王兆偉，李士釗

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009）

1 引 言

顯示系統(tǒng)是目前各型測(cè)試設(shè)備的重要組成部分之一，其功能是使設(shè)備具有良好的人機(jī)交互窗口，實(shí)時(shí)顯示測(cè)試過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)顯示以及測(cè)試參數(shù)裝填等［1］。目前，廣泛采用的顯示器件類型有指示燈、數(shù)碼管、LCD以及EL（Electroluminescence）顯示屏等，其中指示燈、數(shù)碼管等雖然使用簡(jiǎn)單，可在野外等復(fù)雜環(huán)境下使用，但其顯示方式單一；LCD顯示器顯示色彩豐富，畫面細(xì)致，但其在亮度、可視范圍、相應(yīng)時(shí)間以及野外復(fù)雜環(huán)境下工作等方面存在缺陷；EL顯示屏采用主動(dòng)發(fā)光冷光源發(fā)光且亮度均勻無(wú)光斑、功耗小、壽命長(zhǎng)（大于50 000h），工作溫度范圍寬（－40～＋85℃）［2］、視角大（可視范圍≥160°）、對(duì)比度高、響應(yīng)時(shí)間短（小于1ms）、且具有較強(qiáng)的抗振動(dòng)、沖擊能力及較低的EMI敏感度等優(yōu)點(diǎn)［2］，很大程度上彌補(bǔ)了LCD顯示器的不足，可應(yīng)用于野外惡劣復(fù)雜的使用環(huán)境，并可根據(jù)要求任意剪裁形狀和尺寸。

根據(jù)軍標(biāo)要求，武器系統(tǒng)的外場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)要在－40～＋85℃的溫度范圍內(nèi)工作，而且其使用環(huán)境大多為露天環(huán)境，EL屏的特殊性正好能滿足這些嚴(yán)酷的要求，本文中的某外場(chǎng)測(cè)試設(shè)備就采用了EL顯示屏作為主要顯示器件。

本文介紹一種基于DSP和S1D13305的EL屏顯示控制器的設(shè)計(jì)方法，智能化嵌入式EL顯示系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)以及該系統(tǒng)在某型外場(chǎng)測(cè)試設(shè)備中的具體應(yīng)用。

2 顯示控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 顯示系統(tǒng)組成

顯示控制系統(tǒng)硬件主要由2部分組成：系統(tǒng)控制模塊和顯示控制模塊。

顯示系統(tǒng)采用DSP為顯示控制核心，顯示芯片S1D13305為顯示驅(qū)動(dòng)核心，EL顯示屏為顯示終端，顯示控制核心根據(jù)測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)處理進(jìn)程實(shí)時(shí)將需要顯示的信息和裝填的測(cè)試參數(shù)發(fā)送至顯示驅(qū)動(dòng)模塊，顯示驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)收到的顯示指令，實(shí)時(shí)地將需要顯示的內(nèi)容通過(guò)顯示終端EL顯示屏進(jìn)行顯示。顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Block diagram of the system structure

2.2 系統(tǒng)控制模塊

系統(tǒng)控制模塊采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和邏輯控制器件（CPLD）及其外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要功能是通過(guò)接口電路采集外部數(shù)據(jù)，進(jìn)行邏輯判斷與輸出，根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試進(jìn)度以及需求，將測(cè)試進(jìn)程、結(jié)果以及裝填的測(cè)試參數(shù)等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地送至顯示控制芯片，控制在顯示屏上輸出，達(dá)到較好的人機(jī)界面交互［3－5］。系統(tǒng)控制模塊的原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)控制模塊原理圖Fig.2 Principle diagram of the system control module

數(shù)字信號(hào)處理器采用TI公司的’24X系列的TMS320F240處理器，該處理器具有數(shù)字信號(hào)的高速運(yùn)算功能和強(qiáng)大的控制功能所必須的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，執(zhí)行速度可達(dá)20MIPS，片內(nèi)包含544字?jǐn)?shù)據(jù)／程序雙口RAM，16k字FLASH程序存儲(chǔ)器，可尋址的存儲(chǔ)器空間有224k字，28個(gè)可單獨(dú)編程的多路復(fù)用I／O引腳；外設(shè)包括：定時(shí)器、串口（SCI，SPI）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）、事 件管理器等［6］。TMS320F240具有資源豐富，技術(shù)成熟，開發(fā)方便，成本低等特點(diǎn)，且功能滿足系統(tǒng)使用需求。

邏輯器件采用CPLD器件，具有資源豐富，使用靈活等特點(diǎn)，可使設(shè)計(jì)更加自由，整個(gè)電路的可擴(kuò)展性及通用性更好，該CPLD使用5V電壓，與DSP保持一致，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)［7］。系統(tǒng)控制模塊通過(guò)CPLD邏輯器件控制外部接口電路和顯示電路之間協(xié)同工作，擴(kuò)展系統(tǒng)資源，并且系統(tǒng)控制模塊中設(shè)計(jì)有獨(dú)立的復(fù)位電路，能在上電時(shí)及電壓不穩(wěn)定時(shí)向他們提供復(fù)位信號(hào)，提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。

2.3 顯示控制模塊

顯示控制模塊的主要功能是接收系統(tǒng)控制模塊指令，讀取字庫(kù)存儲(chǔ)器ROM中的信息，并將信息顯示在EL顯示屏上。其原理圖如圖3所示。

顯示控制模塊以Epson公司的S1D13305型顯示控制芯片為核心，完成顯示指令的接收，字庫(kù)存儲(chǔ)器ROM信息的調(diào)用以及EL顯示屏的顯示控制工作。

圖3 顯示控制模塊原理圖Fig.3 Principle diagram of the display control module

S1D13305內(nèi)含功能強(qiáng)大的I／O緩沖器，指令功能豐富，采用四位數(shù)據(jù)并行發(fā)送，可支持文字和圖形的混合顯示，并可將文字和圖形的三層重疊顯示、水平及垂直卷動(dòng)等動(dòng)態(tài)效果呈現(xiàn)于液晶屏上。該芯片可支持最大為640×256的屏幕顯示分辨率，其內(nèi)部集成有可支持160個(gè)5×7像素字符的 Mask ROM，也可外接CGRAM來(lái)支持64個(gè)8×16像素的字符，或者外接CGROM以支持256個(gè)8×16像素的字符［8］。

本設(shè)計(jì)選用的EL顯示屏分辨率為320×240，因此單片S1D13305芯片便可滿足顯示控制需求；顯示芯片使用DSP的系統(tǒng)時(shí)鐘，既降低了成本，又提高了系統(tǒng)的匹配性；在S1D13305芯片外接字庫(kù)存儲(chǔ)器ROM，擴(kuò)展256個(gè)8×16像素的字符的外部ROM空間，用于擴(kuò)展系統(tǒng)字庫(kù)以及專用字符的存儲(chǔ)、顯示調(diào)用，可滿足系統(tǒng)多圖形和特殊字符的顯示需求。

3 顯示控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包含3部分：系統(tǒng)初始化模塊設(shè)計(jì)，底層顯示驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)和顯示數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)。

3.1 初始化模塊

初始化模塊主要完成DSP和顯示控制芯片S1D13305的初始化。

DSP芯片初始化的主要工作是根據(jù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)完成時(shí)鐘、看門狗、I／O端口、定時(shí)器等的設(shè)置。由于外部時(shí)鐘采用16MHz，而顯示芯片S1D13305的工作時(shí)鐘輸入是DSP的CLKOUT，因此需對(duì)CLKOUT的輸出頻率進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)置為4MHz輸出，此頻率系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，且滿足使用需求；根據(jù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)對(duì)看門狗和I／O端口進(jìn)行設(shè)置；根據(jù)系統(tǒng)使用需求，設(shè)置1ms和100μs兩個(gè)定時(shí)器分別供DSP和S1D13305使用。DSP初始化過(guò)程見表1。

表1 DSP初始化過(guò)程Tab.1 DSP initialize

顯示控制芯片S1D13305的初始化設(shè)置主要包括系統(tǒng)控制設(shè)置、顯示控制設(shè)置、繪圖控制設(shè)置和內(nèi)存控制設(shè)置等［9］。S1D13305的初始化過(guò)程如表2。

表2 S1D13305初始化過(guò)程Tab.2 S1D13305initializeation

續(xù)表

3.2 底層顯示驅(qū)動(dòng)模塊

底層顯示驅(qū)動(dòng)模塊開發(fā)主要包括：人機(jī)交互界面圖形開發(fā)，開、關(guān)顯示屏函數(shù)、清屏函數(shù)等。人機(jī)交互界面圖形開發(fā)主要包括：各種測(cè)試界面圖形顯示、測(cè)試信息顯示、測(cè)試結(jié)果顯示以及光標(biāo)指示等。測(cè)試界面圖形用來(lái)顯示當(dāng)前測(cè)試目標(biāo)，圖形化顯示，以利于測(cè)試者準(zhǔn)確識(shí)別不同的測(cè)試目標(biāo)；測(cè)試信息顯示用來(lái)顯示當(dāng)前所有測(cè)試項(xiàng)目；測(cè)試結(jié)果顯示用來(lái)顯示當(dāng)前測(cè)試結(jié)果；光標(biāo)指示用以指示當(dāng)前測(cè)試項(xiàng)目。測(cè)試界面顯示，結(jié)果顯示，光標(biāo)指示，開、關(guān)顯示以及清屏函數(shù)如下：

3.3 顯示數(shù)據(jù)處理模塊

顯示數(shù)據(jù)處理模塊為主程序模塊，其功能為根據(jù)外部測(cè)試電纜連接情況顯示相應(yīng)的測(cè)試界面及測(cè)試項(xiàng)目信息，通過(guò)光標(biāo)實(shí)時(shí)指示測(cè)試項(xiàng)目，并對(duì)各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理流程見圖4。顯示效果如圖5所示。

圖4 數(shù)據(jù)處理流程Fig.4 Flow chart of the data process

圖5 顯示效果Fig.5 Display effect

4 結(jié) 論

基于DSP的EL顯示屏顯示系統(tǒng)所采用的器件及顯示屏都比較常見，技術(shù)成熟可靠，價(jià)格相對(duì)比較低廉，在對(duì)環(huán)境適應(yīng)性要求較高的軍用外場(chǎng)測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域，完全可以滿足使用要求，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。本設(shè)計(jì)開發(fā)了底層顯示驅(qū)動(dòng)庫(kù)，可供直接調(diào)用，降低了系統(tǒng)以后的軟件維護(hù)成本。目前該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在了某型飛機(jī)的外場(chǎng)測(cè)試設(shè)備中，在多次各種環(huán)境惡劣的系統(tǒng)試驗(yàn)中，工作穩(wěn)定可靠。

基于DSP的EL顯示屏顯示系統(tǒng)成功地解決了惡劣環(huán)境中設(shè)備正常工作的問(wèn)題，同時(shí)開發(fā)了底層顯示驅(qū)動(dòng)，對(duì)于工作在惡劣環(huán)境中測(cè)試設(shè)備的研制有很好的參考價(jià)值。

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