VRS51L3074与串行FRAM在LED显示屏中的应用

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        VRS51L3074是Ramtron公司生产的一款运行速度可达40MIPS的单周期8051微处理器。VRS51L3074的存储器子系统具有64 KB的Flash、4 352字节的内部SRAM,以及众多的外设接口。VRS51L3074的高速增强型SPI接口速度为系统时钟的1/2,而且具有多字节传送、手动片选和输出下载脉冲的功能。这几个功能对于直接利用SPI接口读取串行Flash中的显示数据,同时向LED显示屏传送至关重要。FRAM技术是Ramtron公司融合RAM和ROM的特性,开发出的具有RAM的读写速度、又能掉电保持的存储器件。FRAM系列存储芯片具有写数据无延时,抗干扰能力强,在3.3V 环境下FRAM读写次数没有限制,数据保存时间可达10~45年等众多优点。FRAM产品提供了多种接口(如I2C、SPI、并行接口),多种容量 (4Kb、16 Kb、64 Kb、256 Kb、1 Mb等),多种电压级别的产品。FM25L256B是32K×8位、具有SPI接口的FRAM。由于SPI总线为四线制,具有SPI接口的FRAM构成双端口RAM时,数据线和控制线的切换非常方便,所以使用FRAM成为构成大容量双端口RAM的最佳选择。

1 LED显示屏控制系统对串行FRAM的要求

  首先,对VRS51L3074控制的3个FRAM组成的数据处理系统与FRAM的连接关系进行分析。图1(a)为VRS51L3074和3个FRAM组成的数据处理系统。当进行显示数据处理时SPI总线为标准连接形式,即所有SPI接口芯片的SI、SO、SCK分别连接在一起;只有片选线分别与 VRS51L3074连接,对每一个存储器的数据分别进行读写操作。而数据显示时只需同步给定3个串行存储器相同的起始地址,然后在SCK脉冲的作用下由串行FRAM存储器的SO脚送入74HCl64,经串并转换后直接输出到LED显示屏。由于显示数据直接由74HCl64旁路“DMA”至LED显示屏,因此作为数据显示控制的VRS51L3074不需要处理串行存储器的输出数据,也就是说对3个串行存储器只需要进行开环控制。具体电路框图如图1(b)所示。

 


2 双端口RAM模块及LED显示屏控制系统

  图2所示的串行双端口RAM模块是根据图1中数据处理和数据显示SPI的连接关系,外加总线开关74HC245构成的。SPI接口的FRAM时钟信号 SCK和数据输入端SI共用,而由于驱动LED显示屏时3个片选信号要同时有效,数据输出SO端(如图1(b)所示,分别接3片74HCl64的输入端) 也需要独立控制,故需要由74HC245总线开关实现在端口A、B间切换的控制信号为8个(SI,1个;SCK,1个;CS,3个;SO,3个),使用2 片8总线数据开关74HC245就足够了。

 


  图3为由2个串行双端口RAM模块构成的LED显示屏控制系统。工作时数据处理单片机与数据显示单片机通过2条控制线进行同步工作,其中数据处理单片机为主机,数据显示单片机为从机。在实际应用中,可通过增加串行双端口RAM模块的数量,或增加74HCl64的级数来增加LED显示屏的高度。LED显示屏水平方向的长度只与数据显示单片机以及串行FRAM的SPI时钟频率有关,在SPI时钟频率为20 MHz时,水平方向的长度可达2 048点。在双向驱动模式下,LED显示屏的高度由串行双端口RAM模块的数量确定。水平方向的长度在40 MHz时无灰度可达4 096点,在8级灰度情况下可达512点;而垂直方向3片FRAM经74HCl64串并转换后的3字节(共24位),双色点数=24÷2x16=192 点,单色点数=24×16=384点。

 


  FM25L256B串行FRAM的读写与串行Flash基本一致。最大的特点是写一个字节后不需要像串行Flash那样查询写操作是否完成,而是像顺序读操作一样连续写;既不需要先擦除再写入,也没有读写次数的限制,完全可像RAM一样使用。VRS51L3074的SPI接口速度为系统时钟的1/2,一般 51单片机的SPI接口速度都是系统时钟的1/4(没有下载脉冲),因此VRS51L3074的SPI接口的某些特性在LED显示屏控制系统中有极为重要的作用。同样,串行FRAM和VRS51L3074共同构成的双端口RAM控制系统,可利用VRS51L3074的SPI接口非常方便地完成多字节读写。

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