一种基于SPI协议的高速多通道LCD显示系统

本发明应用与多通道图像、视频显示领域，特别涉及一种基于spi协议的多通道lcd显示系统。

背景技术：

1、随着工业自动化水平的不断发展，对于多通道图像、视频显示方面的需求逐渐增加。传统的图像显示系统在面对多屏幕高清晰度（高带宽）的应用需求时会出现信号干扰、带宽瓶颈、传输速度低等问题；因此，研究和开发一种更高效、稳定的多通道图像、视频显示系统变得尤为重要。

2、对于嵌入式系统和一些特殊工业应用场景，需要更灵活、更高效更稳定的视频数据传输方案。但由于嵌入式系统常用的串口通信协议（如usart、iic、rs232）存在传输速度和传输距离的上限；且日常中常使用的图像、视频传输显示协议（如hdmi、displayport、vga等），这些接口通常适用于点对点的工作场景，而在多通道图像、视频传输领域，这些接口并不能完成多通道图像、视频传输；spi（serial peripheral interface）协议作为一种串行通信协议，具有简单、轻量、灵活等特点，且spi协议并没有明确的传输速度上限，同时spi协议可以实现一个主机多个从机的通信方式，因此非常适用于高速多通道的数据传输。

3、虽然spi协议足以解决多通道和高传输速度的问题，但由于spi协议为单端信号传输，因此其信号传输距离较短；为了远距离传输spi信号，在信号传输环节将采用差分信号，差分信号是一种电信号传输方式，它通过同时传递信号的正、负两个相对相反的电压来实现数据传输，这种传输方式对比于单端信号，可以提供更好的信号完整性、抗干扰性以及传输距离的特性；高速差分信号广泛应用于高性能数据传输领域，如高速串行通信接口、视频传输、存储系统等，在数字通信和嵌入式系统中，它是一种常见的信号传输方式，被用于提高系统的性能和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的为，针对现有图像、视频传输协议不宜应用于多通道传输以及传输距离短，传输速度低等技术不足之处，发明了一种基于spi协议与高速差分信号进行多通道图像、视频数据传输的方案。

2、作为优选的，一种基于spi（串行外设接口）协议的高速多通道lcd显示系统，包括图像数据源、spi协议通信系统、信号转换系统、接收端系统；所述图像数据源包括微处理器、图像数据存储系统、图像数据输出系统；所述spi协议通信系统包括spi控制器、spi驱动器、片选使能模块；所述信号转换系统包括差分信号转换器、高速差分信号输出接口、高速差分信号传输线；接收端系统包括单端信号转换器、lcd屏。

3、作为优选的，所述图像数据源主要由微处理器、图像数据存储系统以及图像数据输出系统组成。所述的微处理器用于协调处理图像数据存储系统和图像数据输出系统之间的数据通信以及管理图像数据存储系统的读取和写入操作，以确保图像数据有效地存储、检索和传输；所述的图像数据存储系统用于存储待显示的图像数据，存储系统采用flash内存进行存储图像数据；所述的图像数据输出系统主要负责待显示图像数据与图像显示参数控制数据的输出，图像显示参数控制数据用于调整显示的分辨率、刷新率、亮度、对比度等显示参数。

4、作为优选的，所述spi协议通信系统主要负责将图像数据源发出的待显示图像数据转换为符合spi协议的单端数字信号；所述spi控制器用于控制spi通信逻辑，spi控制器会将图像数据转换打包成spi协议规定的数据帧格式，并在数据传输过程中加入crc校验，用以确保数据的正确传输；所述spi驱动器会将控制器输出的标准spi数据帧发送至信号转换系统进行进一步的数据转换处理；所根据权利要求1所述的一种基于spi协议的高速多通道lcd显示系统，信号转换系统主要功能是将符合spi协议的单端信号转换为高速差分信号后传输至接收端系统，所述差分信号转换器采用lvds（低电压差分信号）驱动器芯片将从spi协议通信系统接收来的单端信号转换为高速差分信号；所述高速差分信号输出接口与高速差分信号传输线用于连接差分信号转换器与接收端系统的差分信号接收器，传输线将采用多组双绞线的方式编制。

5、作为优选的，所述接收端系统主要功能是将接收到的高速差分信号重新还原为符合spi协议的单端信号，单端信号转换器通过lvds接收器芯片对接收到的高速差分信号进行解码和转换，将其还原为符合spi协议的单端信号，并将数据最终传输至spi接收器，spi接收器会将解调出的数据传输至lcd显示屏，从而完成整个图像数据从数据源到显示屏的传输过程。

6、本发明的有益效果是，解决了现有图像、视频传输协议对于多通道图像、视频信号传输方面的不足；由于spi协议并没有明确的传输速度上限，因此本使用新型相较于其他串口通信协议具有较高的传输速度；采用差分信号的传输方式能有效的减小信号传输过程中的失真和干扰，因此相较于其他串口通信协议具有更远的传输距离。

技术特征：

1.一种基于spi（串行外设接口）协议的高速多通道lcd显示系统，包括图像数据源、spi协议通信系统、信号转换系统、接收端系统。其特征在于，所述图像数据源包括微处理器、图像数据存储系统、图像数据输出系统；所述spi协议通信系统包括spi控制器、spi驱动器、片选使能模块；所述信号转换系统包括差分信号转换器、高速差分信号输出接口、高速差分信号传输线；接收端系统包括单端信号转换器、lcd屏。

2.根据权利要求1所述的一种基于spi协议的高速多通道lcd显示系统，其特征在于，所述图像数据源主要由微处理器、图像数据存储系统以及图像数据输出系统组成。所述的微处理器用于协调处理图像数据存储系统和图像数据输出系统之间的数据通信以及管理图像数据存储系统的读取和写入操作，以确保图像数据有效地存储、检索和传输；所述的图像数据存储系统用于存储待显示的图像数据，存储系统采用flash内存进行存储图像数据；所述的图像数据输出系统主要负责待显示图像数据与图像显示参数控制数据的输出，图像显示参数控制数据用于调整显示的分辨率、刷新率、亮度、对比度等显示参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于spi协议的高速多通道lcd显示系统，其特征在于，所述spi协议通信系统主要负责将图像数据源发出的待显示图像数据转换为符合spi协议的单端数字信号；所述spi控制器用于控制spi通信逻辑，spi控制器会将图像数据转换打包成spi协议规定的数据帧格式，并在数据传输过程中加入crc校验，用以确保数据的正确传输；所述spi驱动器会将控制器输出的标准spi数据帧发送至信号转换系统进行进一步的数据转换处理；所述片选使能模块主要功能是控制spi驱动器向哪一路lcd显示屏发送数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于spi协议的高速多通道lcd显示系统，其特征在于，信号转换系统主要功能是将符合spi协议的单端信号转换为高速差分信号后传输至接收端系统，所述差分信号转换器采用lvds（低电压差分信号）驱动器芯片将从spi协议通信系统接收来的单端信号转换为高速差分信号；所述高速差分信号输出接口与高速差分信号传输线用于连接差分信号转换器与接收端系统的差分信号接收器，传输线将采用多组双绞线的方式编制。

5.根据权利要求1所述的一种基于spi协议的高速多通道lcd显示系统，其特征在于，所述接收端系统主要功能是将接收到的高速差分信号重新还原为符合spi协议的单端信号，单端信号转换器通过lvds接收器芯片对接收到的高速差分信号进行解码和转换，将其还原为符合spi协议的单端信号，并将数据最终传输至spi接收器，spi接收器会将解调出的数据传输至lcd显示屏，从而完成整个图像数据从数据源到显示屏的传输过程。

技术总结本发明公开了一种基于SPI协议的高速多通道LCD显示系统，包括以下步骤：图像数据源将存储的待显示图像数据输出至SPI通信系统；SPI协议通信系统将待显示图像数据转换为SPI单端信号并传输至信号转换系统；通过信号转换系统将SPI单端信号转换为高速差分信号，并将高速差分信号传输至接收端系统；接收端系统将接收到的高速差分信号，转换为符合SPI协议的单端信号。由于SPI协议并没有明确的传输速度上限，因此采用SPI协议能够大幅度提升信号传输速度。同时使用高速差分信号取代单端信号来传输SPI协议数据，可以使信号在传输的过程中具备更好的信号完整性、抗干扰性以及较远的传输距离。技术研发人员：张彤,田文琦受保护的技术使用者：桂林电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29