数据输出电路的优化基理方案解析

1 引 言

在LED大屏幕等显示系统对数据输出速度的要求日益提高的背景下，当前对控制设备进行改造的过程中，首选的办法是更换更高速率的微处理器，而对硬件电路的挖潜往往容易被忽视。

在实践运用中，建议应先考虑在原有的系统上进行硬件电路改造，如仍不能满足显示要求，可再考虑更换高速率微处理器及用FPGA/ CPLD 器件进行输出电路替代处理的方案。本文以LED 大屏幕控制电路为例，提出了一种在硬件电路改造上提高显示数据输出速度的实现办法。

2 数据输出电路的优化基理

由LED大屏幕的显示原理可知，一个数据显示在LED大屏幕的过程分为：从存储器中读出数据与送入到LED板中显示两个步骤。这一过程需要产生如下控制信号：数据地址送入存储器，存储器读信号，锁存器开通及LED单元板中的行信号、HC595 的SCK 移位、RCK 锁存、E 使能信号等。这些必需信号的产生增加了数据显示过程的时间。如果能够复用其中的信号，势必减少这一过程的延时。在LED显示系统中，常把显示数据按行存储到外部ROM/ RAM 中的办法即是一例。该办法设定存储器的高位并接到L ED的行控制线上，数据按行储存，送入数据地址后，按行读出数据，并同时开通了行控制信号。下面的信号复用方案也是类似的原理。

图1 　信号复用示例

在考查读外存的MOVX 命令时发现：执行该命令时可产生读信号(RD # )，即读外存时不但不需要另外去产生读信号(RD # )，而且还可以将此信号供给锁存器74HC273 及LED板上的移位信号SCK使用。这里要注意的是：在数据读出后，SCK信号才送出，所以RD # 信号不可直接做SCK信号使用，必须做延时处理(最小延时必须要略大于RAM 的读写时间tRC与74HC273 的数据锁存延时tTL H之和)。

而当连续读出一块存储器数据时，需要通过程序产生新的地址赋值给数据口， 而这些地址都是顺序变化的。基于这一特点，设计采用计数器电路用来保存读数据时的初始地址，利用外部供给的脉冲，只要对计数器的保存地址进行顺序增加，即可将数据连续读出。

单片机ALE 脚或是利用串行口工作方式也会产生一定频率的脉冲，但没有SPI 方式下产生的脉冲频率高，且这两种方式的使用均有一定的限制，而启动SPI 方式比较方便。串行外围接口(Serial Perip heral Interface , SPI) 总线系统是一种同步串行外设接口，是Motorola 首先在其MC68HCXX 系列处理器上定义的。SPI 系统有4 个I/ O 脚，它们是串行时钟SPSCK、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/ 从机输入数据线MOSI 和低位有效的从机选择数据线SS.SP2SCK用于同步数据从MOSI 输入和MISO 的输出传送。通过对SPI 控制寄存器SPCR 的设置，SPSCK的频率最高可以达到振荡器频率( fOSC )的1/ 4。

因为SPI 模式可方便产生出较高频率脉冲的优点，即采用SPSCK作为计数器的脉冲，利用计数器对存储器产生连续变化的地址，实现对数据的高速读出。并且SPSCK 信号经过变换与延时处理，可同时供给LED做SCK移位信号使用。

图2 　SPI 在读取存储器的运用

3 SPI 运用的实现过程

从上文可以得到这样的启示：在LED控制电路的设计中，可借助于SPI 模式读取数据，即增加一块SPI 模式的FLASH 存储器，一方面可以保存重要文档，另一方面可以利用SPSCK 产生的信号，通过计数器电路实现对存储器高速读数据，并且复用此信号产生屏幕显示的控制信号。在给定了输出数据的首地址并启动SPI 后，此方式使数据的读出到屏幕显示这一过程自动进行，同一信号源的全硬件方式大大减少了以往分别产生各控制信号方式时的衔接延时。图3 为SPI 在LED大屏幕控制电路中的运用示例。