中國民航飛行學(xué)院廣漢分院 趙 亮中國民航飛行學(xué)院空管中心 鄧 偉

基于8080總線的拼接屏同步驅(qū)動顯示技術(shù)

中國民航飛行學(xué)院廣漢分院 趙 亮
中國民航飛行學(xué)院空管中心 鄧 偉

本文介紹了一種基于8080總線的拼接屏同步驅(qū)動顯示技術(shù)的原理和實現(xiàn)方法。該方法基于標準8080總線協(xié)議和拼接屏驅(qū)動技術(shù)的基本原理，高效利用8080總線接口與拼接屏顯示系統(tǒng)的物理連接關(guān)系，通過實時檢測、跟蹤、識別拼接屏顯示系統(tǒng)外圍的驅(qū)動信號，在拼接屏顯示系統(tǒng)內(nèi)部高效的切換命令和數(shù)據(jù)的流向，達到準確同步顯示靜態(tài)圖片和視頻信息的目的。該方法減少了傳統(tǒng)拼接屏顯示系統(tǒng)中復(fù)雜的驅(qū)動環(huán)節(jié)，大大提高了整個系統(tǒng)的驅(qū)動效率，實現(xiàn)方法簡單有效。在拼接屏顯示系統(tǒng)上的應(yīng)用結(jié)果表明，該方法具有很好的信號捕獲、數(shù)據(jù)分流和同步顯示功能。

8080總線；拼接顯示屏；數(shù)據(jù)分流；同步顯示

0 引言

近年以來中小尺寸OLED拼接顯示技術(shù)的高速發(fā)展，拼接屏驅(qū)動顯示技術(shù)呈高速發(fā)展態(tài)勢。在拼接屏顯示系統(tǒng)中，如何使單顯示屏的圖像信息與原始整幅圖像信息保持同步顯示，不僅成為該類系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，還成為影響該類系統(tǒng)顯示效果的關(guān)鍵因素之一。拼接屏顯示系統(tǒng)，是指物理上由兩個以上（含兩個）的顯示終端或者一個顯示終端包含兩套以上（含兩套）的驅(qū)動系統(tǒng)拼接而成的顯示系統(tǒng)。該類系統(tǒng)已在超大尺寸電視墻、電子廣告牌等市場領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。另外，隨著近年中小尺寸OLED拼接顯示技術(shù)的高速發(fā)展，拼接屏顯示系統(tǒng)在該領(lǐng)域內(nèi)也得到了應(yīng)用和發(fā)展。

8080總線全稱為8080并口總線協(xié)議，該協(xié)議是由Intel公司提出，因此，8080總線也稱為Intel總線。與RGB接口相比，8080接口簡單，控制方便，無需要同步時鐘和同步信號，所以在中小尺寸LCD/ OLED等顯示屏上得到了廣泛應(yīng)用。一般而言，中小尺寸LCD/OLED均支持8080接口。拼接屏顯示系統(tǒng)常見的數(shù)據(jù)接口包括：HDMI、LVDS、VGA、RGB和8080等。目前，基于HDMI、LVDS、VGA、RGB接口的拼接屏驅(qū)動顯示系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[2]，本文不做論述。相反，基于8080總線的拼接屏驅(qū)動顯示技術(shù)卻少有應(yīng)用和研究。本文基于8080總線協(xié)議和拼接屏驅(qū)動技術(shù)的基本原理，建立數(shù)字化可實現(xiàn)模型，詳述具體的實施過程，分析系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)選擇方法。本拼接屏驅(qū)動系統(tǒng)的顯示終端包含兩套驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動方法適用于具有兩套以上（含兩套）驅(qū)動系統(tǒng)的拼接屏顯示系統(tǒng)，易于實現(xiàn)，具有很好的信號捕獲和跟蹤性能，實現(xiàn)了單顯示屏圖像信號與原始圖像信號同步顯示的功能，在拼接屏驅(qū)動顯示系統(tǒng)中得到了成功應(yīng)用。

1 8080總線

1.1 8080接口

8080總線接口包含：復(fù)位信號/RST、片選控制信號/CS、數(shù)據(jù)指令控制信號DC、讀數(shù)據(jù)控制信號/RD、寫數(shù)據(jù)控制信號/WR和雙向并行數(shù)據(jù)信號DB，并行數(shù)據(jù)位數(shù)：8位、9位、16位、18位。8080接口應(yīng)用電路接口示意圖如圖1所示：

圖1 8080接口示意圖

1.2 8080時序

8080讀寫控制時序由/CS、DC、/RD、/WR和DB信號組合構(gòu)成，讀寫控制時序如圖2所示。

圖2 8080讀寫時序[3]

其中，/CS、/RD和/WR信號在低電平時有效，在高電平時釋放端口；DC為高電平的時候，DB作為數(shù)據(jù)信號傳輸，DC為低電平的時候，DB作為命令信號傳輸。

在驅(qū)動控制8080總線的過程中，首先拉低/CS信號以使能整個8080總線；然后，當，需要傳輸命令的時候，拉低DC信號，當需要傳輸數(shù)據(jù)的時候，拉高DC信號。/WR和/RD信號一起控制總線上的數(shù)據(jù)流向，當/WR為脈沖信號，/RD為高電平的情況下，數(shù)據(jù)從應(yīng)用系統(tǒng)流向顯示終端；當/WR為高電平，/RD為脈沖信號的情況下，數(shù)據(jù)從顯示終端流向應(yīng)用系統(tǒng)。在命令或者數(shù)據(jù)傳輸完成后，需要拉高/CS，以釋放整個8080總線。

2 拼接屏同步驅(qū)動實現(xiàn)方法

2.1 拼接屏顯示系統(tǒng)

本拼接屏顯示系統(tǒng)框圖如圖3所示：

圖3 拼接屏顯示系統(tǒng)框圖

本系統(tǒng)由8080接口和拼接屏同步驅(qū)動顯示端兩大部分構(gòu)成，在拼接屏同步顯示端包含多個8080分支接口。8080接口向用戶開放，用戶可以通過8080接口驅(qū)動后端所有的顯示屏。在系統(tǒng)實現(xiàn)上，本拼接屏同步驅(qū)動顯示端包括一片32位MCU（MCU最高工作頻率為80MHZ）和2片LCD（單片分辨率：160RGB×120）顯示屏兩部分，其中，MCU也可用SOC和FPGA代替實現(xiàn)。

MCU一方面完成對用戶端的信號檢測、跟蹤和識別；另一方面，完成對命令和數(shù)據(jù)的同步分流；最后，完成對后端各個顯示屏的驅(qū)動控制。

在總線互聯(lián)方式上，系統(tǒng)內(nèi)部多個8080分支接口與系統(tǒng)外圍8080接口共享同一數(shù)據(jù)總線；單片LCD除片選CS信號外，其余控制信號也均在同一總線上。很明顯，這種互聯(lián)方式，一方面，可以提高軟件系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的效率；另一方面，也可以節(jié)約大量硬件資源、減少系統(tǒng)成本。

2.2 系統(tǒng)流程簡述

本軟件系統(tǒng)首先必須實時檢測、跟蹤并識別8080總線上的命令和數(shù)據(jù)信號；然后，根據(jù)后端顯示屏的不同位置，對命令和數(shù)據(jù)信息做同步分流，并驅(qū)動各顯示屏，最終達到單屏的圖像或者視頻信息與用戶端的整幅圖像或者視頻信息保持同步顯示。

理論上，要跟蹤并同步頻率為fin的信號，則要求系統(tǒng)的工作頻率fsys≥2fin。實際情況下，一方面，由于系統(tǒng)晶振本身存在一定的固有誤差，也即是頻率為fin和fsys的信號本身均會存在一定誤差；另一方面，在嵌入式系統(tǒng)的某一時點，執(zhí)行的指令周期是不確定的；再一方面，在某一時點上，系統(tǒng)除同步功能外的其他功能所需的時間開銷也不是固定的。所以，要與高速視頻信號保持同步，在軟件系統(tǒng)的設(shè)計和同步方法的選擇上，都必須將以上情況考慮在內(nèi)。在一路8080總線上，如何動態(tài)檢測、跟蹤和識別總線上的視頻信號，并對信號數(shù)據(jù)做同步分流輸出，最終同步驅(qū)動后端多顯示屏，將成為本軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵點。

本拼接屏顯示系統(tǒng)的軟件流程圖如圖4所示：

圖4 軟件流程圖

2.3 實施過程

在實施過程中，通過對8080時序特征的分析和總結(jié)，本系統(tǒng)采用端口掃描的方式，利用同步狀態(tài)機，對端口信號進行動態(tài)檢測和跟蹤；采用時間輪片思想，均衡系統(tǒng)各部分的時間開銷，提高整個系統(tǒng)的工作效率；對WR信號采取特殊循環(huán)處理的方式，集中CPU處理能力，檢測和跟蹤WR信號，提高整個系統(tǒng)的同步能力。因為在8080驅(qū)動時序中，WR和RD信號的頻率fwr和frd最高，所以，如何同步WR和RD信號就又成為系統(tǒng)同步性能的關(guān)鍵點。

如果拼接屏顯示系統(tǒng)的顯示分辨率為H×V，視頻信號幀頻為fv，系統(tǒng)CPU工作的最高頻率為fcpu，那么系統(tǒng)同步檢測周期Tdet必須小于1/( H×V×fv) 才能夠與視頻信號保持同步，即：

Tdet包含機器周期數(shù)量Num為：

也即是說，在基于8080總線的拼接屏同步驅(qū)動顯示系統(tǒng)中，單同步周期包含的機器周期數(shù)量必須小于Num，系統(tǒng)才能夠與WR信號保持同步輸出。這為軟件系統(tǒng)的設(shè)計和同步方法的選取，甚至程序指令類型的選擇都提供了有力的理論支撐。單同步周期所需Num越小，系統(tǒng)的同步性能越高。

下邊就以同步WR信號為例，結(jié)合本系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)做詳細說明。

本拼接屏系統(tǒng)包含兩片LCD，單片分辨率為160RGB×120，即整個顯示分辨率為160RGB×240。在播放視頻的情況下，由于輸入視頻的幀頻fv≥25HZ，所以WRin頻率fwr_in≥160×240×25 = 960KHz，即Twr_in=1041ns。這就要求系統(tǒng)單檢測周期必須在1041ns內(nèi)，即Tdet＜1041ns，完成如下功能：讀取單行寫入數(shù)據(jù)個數(shù)，判斷是否需要切換CS分流數(shù)據(jù)；分別讀取WRin信號的高、低電平，并同步輸出WRout；每輸出一組WRout信號，便對單行寫入數(shù)據(jù)計數(shù)，并判斷是否滿行；每完成單行數(shù)據(jù)寫入后，對行周期計數(shù)，并判斷是否滿幀，如果滿幀，則切換狀態(tài)機退出數(shù)據(jù)同步功能。

系統(tǒng)CPU最高工作頻率為80M（系統(tǒng)機器周期為12.5ns），那么就要求系統(tǒng)在83個機器周期內(nèi)完成以上功能。這對軟件系統(tǒng)的設(shè)計和信號同步方法提出了很高的要求，本系統(tǒng)同步WR信號的工作流程圖如圖5所示。

圖5 同步WR工作流程圖

經(jīng)過測試和驗證，本系統(tǒng)所選的同步方法，可以與速度為2M的WR信號保持同步，大約是960K的2倍，很好的實現(xiàn)了同步播放視頻的功能。

3 拼接屏同步驅(qū)動試驗結(jié)果

在播放視頻信號的情況下，CS同步輸出波形見圖6和圖7：

圖6 CS同步輸出波形1

圖7 CS同步輸出波形2

可見，行頻fh= 1/ (2 ×64us)= 7.812KHZ，幀頻（CS頻率）fv= 1/21.2ms = 47HZ，遠遠大于視頻播放所需的25HZ幀頻的要求。

WR同步輸出波形見圖8和圖9：

圖8 WR同步輸出波形1

圖9 WR同步輸出波形2

可見，像素時鐘頻率（WRin頻率）達到2MHZ，同步輸出時鐘WRout延后WRin150ns同步輸出，很好的實現(xiàn)了對視頻信號時鐘同步輸出的功能。

以圖10作為上屏顯示意圖的原始圖像，上屏顯示圖像見圖11，其中有藍色橫線區(qū)域為單屏1，有紅色橫線區(qū)域為單屏2：

圖10 原始圖像

圖11 上屏顯示圖像

試驗結(jié)果表明，本軟件系統(tǒng)和信號同步方法準確的完成了對8080總線各種信號的檢測、跟蹤和識別，并且在后端拼接顯示屏上，高效的完成了對高速視頻數(shù)據(jù)流的同步分流，最終達到了單屏的視頻信息與用戶端的視頻信息保持同步顯示的目的。

[1]浦廷民．大屏幕顯示系統(tǒng)的應(yīng)用與分析[J]．智能建筑電氣技術(shù),2011,3．

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[3]熊文彬,蔣泉,于軍勝,蔣亞東．基于單片機的全彩OLED驅(qū)動控制電路[J]．光電子技術(shù),2010,03．

表2 語音識別測試表

從表中可以看出，LD3320語音識別正確率可達90%左右，并且音量增益與識別正確率成“∩”關(guān)系，這是因為音量增益過大或過小，會導(dǎo)致麥克風(fēng)對聲音采集過于靈敏或遲鈍，從而影響識別率。通常家具照明控制的有效范圍為1～3米，增益可設(shè)置在0x55～0x80。

5 結(jié)論

本文利用基于非特定人的語音識別芯片LD3320設(shè)計了一套智能LED照明系統(tǒng)，選用STM32F103ZET6作為主控制器，SPI作為通信接口，實現(xiàn)了語音命令智能調(diào)節(jié)LED燈的亮度功能，有效提高了家居照明智能化水平，并通過實驗證明，LD3320音量增益的大小對語音識別率的影響。本文具有潛在的研究和應(yīng)用價值。

參考文獻

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作者簡介：

羅貴舟（1990—），男，江蘇淮安人，長江大學(xué)電子信息學(xué)院碩士研究生，主要從事自動檢測與控制研究。

熊曉東（1964—），男，湖北荊門人，長江大學(xué)教授，主要從事油氣信號檢測方法與儀器研究、信號獲取與處理、自動檢測與控制、信號處理與傳輸研究。

Splicing screen synchronous driving display technology based on 8080 bus

Zhaoliang Dengwei
（Guanghan Sub College Civil Aviation Flight University of China，Guanghan，China）

This paper introduces the principle and implementation of splicing screen synchronous driving display technology based on 8080 bus.The method is based on the basic principle of standard 8080 bus protocol and splicing screen driving technology，by effciently using the 8080 bus interface and the physical connection of splicing screen display system，and detects，tracks，distinguishes the peripheral driving signal of splicing screen display system in real time，and switches the command and data fows in the system effciently，in order to accurately and synchronously display static images and video information.This method reduces the complex driving link of the traditional splicing screen display system，and greatly improves the driving effciency of the whole system.The method is simply and effciently.The application results in the splicing screen display system show that this method has a very good signal acquisition，data fow and synchronous display function.

8080 bus；splicing screen；data fow；synchronous display

趙亮（1982—），男，四川資陽人，碩士，工程師，現(xiàn)工作于中國民用航空飛行學(xué)院。