LED大屏幕輸出電路的優(yōu)化設計

摘 要： 在研究目前LED 大屏幕控制電路的基礎上，提出了一種提高輸出速度的實(shí)現方法。文中給出了該方法的原理與電路圖，并探討了不同計數方式下，數據的組織與顯示的實(shí)現過(guò)程。此方法如果與FPGA/ CPLD 改造、使用更高頻率單片機的方式相結合，將會(huì )進(jìn)一步提高大屏幕控制電路的性能。改造電路可以高至單片機主頻的1/ 4 頻率送出顯示數據，文中說(shuō)明了使用此方式時(shí)應注意的事項。

1 引 言

在LED大屏幕等顯示系統對數據輸出速度的要求日益提高的背景下，當前對控制設備進(jìn)行改造的過(guò)程中，首選的辦法是更換更高速率的微處理器，而對硬件電路的挖潛往往容易被忽視。

在實(shí)踐運用中，建議應先考慮在原有的系統上進(jìn)行硬件電路改造，如仍不能滿(mǎn)足顯示要求，可再考慮更換高速率微處理器及用FPGA/ CPLD 器件進(jìn)行輸出電路替代處理的方案。本文以LED 大屏幕控制電路為例，提出了一種在硬件電路改造上提高顯示數據輸出速度的實(shí)現辦法。

2 數據輸出電路的優(yōu)化基理

由LED大屏幕的顯示原理可知，一個(gè)數據顯示在LED大屏幕的過(guò)程分為：從存儲器中讀出數據與送入到LED板中顯示兩個(gè)步驟。這一過(guò)程需要產(chǎn)生如下控制信號：數據地址送入存儲器，存儲器讀信號，鎖存器開(kāi)通及LED單元板中的行信號、HC595 的SCK 移位、RCK 鎖存、E 使能信號等。這些必需信號的產(chǎn)生增加了數據顯示過(guò)程的時(shí)間。如果能夠復用其中的信號，勢必減少這一過(guò)程的延時(shí)。在LED顯示系統中，常把顯示數據按行存儲到外部ROM/ RAM 中的辦法即是一例。該辦法設定存儲器的高位并接到L ED的行控制線(xiàn)上，數據按行儲存，送入數據地址后，按行讀出數據，并同時(shí)開(kāi)通了行控制信號。下面的信號復用方案也是類(lèi)似的原理。

圖1 　信號復用示例

在考查讀外存的MOVX 命令時(shí)發(fā)現：執行該命令時(shí)可產(chǎn)生讀信號(RD # )，即讀外存時(shí)不但不需要另外去產(chǎn)生讀信號(RD # )，而且還可以將此信號供給鎖存器74HC273 及LED板上的移位信號SCK使用。這里要注意的是：在數據讀出后，SCK信號才送出，所以RD # 信號不可直接做SCK信號使用，必須做延時(shí)處理(最小延時(shí)必須要略大于RAM 的讀寫(xiě)時(shí)間tRC與74HC273 的數據鎖存延時(shí)tTL H之和)。

而當連續讀出一塊存儲器數據時(shí)，需要通過(guò)程序產(chǎn)生新的地址賦值給數據口， 而這些地址都是順序變化的?；谶@一特點(diǎn)，設計采用計數器電路用來(lái)保存讀數據時(shí)的初始地址，利用外部供給的脈沖，只要對計數器的保存地址進(jìn)行順序增加，即可將數據連續讀出。

單片機ALE 腳或是利用串行口工作方式也會(huì )產(chǎn)生一定頻率的脈沖，但沒(méi)有SPI 方式下產(chǎn)生的脈沖頻率高，且這兩種方式的使用均有一定的限制，而啟動(dòng)SPI 方式比較方便。串行外圍接口(Serial Perip heral Interface , SPI) 總線(xiàn)系統是一種同步串行外設接口，是Motorola 首先在其MC68HCXX 系列處理器上定義的。SPI 系統有4 個(gè)I/ O 腳，它們是串行時(shí)鐘SPSCK、主機輸入/從機輸出數據線(xiàn)MISO、主機輸出/ 從機輸入數據線(xiàn)MOSI 和低位有效的從機選擇數據線(xiàn)SS.SP2SCK用于同步數據從MOSI 輸入和MISO 的輸出傳送。通過(guò)對SPI 控制寄存器SPCR 的設置，SPSCK的頻率最高可以達到振蕩器頻率( fOSC )的1/ 4。

因為SPI 模式可方便產(chǎn)生出較高頻率脈沖的優(yōu)點(diǎn)，即采用SPSCK作為計數器的脈沖，利用計數器對存儲器產(chǎn)生連續變化的地址，實(shí)現對數據的高速讀出。并且SPSCK 信號經(jīng)過(guò)變換與延時(shí)處理，可同時(shí)供給LED做SCK移位信號使用。

圖2 　SPI 在讀取存儲器的運用

3 SPI 運用的實(shí)現過(guò)程

從上文可以得到這樣的啟示：在LED控制電路的設計中，可借助于SPI 模式讀取數據，即增加一塊SPI 模式的FLASH 存儲器，一方面可以保存重要文檔，另一方面可以利用SPSCK 產(chǎn)生的信號，通過(guò)計數器電路實(shí)現對存儲器高速讀數據，并且復用此信號產(chǎn)生屏幕顯示的控制信號。在給定了輸出數據的首地址并啟動(dòng)SPI 后，此方式使數據的讀出到屏幕顯示這一過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行，同一信號源的全硬件方式大大減少了以往分別產(chǎn)生各控制信號方式時(shí)的銜接延時(shí)。圖3 為SPI 在LED大屏幕控制電路中的運用示例。

圖3 　SPI 模式下的L ED 大屏幕控制電路圖

級聯(lián)計數器的個(gè)數根據RAM 的容量大小，即地址線(xiàn)的數目來(lái)確定。微處理器通過(guò)驅動(dòng)器連接SPI 串行存儲器， 驅動(dòng)器可以選擇7407 或7417 的型號。RM_MODE 用來(lái)區別不同的讀寫(xiě)操作方式。當RM_MODE = 1 時(shí)，是普通讀寫(xiě)外部存儲器的方式，當RM_MODE = 0 時(shí)，就可以讓主機作為主器件，串行FLASH 存儲器作為從器件，兩者以SPI 方式進(jìn)行通信，利用此時(shí)產(chǎn)生的SPSCK信號對存儲器進(jìn)行高速讀數據操作。同時(shí)SPSCK信號經(jīng)過(guò)變換與延時(shí)處理，可以供給LED做SCK 移位信號用。在計數脈沖的輸入端，可以使用跳線(xiàn)做加、減方式的選擇處理。當脈沖接于計數器UP 端時(shí)， 為加計數方式， 接于DOWN 時(shí)，為減計數方式。圖3 也可擴展并接多組計數器，多組RAM.

減計數器方式的運用大大增強了數據輸出的靈活性。在LED大屏幕顯示中，加、減計數器配合使用，可以使相同一塊控制卡輸出數據的顯示長(cháng)度提高一倍。當使用減計數器方式時(shí)，為了與使用加方式時(shí)LED大屏幕上顯示的圖文一致，必須對與減計數器連接的RAM 的數據進(jìn)行上、下半屏交換處理，并且在輸出時(shí)要在程序中改變數據的起始點(diǎn)，給出的行控制信號(RCK) 也應做倒序處理(見(jiàn)圖4)。