基于DSP的數字存儲示波器顯示控制系統的設計
加入技術交流群
目前，數字存儲示波器的顯示器主要采用LCD(液晶顯示)和CRT來完成。LCD顯示器價格高，一般用于高檔的數字存儲示波器中。在許多場合，對顯示并沒有很高的要求，故在中低檔示波器中，CRT顯示器仍占主流。CRT顯示器又分為兩類：隨機掃描式和光柵掃描式。前者的缺點在于難以生成具有多種灰度連續變化的圖形，應用面小；而后者廣泛應用在各種場合。基于此研制一種結構簡單、性能可靠、價格低廉、通用性強、應用小型光柵掃描式顯示器的DSO顯示控制板是非常必要的。本系統就是應要求開發的具有四級灰度的DSO顯示控制板。
1 系統硬件結構
數字存儲示波器顯示控制系統的硬件結構框圖如圖1所示。
整個系統可劃分為主機接口電路、數據處理電路、顯示控制電路三個部分。DSP通過主機接口取得前端控制信息及相應的采集數據，并將采集數據轉化為屏幕上的邏輯坐標。隨后，DSP根據主機要求，將相應控制信息傳送給顯示控制芯片(ACRTC)。ACRTC將邏輯坐標轉換為顯示存儲器中對應的物理地址，并對顯示存儲器進行刷新。在點時鐘的控制下，兩片74HC166分別將顯示存儲器中16位并行數據的偶數位和奇數位轉換為串行點數據。兩組對應移出的點數據構成一個像素的視頻數字信號,再進行D/A轉換，就形成具有四級灰度的視頻信號；這樣在ACRTC提供的行、場同步及消隱信號的配合下，就可控制顯示器進行顯示。
2 主要功能模塊的設計
2.1 主機接口電路
主機接口主要由DSP自身的主機接口及多處理器信號端共同構成。
TMS320VC5409的主機接口為標準型主機接口(HPI-8)，其主要電路由HPI存儲器(DARAM)、HPI地址寄存器(HPIA)、HPI數據鎖存器(HPID)、HPI控制寄存器(HPIC)及HPI控制邏輯構成。在TMS320VC5409與主機連接時，HPI作為主機的一個外部設備。
HPI-8提供8位數據寬度，在接收主機數據時，HPI-8能自動地將外部接口傳送的8位數據組合成16位數據，然后傳送給DSP。在該系統中，HPI-8占用8個主機外設地址。通過選擇不同的低三位地址可對HPI-8的不同寄存器進行訪問。
多處理器信號XF用于避免主機和DSP對HPI-8訪問時可能產生的時間上的沖突――在DSP完整讀取一組數據之前，主機已將其中某些數據進行了修改，這樣DSP獲得的是一組錯誤的序列。
多處理器信號BIO用于配合DSP指令XC(該指令可根據BIO電平的高低改變程序的流向)判斷該次傳輸的是數據幀還是指令幀，并進入相應的處理程序。
同時，主機和DSP之間還可以通過主機接口相互發送中斷請求，而不需要添加任何外部電路，只需修改HPIC中相應的狀態位便可實現。
2.2 數據處理電路
這里，核心器件使用TI公司的高性能DSP――TMS320VC5409-100。TMS320VC5409定點數字信號處理芯片采用六級流水線和一套專用的指令集，最高處理能力可達100MIPS，其功耗低、性價比高。TMS320VC5409片內只有32K雙尋址RAM和16K ROM，無法滿足系統需求，故外擴了一片256K16bit容量的SST39VF400，配置相應空間用于存儲程序、菜單和字模。由于采用了DSP作微處理器，因而容易實現數字存儲示波器軟件功能的升級，以不斷滿足市場對示波器數據處理能力的要求。
2.3 顯示控制電路
顯示控制部分包括顯示控制芯片HD63484、顯示存儲器、并/串轉換電路和D/A電路等。
顯示控制芯片采用HITACHI公司的HD63484-P8。這是一款典型的第二代通用型高級顯示控制芯片，具有以下特征：
豐富的畫圖命令，包括畫點、直線、折線、矩形、多邊形、圓/弧以及區域填充等。
可控制的顯示存儲器最大可達2M字節，字符RAM最大可達128K字節。
畫圖速度快，畫圖命令可直接使用X-Y坐標，與存儲器物理地址的對應關系由硬件自動計算完成。
內有1616像素圖案RAM，在指定點畫圖符或者寫漢字均非常方便。
顯示屏幕可分為上、中、下三個顯示分區和一個窗口，其位置和大小可以任意設定，還可以實現水平和垂直方向的平滑滾動。
圖形允許水平或垂直方向放大1～16倍。
HD63484作為標準的外部設備與MPU連接，占用兩個MPC的I/O空間。HD63484不具備指令存儲器，僅有一個很小的指令緩沖區(16字FIFO，8字讀，8字寫)，因而不能對其進行獨立的編程控制，必須由其它芯片完成。高速的DSP可完成這一工作。DSP接收主機數據，根據需要控制HD63484進行所需的顯示控制工作。因此，對HD63484的控制實際上也就變為了對DSP的編程。DSP是通過發送命令和參數來實現對HD63484的控制(以HD63484指定的命令和參數的形式)的。
另外，考慮到DSP I/O部分的工作電壓為3.3V，而HD63484工作電壓為5V，故在它們之間接了電平轉換芯片。
顯示存儲器用于存儲經HD63484處理后的數據，用一個字的相鄰兩位構成一個像素的灰度數據，兩位共有四種組合，因而可構成四級灰度，便于波形比較。并/串轉換電路在點時鐘的控制下將顯存中的數據串行移出,經過D/A電路轉換后送往顯示器。
由于灰度較少，這里的D/A電路僅需進行兩位的D/A轉換；但同時又對速度要求較高，故需高速的DAC才能滿足要求。本系統沒有采用專用的集成器件，而是利用基本數字及模擬器件構成，避免了不必要的資源浪費，且效果良好。
3 系統軟件的設計
3.1 主機與顯示控制板通訊的協議流程
前端主機通訊流程如圖2所示，顯示控制板通訊流程如圖3所示。
3.2 幀結構及幀處理程序流程
需傳送的幀可分為兩種：數據幀、控制幀。
數據幀用來傳輸波形的采樣數據，其基本結構為：
對于控制幀類型示波器，由于其顯示要求相對簡單，只要求能夠同時顯示兩路波形及簡單的菜單，故可對其顯示內容進行分塊。每一模塊對應一自定義變量，主機只需修改相應的變量值，便可實現對顯示的控制。其基本結構為：
數據幀處理程序流程如圖4所示，控制幀處理程序流程如圖5所示。
數據幀處理程序只進行數據的接收，并不進行任何顯示控制工作。控制幀處理程序根據主機所要求的顯示方式對各個變量進行修改，并驅動HD63484實現對屏幕的刷新。
考慮到本文系統所需漢字、字符較少，這里將漢字、字符統一按圖形處理，因而將HD63484設置為圖形工作方式，簡化了結構。可以將本顯示控制系統應用于數字存儲示波器的顯示控制中，其設計思路具有一定的通用性。通過修改DSP軟件，該顯示控制板可與各種MPU或主機相連。本顯示控制系統能應用于多種場合，特別是在計算機化的測量儀器和工業控制領域，作為顯示部件,能以更直觀的方式顯示出測量結果和菜單。
評論