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VRS51L3074是Ramtron公司生產的一款運行速度可達40MIPS的單周期8051微處理器。VRS51L3074的存儲器子系統具有64 KB的Flash、4 352字節的內部SRAM，以及眾多的外設接口。VRS51L3074的高速增強型SPI接口速度為系統時鐘的1／2，而且具有多字節傳送、手動片選和輸出下載脈沖的功能。這幾個功能對于直接利用SPI接口讀取串行Flash中的顯示數據，同時向LED顯示屏傳送至關重要。FRAM技術是Ramtron公司融合RAM和ROM的特性，開發出的具有RAM的讀寫速度、又能掉電保持的存儲器件。FRAM系列存儲芯片具有寫數據無延時，抗干擾能力強，在3．3V 環境下FRAM讀寫次數沒有限制，數據保存時間可達10～45年等眾多優點。FRAM產品提供了多種接口(如I2C、SPI、并行接口)，多種容量 (4Kb、16 Kb、64 Kb、256 Kb、1 Mb等)，多種電壓級別的產品。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構成雙端口RAM時，數據線和控制線的切換非常方便，所以使用FRAM成為構成大容量雙端口RAM的最佳選擇。 1 LED顯示屏控制系統對串行FRAM的要求 首先，對VRS51L3074控制的3個FRAM組成的數據處理系統與FRAM的連接關系進行分析。圖1(a)為VRS51L3074和3個FRAM組成的數據處理系統。當進行顯示數據處理時SPI總線為標準連接形式，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，對每一個存儲器的數據分別進行讀寫操作。而數據顯示時只需同步給定3個串行存儲器相同的起始地址，然后在SCK脈沖的作用下由串行FRAM存儲器的SO腳送入74HCl64，經串并轉換后直接輸出到LED顯示屏。由于顯示數據直接由74HCl64旁路“DMA”至LED顯示屏，因此作為數據顯示控制的VRS51L3074不需要處理串行存儲器的輸出數據，也就是說對3個串行存儲器只需要進行開環控制。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 圖2所示的串行雙端口RAM模塊是根據圖1中數據處理和數據顯示SPI的連接關系，外加總線開關74HC245構成的。SPI接口的FRAM時鐘信號 SCK和數據輸入端SI共用，而由于驅動LED顯示屏時3個片選信號要同時有效，數據輸出SO端(如圖1(b)所示，分別接3片74HCl64的輸入端) 也需要獨立控制，故需要由74HC245總線開關實現在端口A、B間切換的控制信號為8個(SI，1個；SCK，1個；CS，3個；SO，3個)，使用2 片8總線數據開關74HC245就足夠了。
圖3為由2個串行雙端口RAM模塊構成的LED顯示屏控制系統。工作時數據處理單片機與數據顯示單片機通過2條控制線進行同步工作，其中數據處理單片機為主機，數據顯示單片機為從機。在實際應用中，可通過增加串行雙端口RAM模塊的數量，或增加74HCl64的級數來增加LED顯示屏的高度。LED顯示屏水平方向的長度只與數據顯示單片機以及串行FRAM的SPI時鐘頻率有關，在SPI時鐘頻率為20 MHz時，水平方向的長度可達2 048點。在雙向驅動模式下，LED顯示屏的高度由串行雙端口RAM模塊的數量確定。水平方向的長度在40 MHz時無灰度可達4 096點，在8級灰度情況下可達512點；而垂直方向3片FRAM經74HCl64串并轉換后的3字節(共24位)，雙色點數=24÷2x16=192 點，單色點數=24×16=384點。
FM25L256B串行FRAM的讀寫與串行Flash基本一致。最大的特點是寫一個字節后不需要像串行Flash那樣查詢寫操作是否完成，而是像順序讀操作一樣連續寫；既不需要先擦除再寫入，也沒有讀寫次數的限制，完全可像RAM一樣使用。VRS51L3074的SPI接口速度為系統時鐘的1／2，一般 51單片機的SPI接口速度都是系統時鐘的1／4(沒有下載脈沖)，因此VRS51L3074的SPI接口的某些特性在LED顯示屏控制系統中有極為重要的作用。同樣，串行FRAM和VRS51L3074共同構成的雙端口RAM控制系統，可利用VRS51L3074的SPI接口非常方便地完成多字節讀寫。 3 雙MCU共用雙端口RAM協同工作 首先，數據處理單片機在模塊O和模塊1中組織同樣的顯示數據，然后通過顯示控制端啟動數據顯示單片機。數據顯示單片機對串行FRAM只有讀的權力，只能同時通過CSO片選模塊0或1中的3片FRAM，并通過SO端同時給模塊O或l中的3片FRAM送顯示數據的首地址；然后在SCK的作用下，模塊 O或1中的3片FRAM通過各自的SO端向對應74HCl64的SI端輸出顯示數據，同時由數據顯示單片機通過CS3端自動產生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，數據顯示單片機向數據處理單片機發出行顯示完成的狀態信號，同時等待數據顯示單片機發出繼續顯示的指令，當接收到繼續顯示指令后啟動下一行的顯示。數據處理單片機可根據需要通過端口選擇讓數據顯示單片機顯示模塊O或1中的顯示數據，且單片機可在數據顯示單片機顯示的同時，處理雙端口RAM模塊1或O中的顯示數據。 結語 本文對LED顯示屏控制系統使用由串行FRAM存儲器組成雙端口RAM的硬件系統和控制方法進行了初步的探討。這種雙端口RAM與傳統雙端口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、容量大及價格低等優點，在讀寫速度要求不是很高的情況下有著良好的應用前景。 參考文獻 1. 靳桅.鄔芝權.肖波 基于單片機IAP技術的LED顯示屏控制系統 [期刊論文] -單片機與嵌入式系統應用2007(5) 2. 諸昌鈐 LED 顯示屏系統原理及工程技術 2000 3. 王飛.靳桅.鄔芝權 LED大屏幕輸出電路的優化設計 [期刊論文] -液晶與顯示2008(1) 作者：西南交通大學 靳桅 李騏 鄔芝權 來源：單片機與嵌入式系統應用 2008 (12) |
