基于双RAM技术的LED显示屏控制系统设计

2 LED显示屏控制系统设计

LED显示屏控制电路。为了提高数据输出效率，采用Ramtron公司的带SPI功能模块的VRS51L3074单片机。VRS51L3074的时钟频率为40 M-Hz，指令周期短，处理速度快，效率高；工作电压在3．3 V左右，但是可以兼容5 V。SST25VF016B是一款具有SPI接口的8引脚串行Flash。7 4LSl64为移位寄存器。

2．1 VRS51L3074的SPI功能模块

VRS51L3074的SPI时钟频率可以在SysClk／2～SysClk／1024范围内调整，SPI时钟频率最高可以达到20MHz。当VRS51L3074作为SPI主机时，可以对SPI运行控制、配置和状态监控以及其他的一些工作环境进行设置。

配置寄存器SPICONFIG：主要对片选信号控制模式、SPI中断进行设置。

状态寄存器SPISTATUS：主要用于对SPI运行状态的监控。

传输字长寄存器SPISIZE：设置传输字长，本文设置为16位，即每次输出16位数据。

控制寄存器SPICTRL：对SPI时钟速率、时钟相位／极性、片选信号，以及SPI时钟频率进行设置。

数据寄存器SPIRXTX0～SPIRXTX3：用于对SPI接口32位收发缓冲器的访问，对数据寄存器执行写操作是将数据送入发送缓冲器中，对数据寄存器执行读操作是从接收缓冲器中取出收到的数据。SPI接口的发送和接收缓冲器都采用双缓冲结构，从硬件上减少数据冲突并提高数据传输效率。在主模式下对SPIRXTX0寄存器执行写入操作将启动SPI传输。当传输字各行长大于8时，应最后向SPIRXTX0寄存器写入。

向串行Flash输入控制信号和数据地址后，启动串行Flash传输数据，在SPI时钟驱动下输出显示数据，并且可以用单片机模拟串行Flash时钟信号控制任意位数据输出。

2．2 数据选择控制电路

LED显示屏控制系统如图3所示，VRS51L3074单片机内部自带精确的40 MHz振荡器，不需要外部晶振电路提供系统时钟。数据显示采用内存为16 Mb的SST25VF016B。双RAM技术输出显示数据的时候，是将两块RAM中相同地址的两个数据同时输出，所以，将两块RAM的显示数据存放在一块串行存储器中时，偶地址单元应存储RAM0的数据，奇地址单元存储RAMl的数据，数据输出时每次输出16位数据。串行存储器和单片机的工作电压都在3．3 V左右，但是VRS51L3074可以兼容5V，简化了控制电路。控制信号和显示数据在输出到寄存器74LS164和显示屏的时候，需要用74LVC07进行电平转换。



控制系统控制显示数据输出的流程为：

①将扫描线行地址通过P2端口的低4位送给LED显示屏。

②通过显示数据在显示区域中的位置，计算显示数据在存储器中的地址，并计算出数据选择的位数i。

③通过单片机P3．0口模拟移位脉冲，输出到串行Flash时钟信号，移位脉冲数由数据选择位数i决定。使输出数据产生错位，正确地选择输出显示数据。

④启动SPI读取显示数据，SPI传输字长设置为16位。模拟脉冲已经输出到串行Flash使数据产生了错位，输出16位数据[Di，Di+1，…，D7，…，D15，D0，…，Di-1]，输出到显示屏的数据[D8+i，…，D15，D0，…，Di-1]在高8位，经过移位刚好可以存放在移位寄存器中。每行第一个数据输出后，此行各列数据都直接输出。

⑤16位数据输出完毕后，通过P3.1脚产生一个SCK脉冲，将移位寄存器74LSl64中的数据输出移入到单元板的串行移位寄存器74HC595中。

⑥重复第④至⑤步，直到一行数据全部输出完毕后，由P3．2产生一个RCK脉冲，读取的一行数据将输出显示，然后扫描线下移一行。

⑦重复第①至⑥步。

此电路有这样几个特点：显示数据从串行Flash输出后，不经单片机的处理，直接以DMA方式输出到移位寄存器74LSl64，同时实现串并转换，既节省数据处理时间，又提高显示效率。在每场数据输出之前，通过信息在显示区域中的地址计算数据选择位数i，并通过P3．O端口模拟i个脉冲输出到串行Flash，移出i位数据，数据产生错位，使输出显示的数据在16位输出数据的高8位，可以直接存放在移位寄存器中，输出到显示屏。以后同行各列的显示数据输出时，无需再进行数据选择位的判断，直接将显示数据从存储器中输出到显示屏。

存储器效率分析如表1所列。



由表1可知，采用双RAM技术输出显示大大提高了存储器效率，降低了显示数据存储器的占用。当显示信息量较大时，动态数据组织使用的存储器比较多、利用率低，而采用双RAM技术正好解决了这个问题。一块RAM(静态显示时)的存储器效率是100％，双RAM的效率是50％。当有N块RAM时，效率为(N-1)／N。

针对图3所示控制电路，按照数据输出控制流程编写了程序代码。随机显示一屏信息，显示数据已按顺序存储在串行Flash中。

结语

本控制系统利用串行Flash输出数据时的特点，大大地减少了数据处理的时间，将显示数据以DMA方式输出到显示屏，不但提高了显示效率，而且弥补了长条显示屏在显示信息上的不足。双RAM技术大大提高了垂直移动时的存储器使用效率，所有的数据块都是按静态显示方式组织数据，所以每一块RAM的显示数据效率都是100％，双RAM的效率为50％。本文将显示数据存放在一块Flash中，效率也为50％，相比动态显示组织方式，降低了垂直移动时显示数据存储器的占用率，提高了存储效率。此外，还可以双RAM技术为基础，扩展出多RAM方式，提高显示的高度，增加每屏显示信息，进一步提高存储效率。本系统仍有改进的空间，譬如以双RAM组织显示数据后直接用两个RAM来存放不同的数据，控制显示数据直接输出，以提高输出速率。