基于FPGA的數字存儲示波器的顯示技術

　　1 引言

　　由于液晶顯示器(LCD)功耗低，體積小，超薄，重量輕，而且車身沒有畫面幾何圖形的失真及收斂性誤差，也就投有了傳統顯示器中心和邊角出現色差和失真的問題，因而得到廣泛的運用。現場可編程門陣列(FP—GA)芯片具有高密度、小型化、低功耗和設計靈括方便等優點，可以縮短研發周期，提高工作效率，因而在數字電路設計中得到了廣泛的應用。作為人機交互的LCD在數字存儲示波器中有著重要的位置。在以往的設計中多采用液晶顯示專用芯片去驅動LCD．宴踐中發現它不但占用CPU資源，而且它與LCD數據接口之間存在干擾。為了解決這些問題．本文提出了．一種新的顯示技術。

　　2 總體設計方案

　　由于數字存儲示渡器對顯示的實時性和刷新率都要求較高，而且它顯示的大多是一些簡單的圖形和波形，因而直接用FPGA產生LCD所需的顯示控制時序。存放顯示數據的SRAM地址也直接由FPGA地址計數器產生。其顯示系統總體框圖如圖1所示。

　　在圖1中，A／U采集的數據經DSP處理，轉換為LCD可以顯示的點陣數據后再存儲到RAM中}兩片顯示存儲器RAMl和RAM2交替讀取RAM中的數據，最后送到I。CD上顯示。在FPC-A中設計了LCD顯示時鐘電路模塊和顯示數據傳輸電路模塊。顯示時鐘電路產生LCD顯示所需的各種時序；顯示數據傳輸電路設計兩路數據傳輸通道，RAM中的數據通過數據傳輸通道送到RAM1或RAM2中，再由LCD讀取RAMl或RAM2中的數據顯示。

　　對LCD及顯示存儲RAM的控制都由FPGA完成。

　　3 數據通道控制及實現

　　數據通道對存儲RAM的讀／寫操作進行控制，保證數據正確地從RAM傳送到RAMl或RAM2中，并能在LCD上正確地顯示。圖2為數據通道的外部接口信號。

　　圖2中，CLK為系統時鐘,Vs為DSP提供的時鐘；RAM—RWS[2：0]、RAM1一RWS[2 : 0]和RAM2一RWS[2：0]分別為RAM、RAMl和RAM2的讀／寫及片選信號；RAM—data[7：0]、RAMl一data[7：0]和RAM2一data[7 :0]分別為RAM、RAMl和RAM2的數據總線RAM—A[1 7：o]、RAMl一A[15：03和RAM2一All5：03為數據總線。由于采用了兩片RAM作為顯示存儲器，它們可依次向液晶提供顯示數據，這樣，對每片顯示RAM的讀操作和寫操作分開，避免了因為數據的改寫而導致顯示的小穩定。圖3為顯示RAM的工作時序圖，圖中Views為Vs反相后經二分頻得到。

圖3顯示RAM工作時序

　　圈4顯示RAM的地址總線選擇電路原理圈數字存儲示渡器的顯示包括兩部分：一部分是界面顯示，包括菜單和光標的顯示等；另一部分是波形顯示。

　　波形是隨時在更新，而菜單只有在按鍵操作的情況下才會改變，更新的次數很少。所以采用了分頁顯示技術，即將顯示存儲空問分成兩個區間：一個區間用來存儲菜單、光標等不常刷新的數據；另一個區間用來存儲波形數據。每個區間都是一屏顯示所需的空間。LCD顯示時將兩個存儲區間里對應地址的數據通過FPGA內建電路相“或”以后再送LCD箍示。這樣在軟件處理時節省了重復刷屏的時間，同時簡化了軟件的編寫。

4 顯示時序電路設計

　　彩色液晶顯示器(采用NANYA公司的LCBFBLB61V4)有3根控制信號：CP、LOAD和FRM信號。其中，CP為移位脈沖信號，每來一個移位脈沖信號，LCD就從數據線上讀取顯示數據。LOAD為行裝載信號，當LeD讀取一行數據后，會產生一個LOAD信號，將數據鎖存起來。FP,M為場同步信號．每顯示一屏數據就會產生一個FRM信號。彩色液晶的每個像素點的顯示狀態由3位數據的邏輯電平表示，因此顯示一行需320×3／8=120個cP時鐘，而3根信號線之間的關系為：LOAD的頻率是cP的120分頻，FRM的頻率是LOAD的240分頻。I．CD要求的顯示控制時序如圖5所示。

　　圖5中各顯示控制信號在FPGA中通過分頻器實現：100 MHz系統時鐘32分頻得到3．125 MHz的移位圖4為顯示RAM的地址總線選擇電路原理圖。圖中A1[15：0]為LCD顯示RAM的讀地址，A2[15：0]為顯示RAM的寫地址，它們分別由硬件時鐘產生的地址計數器的輸出線。Views為多路選擇器的選擇信號，其工作原理為：當Vs為低電平時，DSP占用RAM總線，RAM的地址總線由DSP的地址總線產生，DSP把處理后的數據送到RAM中；當Vs為高電平時RAM自動執行讀操作，其讀地址在FPGA中由硬件時鐘地址計數器產生，即自動把RAM中的數據送到RAMl或RAM2中；當Views為高電平時，RAM中的數據送到RAMl中，此時RAM2中的數據送到LCD中擊顯示,當VJews為低電平對，RAM中的數據送虱RAM2中，此時RAMl中的數據送到LCD中去顯示。當然在FPGA設計中還應包括存儲器的讀／寫、片選電路和地址譯碼電路等，這里不再詳述。

　　脈沖信號CP，再將CP信號120分頻得到行裝載信號LOAD．最后將LOAD進行240分頻得場同步信號FRM。

　　5 結束語

　　本文所介紹的示波器顯示技術已成功地運用于100 MHz數字存儲示波器中。該設計能高效、可靠地實現數據的傳輸及波形的重現，提高了系統的抗干擾能力，降低了成本；并且該結構具有很好的可移植性，只須做很少的改動就可應用于不同的系統中。