CN101969721B - 双线数据传输的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提出了一种双线数据传输的方法，包括：当时钟的激励信号进入数据传输装置时，所述数据传输装置开始计数，同时所述数据传输装置接收输入的数据信号，根据所述数据信号驱动LED灯进行显示控制；当所述数据传输装置计数达预定门限值时，所述数据传输装置将输入的时钟信号与数据信号输出。本发明的实施例另一方面还提出了一种双线数据传输的装置。本发明提出的上述方案，无需发送与显示数据无关的数据，相对于现有的从机串联的双线传输协议，具有更高的数据更新速度。此外，本发明提出的上述方案，实现起来简单、高效，具有很高的实用价值。

Description

双线数据传输的方法及装置

技术领域

本发明涉及数字通信领域，具体而言，本发明涉及双线数据传输的方法及装置。

背景技术

为了使LED等显示应用材料显示出不同的亮度，得到丰富不断变幻的色彩，需要对LED灯的显示亮度进行控制。亮度的控制，通常是通过对LED驱动装置写入数据实现的。传统的数据传输，广为人知的有如下类别：MAXIM的单线协议，DMX512单线协议，IIC双线协议，SMBUS双线协议，显示屏中使用的三线协议等。

单线协议中，数据传输仅需要一条线，节约了成本，但先天不足的是，其传输速率低，最高仅能达到800KHz，即使是业内最新开发出的具有曼彻斯特编码的单线协议，也不能达到数十兆赫兹的传输速率；显示屏中较通用的，是使用数据线，时钟线，锁存线共三条线的协议。因为显示屏像素点间距小，且箱内使用印刷电路版连线，减少数据传输线条数看来没有必要，并已成为业内标准。

对于点光源，像素点间的间距较大，一般达到20厘米以上。双线传输的优势在于用两条线传输，传输速率能达到数十兆赫兹，可以级联更多的LED。因此，在点间距较大时，双线传输是数据线条数与传输速率最好的折中结果。

上述传统的双线协议，如IIC，SMBUS等，都是采用从机并联的方式。连接方式如图1所示。主机发送时钟(CLOCK)和数据(DATA)，所有的从机都挂在这两条线上。这是采用共享寻址的方式。每个从机对应固定的地址，每次发送的数据都与地址有一一对应的关系。这样，在应用中，如果某一个从机损耗，并且不影响到主机发送数据的情况下，其余从机都不会受到影响。但是这种方法有如下缺点：1、需要给每一个从机设定不同的地址(ID)，并且需要在掉电后地址仍然能够保存，这就需要如EPROM等非挥发存储介质。另外在更换从机时，需要重新设定地址，增加了制造成本和维护成本；2、因为在显示应用中，从机的数量较多，譬如512个，负载的寄生电阻和电容较大，这样需要主机用于发送时钟和数据的两条线有足够的驱动能力，当然，在线上合适位置，增加驱动能力强的驱动器件，可以将线的级联做的更好，但是这样也增加了***失效几率。

现在显示领域，双线传输更多的采用从机串联的方式。如图2所示的连接方式。这种方式是利用从机串联的固有顺序关系，并通过一个数据截取信号指示来截取数据，存储到从机中，用以控制显示材料的亮度。这种方式的优点如下：1、能够将级联数据整形，下级从机可以接收到比较理想的信号，这样，理论上可以级联数量仅仅取决于显示的刷新频率；2、协议控制可以比较简单，降低了***设计的成本；3、因为没有总线连接，所以用线较省。

在现有的从机串联双线传输协议中，例如，采用的是假分配地址方式，需要预先知道每个灯条中从机的个数，作为主机发送数据时的依据，增加了***调试的成本。另外一种需要每个从机的数据第一位必须为固定态的双线协议，每个从机除了接收到所需数据外，还需要额外的指示位。

具体而言，采用假分配地址方式的输入数据如图3所示，从机上电后，从机等待主机发送过来的开头码，开头码中包含从机的个数。从机接收到开头码之后，存储下来，并且每经过一个从机数据量后，从机中存储下来的开头码从机个数减1，并且在转发接收到的开头码时，传输出去的是接收到的开头码从机个数减1的开头码。这样，开头码传输下去，当开头码传送到最后一个从机后，所有从机内部的从机个数计数器都计到了固定量，譬如说全0。这时候所有从机锁存数据。并且，等待开头码的出现，接收下一次数据。这种双线方式，需要预先知道每个灯条中从机的个数，并且作为主机发送数据时的依据，增加了***调试的成本。并有繁琐的开头码，如包含从机个数、指令等，增加了无效数据。

另外一种传输协议的输入数据如图4所示，slaver表示从机，譬如每个从机所需要的数据位N位，那么根据该协议，需要发送N+1个时钟，其中多出来的1个时钟，是在每次发送该从机数据之前，需要发送一个标识数据1。这样，它可以将N+1个数据0作为开头码。当接收到N+1个数据0之后，从机做好接受数据的准备。当再接收到一个标识数据1，认为后续的数据即为该从机所需要的数据，接收N+1个时钟的数据后，该从机将数据线打开，这样后续的数据会传到下一级从机中。这种方式，每个从机除了接收到所需数据外，还需要额外的指示位，增加了数据传输的数量，会降低数据刷新率。

现有的双线传输方法中，都需要发送与显示数据无关的数据。因此有必要提出一种有效的技术方案，实现高效的显示数据双线传输。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是通过在不影响数据刷新率的前提下，数据传输装置截取有用的数据进行显示控制，无需发送与显示数据无关的数据，相对于现有的从机串联的双线传输协议，具有更高的数据更新速度。

为了达到上述目的，本发明的实施例一方面提出了一种双线数据传输的方法，包括以下步骤：

当时钟的激励信号进入数据传输装置时，所述数据传输装置开始计数，同时所述数据传输装置接收输入的数据信号，根据所述数据信号驱动LED灯进行显示控制；

当所述数据传输装置计数达预定门限值时，所述数据传输装置将输入的时钟信号与数据信号输出。

本发明的实施例另一方面还提出了一种双线数据传输的装置，包括接收模块、计数模块以及驱动模块，

所述接收模块，用于接收输入的时钟信号和数据信号；

所述计数模块，用于当时钟的激励信号进入所述接收模块时开始计数，且所述驱动模块根据所述数据信号驱动LED灯进行显示控制；

当所述计数模块计数达预定门限值时，所述接收模块将输入的时钟信号与数据信号输出。

本发明提出的上述方案，是通过在不影响数据刷新率的前提下，数据传输装置截取有用的数据进行显示控制，无需发送与显示数据无关的数据，相对于现有的从机串联的双线传输协议，具有更高的数据更新速度。此外，本发明提出的上述方案，实现起来简单、高效，具有很高的实用价值。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为传统双线采用从机并联方式示意图；

图2为双线传输采用从机串联方式示意图；

图3为开头码中包含从机个数输入数据的示意图；

图4为需要在每个数据间加入标识数据1的示意图；

图5为从机截取属于自己的数据和时钟的示意图；

图6为本发明实施例双线数据传输的方法流程图；

图7为本发明实施例双线数据传输的装置的结构示意图；

图8为本发明实施例电路原理示意图；

图9为主机发送的时钟和数据信号的波形示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提供了避免发送与显示数据无关的数据的双线数据传输的方法和装置。其发明本质如下：时钟线上维持固定的电平一段时间后，则认为紧接的数据作为该从机应该接收的数据。每个从机在接受数据的过程中，将时钟截取下来，这样后一级从机的时钟线仍然维持为固定电平。该从机接受完数据后，将后续的时钟输出，作为后一级从机的时钟。这样，从机所接收到的都是有效数据。从机截取属于自己的数据和时钟的示意图如图5所示。

为了现实本发明之目的，本发明提出了一种双线数据传输的方法，包括以下步骤：当时钟的激励信号进入数据传输装置时，所述数据传输装置开始计数，同时所述数据传输装置接收输入的数据信号，根据所述数据信号驱动LED灯进行显示控制；当所述数据传输装置计数达预定门限值时，所述数据传输装置将输入的时钟信号与数据信号输出。

在本发明后续的实施例中，数据传输装置即从机设备，也简称从机。

具体而言，图6为本发明实施例双线数据传输的方法流程图。

从机上电后，都等待数据的来临，并且关闭时钟输出。

具体而言，时钟的激励信号包括：时钟信号维持固定电平的时间为预定门限值Tset之后的突变时钟沿。下面以时钟信号维持固定的低电平为例说明本发明，此时，时钟的激励信号具体为时钟信号维持固定的低电平后时钟线上有一个上升沿来临。显然，时钟信号维持固定的高电平之后的下降沿为时钟激励信号对本发明同样适用。

每当从机的时钟线上有一个上升沿来临时，就意味了该从机开始接收数据。

当从机开始计数之后，时钟信号维持固定电平的时间超过预定门限值Tset时，从机将输入的时钟信号与数据信号停止输出。即如果从机的时钟的上升沿来临后，维持了一个固定电平，当超过了一个预设的时间Tset，那么从机就又认为需要重新等待数据。

当从机等到时钟的第一个上升沿后，从机内部计数器开始计数，若未得到该从机所需的完整数据前，从机的输出时钟线和数据线保持固定的电平，即关闭输出；如果得到该从机所需的完整数据后，再打开该从机的输出，以供下一个从机使用。

其后，从机利用数据信号驱动LED灯进行显示控制，包括：

将数据信号的串行数据转换为并行数据，并行数据通过LED控制端口控制LED的亮度。

具体而言，并行数据通过LED控制端口控制LED的亮度包括：

将并行数据存储于RAM单元中，其后将RAM单元中的显示数据输入PWM模块用于产生PWM信号，通过PWM信号驱动LED，也即根据数据信号指示的占空比显示。

如图7所示，为本发明实施例双线数据传输的装置的结构示意图，包括接收模块20、计数模块10以及驱动模块30。

具体而言，各个模块之间配合工作如下：

接收模块20，用于接收输入的时钟信号和数据信号。

计数模块10，用于当时钟的激励信号进入接收模块20时开始计数，且驱动模块30根据数据信号驱动LED灯进行显示控制。

当计数模块10计数达预定门限值时，接收模块20将输入的时钟信号与数据信号输出。

其中，时钟的激励信号包括：

时钟信号维持固定电平的时间为预定门限值Tset之后的突变时钟沿。

具体而言，时钟的激励信号包括：时钟信号维持固定电平的时间为预定门限值Tset之后的突变时钟沿。下面以时钟信号维持固定的低电平为例说明本发明，此时，时钟的激励信号具体为时钟信号维持固定的低电平后时钟线上有一个上升沿来临。显然，时钟信号维持固定的高电平之后的下降沿为时钟激励信号对本发明同样适用。

其中，当计数模块10开始计数之后，时钟信号维持固定电平的时间超过预定门限值Tset时，接收模块20将输入的时钟信号与数据信号停止输出。

即如果接收模块20的时钟的上升沿来临后，维持了一个固定电平，当超过了一个预设的时间Tset，那么接收模块20就又认为需要重新等待数据。

其中，根据数据信号驱动LED灯进行显示控制包括：

驱动模块30将数据信号的串行数据转换为并行数据，驱动模块30利用并行数据通过LED控制端口控制LED的亮度。

其中，并行数据通过LED控制端口控制LED的亮度包括：

并行数据存储于RAM单元中，将RAM单元中的显示数据输入PWM模块用于产生PWM信号，通过PWM信号驱动LED根据数据信号指示的占空比显示。

为了便于理解本发明，下面结合具体的应用场景，结合具体的实现电路，对本发明上述公开的方法或装置作进一步说明。

例如，以一个灯条有512个从机为例，每个从机驱动RGB三个LED灯，每个灯的数据位数为8位。

图8为本发明实施例电路原理示意图。

串并转换器是用于将数据线上的串行数据转换为并行数据，供LED控制端口控制LED的亮度。驱动和开关模块用于关闭或者开启时钟线输出，并且增强驱动，使得下一级从机接收到更理想的信号。计数器1是用于对接收到的数据进行计数，本实施例中，当数据计到24位时，将时钟线输出到下一级。振荡器是从机内部产生的，可以产生周期不是十分精确的方波。计数器2是当时钟线上维持固定电平后，对振荡器的频率进行计数，如果通过计数知道时钟线上维持固定电平的时间超过了预设值Tset，那么就让从机准备下一次接收数据，并且关闭时钟输出。RAM单元是存储显示数据，计数器3和PWM模块是用于产生PWM信号，用于驱动LED灯按照数据所示的占空比亮灭，得到数据所表征的亮度。具体而言，RAM单元用于存储灰度数据，计数器3为周期固定的计数器。PWM模块根据RAM单元存储的灰度数据和计数器3的计数值，输出与灰度数据相关联的占空比。例如，PWM模块可以为数字比较器，用来比较RAM单元存储的灰度数据与计数器3的值，如果灰度数据大于计数器3的输出，PWM模块的输出就为1，使LED灯亮起，否则关闭LED灯。此外，PWM模块也可以为以灰度数据为起点的递减装置，同样可以实现灰度数据所表征的亮度。

图9是主机发送的时钟和数据信号的波形示意图，也就是数据传输装置或从机的输入信号。在每一帧时钟间隔内，需要维持时钟为固定的低电平时间达到预设值Tset。

主机在发送数据时，每一帧的数据有8*3*512＝12288个数据。即每一帧需要发送12288个时钟。在每一帧之间，时钟线需要维持固定电平，高电平或低电平达到Tset的时间。

上电后，所有从机做好了接收数据的准备，并且关闭时钟输出。主机发送时钟和数据，第一个从机开始接收数据和时钟，此时该从机的时钟输出为固定电平，譬如为固定低电平。此时，其余的从机的时钟输入为固定的电平，即不会接受数据。当第一个从机接收完8*3＝24个数据之后，将该从机的时钟输出打开，第二个从机开始接收数据。当第二个从机接收完8*3＝24个数据之后，将该从机的时钟输出打开，第三个从机开始接收数据。如此往复，直到所有从机接收完数据。

主机发送完12288个数据和时钟之后，将时钟线维持一段时间的固定电平，这段时间应该大于Tset。

然后依此发送下一帧数据。

本发明提出的上述方案，是通过在不影响数据刷新率的前提下，数据传输装置截取有用的数据进行显示控制，无需发送与显示数据无关的数据，相对于现有的从机串联的双线传输协议，具有更高的数据更新速度。此外，本发明提出的上述方案，实现起来简单、高效，具有很高的实用价值。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种双线数据传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：

当时钟的激励信号进入数据传输装置时，所述数据传输装置开始计数，同时所述数据传输装置接收输入的数据信号，根据所述数据信号驱动LED灯进行显示控制；

当所述数据传输装置计数达预定门限值时，所述数据传输装置将输入的时钟信号与数据信号输出；

其中，所述时钟的激励信号包括：时钟信号维持固定电平的时间为预定门限值Tset之后的突变时钟沿；当所述数据传输装置开始计数之后，所述时钟信号维持固定电平的时间超过所述预定门限值Tset时，所述数据传输装置将输入的时钟信号与数据信号停止输出。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述数据信号驱动LED灯进行显示控制包括：

将所述数据信号的串行数据转换为并行数据，所述并行数据通过LED控制端口控制LED的亮度。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述并行数据通过LED控制端口控制LED的亮度包括：

所述并行数据存储于RAM单元中，将所述RAM单元中的显示数据输入PWM模块用于产生PWM信号，通过所述PWM信号驱动LED根据所述数据信号指示的占空比显示。

4.一种双线数据传输的装置，其特征在于，包括接收模块、计数模块以及驱动模块，

所述接收模块，用于接收输入的时钟信号和数据信号；

所述计数模块，用于当时钟的激励信号进入所述接收模块时开始计数，且所述驱动模块根据所述数据信号驱动LED灯进行显示控制；

当所述计数模块计数达预定门限值时，所述接收模块将输入的时钟信号与数据信号输出；

其中，所述时钟的激励信号包括：时钟信号维持固定电平的时间为预 定门限值Tset之后的突变时钟沿；当所述计数模块开始计数之后，所述时钟信号维持固定电平的时间超过所述预定门限值Tset时，所述接收模块将输入的时钟信号与数据信号停止输出。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，根据所述数据信号驱动LED灯进行显示控制包括：

所述驱动模块将所述数据信号的串行数据转换为并行数据，所述驱动模块利用所述并行数据通过LED控制端口控制LED的亮度。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述并行数据通过LED控制端口控制LED的亮度包括：

所述并行数据存储于RAM单元中，将所述RAM单元中的显示数据输入PWM模块用于产生PWM信号，通过所述PWM信号驱动LED根据所述数据信号指示的占空比显示。 

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