VRS51L3074與串行FRAM在LED顯示屏中的應(yīng)用

VRS51L3074是Ramtron公司生產(chǎn)的一款運(yùn)行速度可達(dá)40MIPS的單周期8051微處理器。VRS51L3074的存儲(chǔ)器子系統(tǒng)具有64 KB的Flash、4 352字節(jié)的內(nèi)部SRAM，以及眾多的外設(shè)接口。VRS51L3074的高速增強(qiáng)型SPI接口速度為系統(tǒng)時(shí)鐘的1／2，而且具有多字節(jié)傳送、手動(dòng)片選和輸出下載脈沖的功能。這幾個(gè)功能對(duì)于直接利用SPI接口讀取串行Flash中的顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)向LED顯示屏傳送至關(guān)重要。FRAM技術(shù)是Ramtron公司融合RAM和ROM的特性，開發(fā)出的具有RAM的讀寫速度、又能掉電保持的存儲(chǔ)器件。FRAM系列存儲(chǔ)芯片具有寫數(shù)據(jù)無(wú)延時(shí)，抗干擾能力強(qiáng)，在3．3V 環(huán)境下FRAM讀寫次數(shù)沒有限制，數(shù)據(jù)保存時(shí)間可達(dá)10～45年等眾多優(yōu)點(diǎn)。FRAM產(chǎn)品提供了多種接口(如I2C、SPI、并行接口)，多種容量 (4Kb、16 Kb、64 Kb、256 Kb、1 Mb等)，多種電壓級(jí)別的產(chǎn)品。FM25L256B是32K×8位、具有SPI接口的FRAM。由于SPI總線為四線制，具有SPI接口的FRAM構(gòu)成雙端口RAM時(shí)，數(shù)據(jù)線和控制線的切換非常方便，所以使用FRAM成為構(gòu)成大容量雙端口RAM的最佳選擇。

1 LED顯示屏控制系統(tǒng)對(duì)串行FRAM的要求

首先，對(duì)VRS51L3074控制的3個(gè)FRAM組成的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與FRAM的連接關(guān)系進(jìn)行分析。圖1(a)為VRS51L3074和3個(gè)FRAM組成的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。當(dāng)進(jìn)行顯示數(shù)據(jù)處理時(shí)SPI總線為標(biāo)準(zhǔn)連接形式，即所有SPI接口芯片的SI、SO、SCK分別連接在一起；只有片選線分別與 VRS51L3074連接，對(duì)每一個(gè)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行讀寫操作。而數(shù)據(jù)顯示時(shí)只需同步給定3個(gè)串行存儲(chǔ)器相同的起始地址，然后在SCK脈沖的作用下由串行FRAM存儲(chǔ)器的SO腳送入74HCl64，經(jīng)串并轉(zhuǎn)換后直接輸出到LED顯示屏。由于顯示數(shù)據(jù)直接由74HCl64旁路“DMA”至LED顯示屏，因此作為數(shù)據(jù)顯示控制的VRS51L3074不需要處理串行存儲(chǔ)器的輸出數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)對(duì)3個(gè)串行存儲(chǔ)器只需要進(jìn)行開環(huán)控制。具體電路框圖如圖1(b)所示。



2 雙端口RAM模塊及LED顯示屏控制系統(tǒng)

圖2所示的串行雙端口RAM模塊是根據(jù)圖1中數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示SPI的連接關(guān)系，外加總線開關(guān)74HC245構(gòu)成的。SPI接口的FRAM時(shí)鐘信號(hào) SCK和數(shù)據(jù)輸入端SI共用，而由于驅(qū)動(dòng)LED顯示屏?xí)r3個(gè)片選信號(hào)要同時(shí)有效，數(shù)據(jù)輸出SO端(如圖1(b)所示，分別接3片74HCl64的輸入端) 也需要獨(dú)立控制，故需要由74HC245總線開關(guān)實(shí)現(xiàn)在端口A、B間切換的控制信號(hào)為8個(gè)(SI，1個(gè)；SCK，1個(gè)；CS，3個(gè)；SO，3個(gè))，使用2 片8總線數(shù)據(jù)開關(guān)74HC245就足夠了。



圖3為由2個(gè)串行雙端口RAM模塊構(gòu)成的LED顯示屏控制系統(tǒng)。工作時(shí)數(shù)據(jù)處理單片機(jī)與數(shù)據(jù)顯示單片機(jī)通過(guò)2條控制線進(jìn)行同步工作，其中數(shù)據(jù)處理單片機(jī)為主機(jī)，數(shù)據(jù)顯示單片機(jī)為從機(jī)。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)增加串行雙端口RAM模塊的數(shù)量，或增加74HCl64的級(jí)數(shù)來(lái)增加LED顯示屏的高度。LED顯示屏水平方向的長(zhǎng)度只與數(shù)據(jù)顯示單片機(jī)以及串行FRAM的SPI時(shí)鐘頻率有關(guān)，在SPI時(shí)鐘頻率為20 MHz時(shí)，水平方向的長(zhǎng)度可達(dá)2 048點(diǎn)。在雙向驅(qū)動(dòng)模式下，LED顯示屏的高度由串行雙端口RAM模塊的數(shù)量確定。水平方向的長(zhǎng)度在40 MHz時(shí)無(wú)灰度可達(dá)4 096點(diǎn)，在8級(jí)灰度情況下可達(dá)512點(diǎn)；而垂直方向3片F(xiàn)RAM經(jīng)74HCl64串并轉(zhuǎn)換后的3字節(jié)(共24位)，雙色點(diǎn)數(shù)=24÷2x16=192 點(diǎn)，單色點(diǎn)數(shù)=24×16=384點(diǎn)。



FM25L256B串行FRAM的讀寫與串行Flash基本一致。最大的特點(diǎn)是寫一個(gè)字節(jié)后不需要像串行Flash那樣查詢寫操作是否完成，而是像順序讀操作一樣連續(xù)寫；既不需要先擦除再寫入，也沒有讀寫次數(shù)的限制，完全可像RAM一樣使用。VRS51L3074的SPI接口速度為系統(tǒng)時(shí)鐘的1／2，一般 51單片機(jī)的SPI接口速度都是系統(tǒng)時(shí)鐘的1／4(沒有下載脈沖)，因此VRS51L3074的SPI接口的某些特性在LED顯示屏控制系統(tǒng)中有極為重要的作用。同樣，串行FRAM和VRS51L3074共同構(gòu)成的雙端口RAM控制系統(tǒng)，可利用VRS51L3074的SPI接口非常方便地完成多字節(jié)讀寫。

3 雙MCU共用雙端口RAM協(xié)同工作

首先，數(shù)據(jù)處理單片機(jī)在模塊O和模塊1中組織同樣的顯示數(shù)據(jù)，然后通過(guò)顯示控制端啟動(dòng)數(shù)據(jù)顯示單片機(jī)。數(shù)據(jù)顯示單片機(jī)對(duì)串行FRAM只有讀的權(quán)力，只能同時(shí)通過(guò)CSO片選模塊0或1中的3片F(xiàn)RAM，并通過(guò)SO端同時(shí)給模塊O或l中的3片F(xiàn)RAM送顯示數(shù)據(jù)的首地址；然后在SCK的作用下，模塊 O或1中的3片F(xiàn)RAM通過(guò)各自的SO端向?qū)?yīng)74HCl64的SI端輸出顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)由數(shù)據(jù)顯示單片機(jī)通過(guò)CS3端自動(dòng)產(chǎn)生LED顯示屏單元板所需的移位脈沖。在LED顯示屏一行顯示完成后，數(shù)據(jù)顯示單片機(jī)向數(shù)據(jù)處理單片機(jī)發(fā)出行顯示完成的狀態(tài)信號(hào)，同時(shí)等待數(shù)據(jù)顯示單片機(jī)發(fā)出繼續(xù)顯示的指令，當(dāng)接收到繼續(xù)顯示指令后啟動(dòng)下一行的顯示。數(shù)據(jù)處理單片機(jī)可根據(jù)需要通過(guò)端口選擇讓數(shù)據(jù)顯示單片機(jī)顯示模塊O或1中的顯示數(shù)據(jù)，且單片機(jī)可在數(shù)據(jù)顯示單片機(jī)顯示的同時(shí)，處理雙端口RAM模塊1或O中的顯示數(shù)據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)LED顯示屏控制系統(tǒng)使用由串行FRAM存儲(chǔ)器組成雙端口RAM的硬件系統(tǒng)和控制方法進(jìn)行了初步的探討。這種雙端口RAM與傳統(tǒng)雙端口RAM的不同之處在于其端口的一端可讀寫，而另一端只能讀。利用串行FRAM組成雙端口RAM具有控制線少、容量大及價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在讀寫速度要求不是很高的情況下有著良好的應(yīng)用前景。