苑瑋琦，朱林貴

（沈陽工業(yè)大學 視覺檢測技術(shù)研究所，遼寧 沈陽 110870）

數(shù)字信號處理是利用數(shù)值計算的方式對信號進行加工的理論和技術(shù)，數(shù)字信號處理器（DSP）主要是用于完成各種實時數(shù)字信息的微處理器，其強大、快速的運算能力尤其適用于圖形圖像處理方面[1]。相比于其他微處理器，DSP主要具有以下特點：

1）一個指令周期內(nèi)能夠完成一次乘法和一次加法；

2）以及快速的中斷處理和硬件I/O支持；

3）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；

4）片內(nèi)具有快速RAM，能夠通過獨立的數(shù)據(jù)總線在兩邊進行同時訪問；

5）可以并行執(zhí)行多個操作；

6）支持流水線操作，使得取址、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。

TFT（Thin Film Transistor）LCD即薄膜場效應(yīng)晶體顯示器，是有源矩陣類型液晶顯示器（AM-LCD）中的一種，是將微電子與液晶顯示器技術(shù)巧妙結(jié)合的一種技術(shù)，在TFT-LCD中，TFT相當于一個三端開關(guān)管[2]。相比于CRT顯示器件，TFTLCD在亮度、對比度、功耗、壽命、體積、重量以及顯示全色視頻圖像等綜合性能上具有一定的優(yōu)勢。同時，其性能優(yōu)良、大規(guī)模生產(chǎn)特性好、自動化程度高、原材料成本低廉、無X射線輻射，因而發(fā)展空間更為廣闊，已成為當前儀器儀表中的主流產(chǎn)品，尤其是電子產(chǎn)品中不可或缺的一部分。如果能將TFT-LCD完美嵌入到DSP系統(tǒng)中，對圖像處理技術(shù)的發(fā)展將有積極的意義。

1 TMS320DM642介紹

TI的TMS320DM642是一款主要面向視頻/圖像數(shù)字媒體的高性能數(shù)字信號處理器，相比C5000系列芯片，DM642具有更為豐富的片上資源：

1）DM642工作頻率由內(nèi)部倍頻器設(shè)置，而根據(jù)相應(yīng)的指令周期 2，1.67，1.39 ns， 可以分別達到 500、600 或 720 MHz的時鐘頻率[3]。每周期執(zhí)行8條32位指令，一定程度上解決了采用C5509芯片進行數(shù)據(jù)處理所出現(xiàn)的運行速度略慢的問題。

2）具有3個可編程視頻端口VP0VP2，每個視頻端口都可以采集/顯示原始數(shù)據(jù)，同時也可以發(fā)送和接收數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，極大地方便了圖像的采集[4]。并支持多種協(xié)議的視頻標準，方便設(shè)計中選擇。

3）具有1個64位外部存儲接口EMIF，具有異步或同步多字并行數(shù)據(jù)傳輸能力。并有高達1024 Mbyte的可尋址外部存儲空間，設(shè)計中無需再擔心內(nèi)存空間不足。同時，EMIF可以通過EDMA與存儲空間直接關(guān)聯(lián)，整個數(shù)據(jù)傳輸過程與CPU工作并行，增加了算法執(zhí)行的時間效率。

4）具有兩個多通道串行接口McBSPs，可進行全雙工通信，并可以收發(fā)獨立的幀同步和時鐘信號。同時，其雙緩沖數(shù)據(jù)寄存器允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)傳輸還可以利用外部時鐘或片內(nèi)可編程時鐘。

5）具有1個支持10/100Mbps的EMAC以太網(wǎng)口，可以進行半雙工或全雙工的通信，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸和接收。同時控制DSP中數(shù)據(jù)包在物理層的流動。

6）具有1個總線模塊，同時配有專門的時鐘端口SCL及數(shù)據(jù)端口SDA，能和符合飛利浦總線標準的外部設(shè)備建立連接。其快速模式下的傳輸速率高達400 Kbps。

7）提供16位專門的通用輸入/輸出端口GPIO，無需再將數(shù)據(jù)總線口配成GPIO口使用。

2 SM-35HDY37BV02點陣屏簡介

SM-35HDY37BV02點陣屏主要由液晶顯示屏和觸摸芯片兩部分組成。

其中液晶顯示部分為薄膜晶體管，意即每個液晶像素點都是由集成在像素點后的薄膜晶體管驅(qū)動，分辨率為320*RGB*480（即豎屏時每一行有320個點，總共480行，橫屏則一共320行，每行480個點，一共320*480個像素點）的大點陣屏，由ILI9481驅(qū)動，有多種接口模式，如：8位、9位、16位及18位的并行接口（DBI顯示總線接口）模式；6位、16位、18位位寬的RGB接口（DPI顯示像素接口）模式；VSYNC（System interface+VSYNC）接口模式等。根據(jù)實際需要，使用不同的接口模式可以顯示所需要的圖片、字符或文字等。本文主要介紹使用16位DBI總線模式顯示圖像及文字。

觸摸芯片采用ADI公司生產(chǎn)的四線式觸摸屏控制器ADS7846。ADS7846是一種典型的逐次逼近比較寄存器型（SAR）A/D變換器，支持1.5 V到5.25 V間的低壓I/O接口，包含取樣/保持功能，一般應(yīng)用于電阻式觸摸屏輸入系統(tǒng)中[5]。使用時，通過片內(nèi)模擬電子開關(guān)的切換，將X+（Y+）接電源，X-（Y-）接地，并以差動的形式接到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。根據(jù)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的電壓不同，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后獲得觸點的輸出值，而該輸出值與觸點的位置成近似線性關(guān)系，從而迅速采集觸屏上觸點位置數(shù)據(jù)?？捎糜谛酒瑴囟葯z測、觸摸壓力檢測、電源檢測等。

3 硬件構(gòu)成

3.1 顯示電路硬件設(shè)計

系統(tǒng)采用Ti公司的TMS320DM642作為圖像的識別處理芯片，采用由ILI9481驅(qū)動的TFT-LCD顯示圖像及文字信息。其中顯示屏可以看作是一個異步寄存器，兩者之間通過DM642外部存儲接口EMIF的異步寄存器接口模式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。其接口電路如圖1。

圖1 顯示電路硬件電路Fig.1 Hardware interface circuit

根據(jù)LCD的寫時序 （如圖2），CSX片選端為低電平時有效，接 EMIFA（C64x 有兩個 EMIF，分別為 EMIFA，EMIFB，而DM642只有EMIFA）的CEn（EMIF一共有4組片選信號，每一組選擇一個確定的地址空間，設(shè)計時需考慮是否被占用，本系統(tǒng)選擇CE2）以選定EMIF尋址的地址空間；同時將顯示屏的16位數(shù)據(jù)總線DB[15:0]與CE2中的低 16位總線 ED[15:0]相連。D/CX為寄存器選擇端，用于數(shù)據(jù)或者命令信號的選擇，由DM642的GPIO2口控制。置低時，指向命令寄存器，置高則從主設(shè)備接收數(shù)據(jù)。WRX為顯示屏的寫控制端口，接EMIF的AWE讀控制端，低電平時，寫入命令或數(shù)據(jù)。RESX為復位端，可以通過DM642的GPIO口或者外接三極管進行復位。

圖2 液晶屏寫時序Fig.2 The write timing of LCD

3.2 觸摸芯片的嵌入

觸摸功能通過SPI（Serial Peripheral interface）協(xié)議實現(xiàn)，顧名思義即串行外圍設(shè)備接口，是一種四線同步全雙工串行總線。

SPI協(xié)議是一種主從傳輸模式，由主模式端時鐘決定主模式端與從模式端的通信，當檢測到主模式端時，數(shù)據(jù)傳輸開始，時鐘結(jié)束則傳輸結(jié)束。同時傳輸過程使能從模式端將DM642的McBSP配置為SPI主模式端，ADS7846為從模式端，兩者通過SPI同步數(shù)據(jù)傳輸方式完成通信[6]。

首先，由DM642控制GPIO9輸出低電平，此時CS片選信號有效。McBSP口輸出時鐘SCLK信號或者命令字到DIN上，BUSY變?yōu)榈碗娖綍r，表示ADS7846工作在忙時狀態(tài)；SCLK的每個上升沿到來時，ADS7846采集DIN數(shù)據(jù)，接收McBSP端發(fā)出的控制命令；在SCLK的第8個上升沿，指令結(jié)束；第8個下降沿處，DIN停止發(fā)送命令數(shù)據(jù)，變?yōu)楦咦?，ADS7846的BUSY變?yōu)楦唠娖剑訒r一個時鐘周期，期間ADS7846執(zhí)行操作命令結(jié)束；在SCLK上升沿McBSP通過接收時鐘CLKR，采集DOUT傳輸?shù)紻R引腳的輸出數(shù)據(jù)，共12位，由高到低。當發(fā)送到第8個數(shù)據(jù)時，McBSP開始下一個命令；重復上述過程，獲得觸屏信息。

兩者間對應(yīng)的接口如表1所示。

DM642和觸摸芯片的接口電路設(shè)計如圖3所示。

4 軟件設(shè)計

4.1 顯示部分

系統(tǒng)主要用于顯示圖像以及文字信息。

表1 McBSP接口信號及對應(yīng)ADS7846引腳Tab.1 The McBSP interface signal and pins of ADS7846

圖3 觸摸芯片的硬件設(shè)計Fig.3 The write timing of LCD

圖片顯示需要注意真彩色LCD的設(shè)置：C語言數(shù)組、水平掃描、16位真彩色以及圖片的容量大小等。首先進行寄存器的初始化工作，程序如下：

address_set（0， 0，319，479）； //i，j，

for（i=0； i<320； i++）

{

for（j=0； j<480； j++）

{

dd=（unsigned int）gImage_mm[i*480*2+j*2+1]<<8；

dd=dd|（unsigned int）gImage_mm[i*480*2+j*2]；

LCD_WriteRAM（dd）；

}

}

LCD_WriteRAM_Ready（）；

此外，特別需要注意地址的設(shè)置，地址設(shè)置與原圖片的尺寸有差別時會導致圖片無法正常顯示。

顯示字符時，一般的字模軟件產(chǎn)生的都是8bit的數(shù)組，所以在前輩的基礎(chǔ)上，將顯示字符的程序做了一點小小的改動。

首先，產(chǎn)生16 bit的數(shù)組：

extern const uc16 ASCII_Table[]={

0x06，0x40，0x38，0x50，0x08，0x48，0x08，0x48，0x08，0x4 0，0xFF，0xFE，0x08，0x40，0x08，0x48，

0x0E，

0x28，0x38，0x30，0xC8，0x20，0x08，0x50，0x09，0x92，0x08，0x0 A，0x28，0x06，0x10，0x02，}

顯示程序：

void ili9481_PutCharz （u16 x，u16 y，unsigned char z，u16 charColor，u16 bkColor）

{

u16 i=0；

u16 j=0；

u16 m=0；

u16 tmp_char=0；

uc16*hz；

hz=ASCII_Table；

address_set（0，0，319，479）；

while（z--）

{

for （i=0；i<16；i++）

{

for（m=0；m<2；m++）

{

tmp_char=*hz；

for（j=0；j<8；j++）

{

if（ （tmp_char>>7-j） &0x01==0x01）

{

ili9481_SetPoint（x+j+8*m，y+i，charColor）； //字符顏色

}

else

{

ili9481_SetPoint（x+j+8*m，y+i，bkColor）； //背景顏色/

}

}

hz=hz++；

}

}

x=x+16；

}

}

4.2 SPI協(xié)議

完成觸摸芯片的硬件連接后，需要編寫相應(yīng)的程序才能進行操作。McBSP_ADS7846簡單的程序流程圖如圖4所示。

圖4 McBSP_ADS7846應(yīng)用程序流程Fig.4 The flow chart of McBSP_ADS7846

5 結(jié)束語

TFT-LCD作為當前技術(shù)發(fā)展的趨勢，在家電、汽車等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。由ILI9481驅(qū)動的顯示屏在當前的電子產(chǎn)品尤其是手機行業(yè)中有著極為廣泛的應(yīng)用。一般通過ARM微處理器進行擴展實現(xiàn)。本文主要介紹TFT-LCD與DSP處理器之間的設(shè)計。調(diào)試過程需要注意的是ILI9481的初始化、位置地址的設(shè)置等問題，同時，橫豎屏的使用也會對顯示造成很大的影響（推薦使用豎屏顯示）。

相比C5000系列的DSP芯片，C6000系列更適用于圖像技術(shù)的處理，同時在內(nèi)存空間及識別速度上也有了較大的提升。

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