LED顯示屏高速數(shù)據(jù)通訊接口設計

1、LED顯示屏高速數(shù)據(jù)通訊接口設計 摘要：本文闡述了利用CYPRESS公司EZ-USB FX2系列USB2.0集成芯片CY7C68013的高速Slave FIFO通用外部接口來實現(xiàn)PC機和LED點陣顯示屏間數(shù)據(jù)通訊的設計方案，給出了其接口電路的硬件原理及底層軟件的設計過程。 關鍵詞：USB2.0；CY7C68013;FIFO;LED顯示 引言顯示屏具有亮度高，故障低、能耗少、使用壽命長、顯示內容多樣、顯示方式豐富等優(yōu)點，可廣泛用于公路、金融、證券、車站、碼頭、體育場館等公共場合，其顯示數(shù)據(jù)通常來自上位機，這就要求有一個高速通道來傳輸大量的顯示數(shù)據(jù)，接口無疑是一個很好的解決方案。由總線提供電源，傳

2、輸時具有檢錯、糾錯能力，能實現(xiàn)真正的實時熱插拔，并支持多個外設連接到同一個連接器上，從而緩解系統(tǒng)資源沖突，這些突出的優(yōu)點使得在機外部設備上得到了廣泛的應用, 傳輸速度高達，是的倍,并向下兼容。這樣就使得快速大量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)靡詫崿F(xiàn)。在此強調一下兩個下文將要用到的概念：端點和端點。此處的、都是相對于上位機而言，端點指用來接收上位機數(shù)據(jù)的端點，端點則是往機發(fā)送數(shù)據(jù)的端點。簡述帶高速 通用外部接口的是公司推出的集成微處理芯片，片上集成了收發(fā)器（）、增強型單片機（其指令系統(tǒng)與普通單片機完全兼容）及程序存儲區(qū)? 共有個支持高速傳輸?shù)摹按蟆倍它c（個端點和個端點）和片內?該 可配置為個“大”端點的，其中個“大

3、”端點可以配置為雙、三、四緩沖區(qū)（），一個“大”端點最大可配置為 ，更重要的是?該芯片提供了兩個用于實現(xiàn)高速傳輸?shù)目删幊掏獠吭O備接口以及 和，這個通用外部接口可通過與個“大”端點協(xié)調工作來實現(xiàn)的高速傳輸，本文只討論 可編程外部設備接口的應用。有、三種封裝，其中已具備所有功能，而則在基礎上增加了更多和更多模式下的控制信號，又在基礎上增加了用于擴充數(shù)據(jù)存儲區(qū)的地址總線和數(shù)據(jù)總線。本應用就是基于可編程外部設備接口 ，大量數(shù)據(jù)傳輸可直接由處理而無需擴充外部數(shù)據(jù)存儲區(qū)，在此選擇最經濟的 即可滿足設計要求， 其體系結構如圖所示。 簡介 雖然可以用內置增強型單片機直接處理數(shù)據(jù)，但這樣會受到單片機速度的限制而

4、無法實現(xiàn)的高速傳輸。通常為了解決這一矛盾，可使的片上增強型單片機僅用于輔助處理設備請求和設備列舉以及協(xié)調內部“大”端點和外部數(shù)據(jù)處理設備（如 ，? ，等）的工作，這樣數(shù)據(jù)流就可繞過慢速的單片機而直接從“大”端點進入快速外部主設備或從外部主設備進入“大”端點，以實現(xiàn)高速傳輸。由于“大”端點的讀寫是受外部數(shù)據(jù)處理設備控制的，所以這些稱為 ，上述這種實現(xiàn)高速傳輸?shù)哪Ｊ椒Q為 模式。 固件程序設計為方便應用開發(fā)， 公司為所屬的 系列提供了免費下載的 環(huán)境下的固件庫，以及編寫的固件構架程序和一些典型應用的范例程序，這使得開發(fā)者只需理解數(shù)據(jù)傳輸原理，而不用鉆入艱深的底層協(xié)議就可完成開發(fā)，從而大大縮短開發(fā)時間

5、，以便把更多的精力放在外部接口設計上。 下面僅就固件程序設計進行論述，整個固件應用程序通常包含個程序文件：設備描述符表文件，該文件詳細記錄了外圍設備的相關信息，這里需要注意的是設備描述符和端點描述符。設備描述符給出了的一般信息，其中 碼十分重要，上位機根據(jù)這個碼值才能正確加載應用設備驅動程序。至于端點描述符，每個端點都有，上位機根據(jù)端點描述符的內容來決定每個端點的帶寬要求。本設計用個“大”端點來接收上位機的顯示數(shù)據(jù)；另用一個“小”端點來處理上位機和通訊接口間開發(fā)者自定義的通訊協(xié)議，以使上位機可以在需要的時候查詢已被傳送的顯示數(shù)據(jù)的接收狀況，從而進一步保證顯示數(shù)據(jù)的有序傳輸。固件構架程序。該固件

6、構架程序主要用于實現(xiàn)設備列舉的諸多控制傳輸和總線協(xié)議的相關工作，完成了與外部兼容設備所需的基本功能。該程序的核心函數(shù) ? 稱作設備請求剖析器，用于處理上位機發(fā)送的標準設備請求以實現(xiàn)設置命令。 開發(fā)者在相關范例應用程序的基礎上通過修改或增加一些應用程序段而形成的面向實際的應用程序。本應用中主要修改了 的操作方式以使 接收數(shù)據(jù)的速度能夠達到最大值，所采用的設置方法如下：通過寄存器可將設置為端點。當需要首先考慮數(shù)據(jù)準確性時，可將該端點傳輸模式設置為批量傳輸，其最大包長為字節(jié)，緩沖區(qū)（）。而當需要傳輸視頻數(shù)據(jù)時，可將該端點的傳輸模式設置為同步傳輸，最大包長字節(jié)，雙緩沖區(qū)（）。通過寄存器設置下面的內容：

7、將“大”端點設置為位操作模式（一次可以操作個字節(jié)）以與 位寬度總線匹配； 再設置該端點為模式，這樣來自上位機的數(shù)據(jù)就可以不通過上的單片機，而是自動地填充相應的“大”端點。通過寄存器設置這樣的工作模式：用產生 時鐘，將該時鐘作為片上與外部主設備的工作時鐘；數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送設置為同步讀寫方式，這樣在每個 時鐘的上升沿就可以讀寫個字節(jié)，從而使數(shù)據(jù)讀寫速度可以達到 。本設計只使用了這個“大”端點，而且 已將其配置為操作模式。因此，可繞過片上而自動將數(shù)據(jù)接收到的-中。需要增加的程序段是片內單片機根據(jù)上位機查詢回應當前數(shù)據(jù)接收狀況，這個程序段和普通的單片機串口通訊程序類似，不同的只是原來的串行口中斷被 和

8、 這兩個中斷所替換，當 端點收到上位機發(fā)來的數(shù)據(jù)時，將產生 中斷來處理接收到的數(shù)據(jù)；同樣當片內欲發(fā)往上位機的數(shù)據(jù)已通過 發(fā)送完畢時，也會產生 中斷以使片內可以在該端點放入新的發(fā)送數(shù)據(jù)。硬件設計圖所示是與 的連接圖，除將作為輸入時鐘外，其它信號均在-和之間互連。由于片內很小，本系統(tǒng)還使用了一片的高速靜態(tài)（型號為，讀寫周期為）作為數(shù)據(jù)暫存器。與、的硬件連接見圖。從收到的來自上位機數(shù)據(jù)最終將被遠端安裝在顯示屏屏體內的顯示控制部件中，當被填入預定數(shù)量的顯示數(shù)據(jù)時，會從中連續(xù)取出數(shù)據(jù)并送到與連接的位數(shù)據(jù)輸出端口，收到位數(shù)據(jù)后，其內部會自動按照規(guī)范對該數(shù)據(jù)進行?轉換位數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)碼為位數(shù)據(jù)碼?重新編碼，然后將

9、碼送擾頻器，再經片內整形后輸出給以太網變壓器，以驅動五類雙絞線并將數(shù)據(jù)傳給遠端顯示控制部件。軟件設計本系統(tǒng)的外部主設備接口邏輯采用硬件描述語言，利用公司 開發(fā)平臺進行設計。軟件設計是以為核心的，主要由下面?zhèn)€并行執(zhí)行的部分組成，在此每個部分分別設計為一個進程?：進程：外部主設備同步讀寫“大”端點的時序邏輯? 并把接收到的數(shù)據(jù)存入 中。這部分只需要根據(jù) 讀寫時序進行設計， 時序圖如圖所示。這里需要引起注意的是兩個建立時間：其一是，這個建立時間是從拉低到 數(shù)據(jù)有效。其二是 ，即從信號拉低到第個同步讀時鐘上升沿的時間。這兩個建立時間應大于等于數(shù)據(jù)手冊規(guī)定的時間。由于該有 的片上，這里使用其中 的 來生成結構，這樣從 同步接收到的數(shù)據(jù)就可以直接存入片上的 -中。圖是此進程的設計流程圖。進程：用于完成將的中數(shù)據(jù)寫入 的設計。只要的中有數(shù)據(jù)，則該進程啟動，會連續(xù)地把片內中取出的數(shù)據(jù)存入片外的高速靜態(tài) （）中，這個片外的 分為兩個區(qū)，兩個區(qū)輪流接收來自片內的數(shù)據(jù)，當一個區(qū)接收完規(guī)定的顯示數(shù)據(jù)后，會置位 去啟動進程，如果片內中還有數(shù)據(jù)，則會把切換到另一個區(qū)繼續(xù)接收片內中的數(shù)據(jù)，其設計流程圖如圖所示。 進程:此進程由 信號啟動，當發(fā)送數(shù)據(jù)標志被置位時，此進程啟動。此后，開始從已完成顯示數(shù)據(jù)接收的區(qū)讀取數(shù)據(jù)并送到