數(shù)據(jù)輸出電路的優(yōu)化基理方案解析

1 引 言

在LED大屏幕等顯示系統(tǒng)對數(shù)據(jù)輸出速度的要求日益提高的背景下，當前對控制設備進行改造的過程中，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。

在實踐運用中，建議應先考慮在原有的系統(tǒng)上進行硬件電路改造，如仍不能滿足顯示要求，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(shù)據(jù)輸出速度的實現(xiàn)辦法。

2 數(shù)據(jù)輸出電路的優(yōu)化基理

由LED大屏幕的顯示原理可知，一個數(shù)據(jù)顯示在LED大屏幕的過程分為：從存儲器中讀出數(shù)據(jù)與送入到LED板中顯示兩個步驟。這一過程需要產(chǎn)生如下控制信號：數(shù)據(jù)地址送入存儲器，存儲器讀信號，鎖存器開通及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(shù)據(jù)顯示過程的時間。如果能夠復用其中的信號，勢必減少這一過程的延時。在LED顯示系統(tǒng)中，常把顯示數(shù)據(jù)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的行控制線上，數(shù)據(jù)按行儲存，送入數(shù)據(jù)地址后，按行讀出數(shù)據(jù)，并同時開通了行控制信號。下面的信號復用方案也是類似的原理。

圖1 　信號復用示例

在考查讀外存的MOVX 命令時發(fā)現(xiàn)：執(zhí)行該命令時可產(chǎn)生讀信號(RD # )，即讀外存時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(shù)據(jù)讀出后，SCK信號才送出，所以RD # 信號不可直接做SCK信號使用，必須做延時處理(最小延時必須要略大于RAM 的讀寫時間tRC與74HC273 的數(shù)據(jù)鎖存延時tTL H之和)。

而當連續(xù)讀出一塊存儲器數(shù)據(jù)時，需要通過程序產(chǎn)生新的地址賦值給數(shù)據(jù)口， 而這些地址都是順序變化的?；谶@一特點，設計采用計數(shù)器電路用來保存讀數(shù)據(jù)時的初始地址，利用外部供給的脈沖，只要對計數(shù)器的保存地址進行順序增加，即可將數(shù)據(jù)連續(xù)讀出。

單片機ALE 腳或是利用串行口工作方式也會產(chǎn)生一定頻率的脈沖，但沒有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SPI 方式比較方便。串行外圍接口(Serial Perip heral Interface , SPI) 總線系統(tǒng)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(tǒng)有4 個I/ O 腳，它們是串行時鐘SPSCK、主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機輸出/ 從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI 和低位有效的從機選擇數(shù)據(jù)線SS.SP2SCK用于同步數(shù)據(jù)從MOSI 輸入和MISO 的輸出傳送。通過對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，即采用SPSCK作為計數(shù)器的脈沖，利用計數(shù)器對存儲器產(chǎn)生連續(xù)變化的地址，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高速讀出。并且SPSCK 信號經(jīng)過變換與延時處理，可同時供給LED做SCK移位信號使用。

圖2 　SPI 在讀取存儲器的運用

3 SPI 運用的實現(xiàn)過程

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(shù)據(jù)，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，通過計數(shù)器電路實現(xiàn)對存儲器高速讀數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)的首地址并啟動SPI 后，此方式使數(shù)據(jù)的讀出到屏幕顯示這一過程自動進行，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的銜接延時。圖3 為SPI 在LED大屏幕控制電路中的運用示例。