VRS51L3074與串行FRAM在LED顯示屏中的應用

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(tǒng)具有64 KB的Flash、4 352字節(jié)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(tǒng)時鐘的1／2，而且具有多字節(jié)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(shù)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(fā)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(shù)據無延時，抗干擾能力強，在3．3V環(huán)境下FRAM讀寫次數(shù)沒有限制，數(shù)據保存時間可達10～45年等眾多優(yōu)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(shù)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(tǒng)對串行FRAM的要求
    首先，對VRS51L3074控制的3個FRAM組成的數(shù)據處理系統(tǒng)與FRAM的連接關系進行分析。圖1(a)為VRS51L3074和3個FRAM組成的數(shù)據處理系統(tǒng)。當進行顯示數(shù)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(shù)據分別進行讀寫操作。而數(shù)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(shù)據直接由74HCl64旁路“DMA”至LED顯示屏，因此作為數(shù)據顯示控制的VRS51L3074不需要處理串行存儲器的輸出數(shù)據，也就是說對3個串行存儲器只需要進行開環(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模塊是根據圖1中數(shù)據處理和數(shù)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(shù)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(shù)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(xiàn)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(shù)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(tǒng)。工作時數(shù)據處理單片機與數(shù)據顯示單片機通過2條控制線進行同步工作，其中數(shù)據處理單片機為主機，數(shù)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(shù)量，或增加74HCl64的級數(shù)來增加LED顯示屏的高度。LED顯示屏水平方向的長度只與數(shù)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(shù)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F(xiàn)RAM經74HCl64串并轉換后的3字節(jié)(共24位)，雙色點數(shù)=24÷2x16=192點，單色點數(shù)=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(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)時鐘的1／2，一般51單片機的SPI接口速度都是系統(tǒng)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(tǒng)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(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)據處理單片機在模塊O和模塊1中組織同樣的顯示數(shù)據，然后通過顯示控制端啟動數(shù)據顯示單片機。數(shù)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F(xiàn)RAM，并通過SO端同時給模塊O或l中的3片F(xiàn)RAM送顯示數(shù)據的首地址；然后在SCK的作用下，模塊O或1中的3片F(xiàn)RAM通過各自的SO端向對應74HCl64的SI端輸出顯示數(shù)據，同時由數(shù)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(shù)據顯示單片機向數(shù)據處理單片機發(fā)出行顯示完成的狀態(tài)信號，同時等待數(shù)據顯示單片機發(fā)出繼續(xù)顯示的指令，當接收到繼續(xù)顯示指令后啟動下一行的顯示。數(shù)據處理單片機可根據需要通過端口選擇讓數(shù)據顯示單片機顯示模塊O或1中的顯示數(shù)據，且單片機可在數(shù)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(shù)據。

結 語
    本文對LED顯示屏控制系統(tǒng)使用由串行FRAM存儲器組成雙端口RAM的硬件系統(tǒng)和控制方法進行了初步的探討。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、容量大及價格低等優(yōu)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。