基于DSP的數字存儲示波器顯示控制系統的設計

　　整個(gè)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(gè)部分。DSP通過(guò)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(jìn)行刷新。在點(diǎn)時(shí)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(diǎn)數據。兩組對應移出的點(diǎn)數據構成一個(gè)像素的視頻數字信號,再進(jìn)行D/A轉換，就形成具有四級灰度的視頻信號；這樣在A(yíng)CRTC提供的行、場(chǎng)同步及消隱信號的配合下，就可控制顯示器進(jìn)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(shí)，HPI作為主機的一個(gè)外部設備。
　　HPI-8提供8位數據寬度，在接收主機數據時(shí)，HPI-8能自動(dòng)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(gè)主機外設地址。通過(guò)選擇不同的低三位地址可對HPI-8的不同寄存器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
　　多處理器信號XF用于避免主機和DSP對HPI-8訪(fǎng)問(wèn)時(shí)可能產(chǎn)生的時(shí)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(jìn)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(jìn)入相應的處理程序。
　　同時(shí)，主機和DSP之間還可以通過(guò)主機接口相互發(fā)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(tài)位便可實(shí)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(diǎn)數字信號處理芯片采用六級流水線(xiàn)和一套專(zhuān)用的指令集，最高處理能力可達100MIPS，其功耗低、性?xún)r(jià)比高。TMS320VC5409片內只有32K雙尋址RAM和16K ROM，無(wú)法滿(mǎn)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(shí)現數字存儲示波器軟件功能的升級，以不斷滿(mǎn)足市場(chǎng)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(huà)圖命令，包括畫(huà)點(diǎn)、直線(xiàn)、折線(xiàn)、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(huà)圖速度快，畫(huà)圖命令可直接使用X-Y坐標，與存儲器物理地址的對應關(guān)系由硬件自動(dòng)計算完成。
　　內有1616像素圖案RAM，在指定點(diǎn)畫(huà)圖符或者寫(xiě)漢字均非常方便。
　　顯示屏幕可分為上、中、下三個(gè)顯示分區和一個(gè)窗口，其位置和大小可以任意設定，還可以實(shí)現水平和垂直方向的平滑滾動(dòng)。
　　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(gè)MPC的I/O空間。HD63484不具備指令存儲器，僅有一個(gè)很小的指令緩沖區(16字FIFO，8字讀，8字寫(xiě))，因而不能對其進(jìn)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(jìn)行所需的顯示控制工作。因此，對HD63484的控制實(shí)際上也就變?yōu)榱藢SP的編程。DSP是通過(guò)發(fā)送命令和參數來(lái)實(shí)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(jīng)HD63484處理后的數據，用一個(gè)字的相鄰兩位構成一個(gè)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(diǎn)時(shí)鐘的控制下將顯存中的數據串行移出,經(jīng)過(guò)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(jìn)行兩位的D/A轉換；但同時(shí)又對速度要求較高，故需高速的DAC才能滿(mǎn)足要求。本系統沒(méi)有采用專(zhuān)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(xié)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(lái)傳輸波形的采樣數據，其基本結構為：
　　對于控制幀類(lèi)型示波器，由于其顯示要求相對簡(jiǎn)單，只要求能夠同時(shí)顯示兩路波形及簡(jiǎn)單的菜單，故可對其顯示內容進(jìn)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(shí)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(jìn)行數據的接收，并不進(jìn)行任何顯示控制工作?？刂茙幚沓绦蚋鶕鳈C所要求的顯示方式對各個(gè)變量進(jìn)行修改，并驅動(dòng)HD63484實(shí)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(jiǎn)化了結構?？梢詫⒈撅@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(guò)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(chǎng)合，特別是在計算機化的測量?jì)x器和工業(yè)控制領(lǐng)域，作為顯示部件,能以更直觀(guān)的方式顯示出測量結果和菜單。