST25VF016B是一款具有SPI接口的8引腳串行Flash。7 4LSl64為移位寄存器。
2．1 VRS51L3074的SPI功能模塊
VRS51L3074的SPI時(shí)鐘頻率可以在SysClk／2～SysClk／1024范圍內(nèi)調(diào)整，SPI時(shí)鐘頻率最高可以達(dá)到20MHz。當(dāng)VRS51L3074作為SPI主機(jī)時(shí)，可以對SPI運(yùn)行控制、配置和狀態(tài)監(jiān)控以及其他的一些工作環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。
配置寄存器SPICONFIG：主要對片選信號(hào)控制模式、SPI中斷進(jìn)行設(shè)置。
狀態(tài)寄存器SPISTATUS：主要用于對SPI運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。
傳輸字長寄存器SPISIZE：設(shè)置傳輸字長，本文設(shè)置為16位，即每次輸出16位數(shù)據(jù)。
控制寄存器SPICTRL：對SPI時(shí)鐘速率、時(shí)鐘相位／極性、片選信號(hào)，以及SPI時(shí)鐘頻率進(jìn)行設(shè)置。
數(shù)據(jù)寄存器SPIRXTX0～SPIRXTX3：用于對SPI接口32位收發(fā)緩沖器的訪問，對數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行寫操作是將數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖器中，對數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行讀操作是從接收緩沖器中取出收到的數(shù)據(jù)。SPI接口的發(fā)送和接收緩沖器都采用雙緩沖結(jié)構(gòu)，從硬件上減少數(shù)據(jù)沖突并提高數(shù)據(jù)傳輸效率。在主模式下對SPIRXTX0寄存器執(zhí)行寫入操作將啟動(dòng)SPI傳輸。當(dāng)傳輸字各行長大于8時(shí)，應(yīng)最后向SPIRXTX0寄存器寫入。
向串行Flash輸入控制信號(hào)和數(shù)據(jù)地址后，啟動(dòng)串行Flash傳輸數(shù)據(jù)，在SPI時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下輸出顯示數(shù)據(jù)，并且可以用單片機(jī)模擬串行Flash時(shí)鐘信號(hào)控制任意位數(shù)據(jù)輸出。
2．2 數(shù)據(jù)選擇控制電路
LED顯示屏控制系統(tǒng)如圖3所示，VRS51L3074單片機(jī)內(nèi)部自帶精確的40 MHz振蕩器，不需要外部晶振電路提供系統(tǒng)時(shí)鐘。數(shù)據(jù)顯示采用內(nèi)存為16 Mb的SST25VF016B。雙RAM技術(shù)輸出顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候，是將兩塊RAM中相同地址的兩個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)輸出，所以，將兩塊RAM的顯示數(shù)據(jù)存放在一塊串行存儲(chǔ)器中時(shí)，偶地址單元應(yīng)存儲(chǔ)RAM0的數(shù)據(jù)，奇地址單元存儲(chǔ)RAMl的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出時(shí)每次輸出16位數(shù)據(jù)。串行存儲(chǔ)器和單片機(jī)的工作電壓都在3．3 V左右，但是VRS51L3074可以兼容5V，簡化了控制電路?？刂菩盘?hào)和顯示數(shù)據(jù)在輸出到寄存器74LS164和顯示屏的時(shí)候，需要用74LVC07進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/162614.htm
控制系統(tǒng)控制顯示數(shù)據(jù)輸出的流程為：
①將掃描線行地址通過P2端口的低4位送給LED顯示屏。
②通過顯示數(shù)據(jù)在顯示區(qū)域中的位置，計(jì)算顯示數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的地址，并計(jì)算出數(shù)據(jù)選擇的位數(shù)i。
③通過單片機(jī)P3．0口模擬移位脈沖，輸出到串行Flash時(shí)鐘信號(hào)，移位脈沖數(shù)由數(shù)據(jù)選擇位數(shù)i決定。使輸出數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯(cuò)位，正確地選擇輸出顯示數(shù)據(jù)。
④啟動(dòng)SPI讀取顯示數(shù)據(jù)，SPI傳輸字長設(shè)置為16位。模擬脈沖已經(jīng)輸出到串行Flash使數(shù)據(jù)產(chǎn)生了錯(cuò)位，輸出16位數(shù)據(jù)[Di，Di+1，…，D7，…，D15，D0，…，Di-1]，輸出到顯示屏的數(shù)據(jù)[D8+i，…，D15，D0，…，Di-1]在高8位，經(jīng)過移位剛好可以存放在移位寄存器中。每行第一個(gè)數(shù)據(jù)輸出后，此行各列數(shù)據(jù)都直接輸出。
⑤16位數(shù)據(jù)輸出完畢后，通過P3.1腳產(chǎn)生一個(gè)SCK脈沖，將移位寄存器74LSl64中的數(shù)據(jù)輸出移入到單元板的串行移位寄存器74HC595中。
⑥重復(fù)第④至⑤步，直到一行數(shù)據(jù)全部輸出完畢后，由P3．2產(chǎn)生一個(gè)RCK脈沖，讀取的一行數(shù)據(jù)將輸出顯示，然后掃描線下移一行。
⑦重復(fù)第①至⑥步。
此電路有這樣幾個(gè)特點(diǎn)：顯示數(shù)據(jù)從串行Flash輸出后，不經(jīng)單片機(jī)的處理，直接以DMA方式輸出到移位寄存器74LSl64，同時(shí)實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，既節(jié)省數(shù)據(jù)處理時(shí)間，又提高顯示效率。在每場數(shù)據(jù)輸出之前，通過信息在顯示區(qū)域中的地址計(jì)算數(shù)據(jù)選擇位數(shù)i，并通過P3．O端口模擬i個(gè)脈沖輸出到串行Flash，移出i位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯(cuò)位，使輸出顯示的數(shù)據(jù)在16位輸出數(shù)據(jù)的高8位，可以直接存放在移位寄存器中，輸出到顯示屏。以后同行各列的顯示數(shù)據(jù)輸出時(shí)，無需再進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇位的判斷，直接將顯示數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中輸出到顯示屏。
存儲(chǔ)器效率分析如表1所列。
由表1可知，采用雙RAM技術(shù)輸出顯示大大提高了存儲(chǔ)器效率，降低了顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的占用。當(dāng)顯示信息量較大時(shí)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)組織使用的存儲(chǔ)器比較多、利用率低，而采用雙RAM技術(shù)正好解決了這個(gè)問題。一塊RAM(靜態(tài)顯示時(shí))的存儲(chǔ)器效率是100％，雙RAM的效率是50％。當(dāng)有N塊RAM時(shí)，效率為(N-1)／N。
針對圖3所示控制電路，按照數(shù)據(jù)輸出控制流程編寫了程序代碼。隨機(jī)顯示一屏信息，顯示數(shù)據(jù)已按順序存儲(chǔ)在串行Flash中。
結(jié)語
本控制系統(tǒng)利用串行Flash輸出數(shù)據(jù)時(shí)的特點(diǎn)，大大地減少了數(shù)據(jù)處理的時(shí)間，將顯示數(shù)據(jù)以DMA方式輸出到顯示屏，不但提高了顯示效率，而且彌補(bǔ)了長條顯示屏在顯示信息上的不足。雙RAM技術(shù)大大提高了垂直移動(dòng)時(shí)的存儲(chǔ)器使用效率，所有的數(shù)據(jù)塊都是按靜態(tài)顯示方式組織數(shù)據(jù)，所以每一塊RAM的顯示數(shù)據(jù)效率都是100％，雙RAM的效率為50％。本文將顯示數(shù)據(jù)存放在一塊Flash中，效率也為50％，相比動(dòng)態(tài)顯示組織方式，降低了垂直移動(dòng)時(shí)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的占用率，提高了存儲(chǔ)效率。此外，還可以雙RAM技術(shù)為基礎(chǔ)，擴(kuò)展出多RAM方式，提高顯示的高度，增加每屏顯示信息，進(jìn)一步提高存儲(chǔ)效率。本系統(tǒng)仍有改進(jìn)的空間，譬如以雙RAM組織顯示數(shù)據(jù)后直接用兩個(gè)RAM來存放不同的數(shù)據(jù)，控制顯示數(shù)據(jù)直接輸出，以提高輸出速率。
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