基于DSP和S1D13305的EL屏顯示控制系統(tǒng)設計

王兆偉，李士釗

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

1 引 言

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

根據軍標要求，武器系統(tǒng)的外場測試系統(tǒng)要在－40～＋85℃的溫度范圍內工作，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酷的要求，本文中的某外場測試設備就采用了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屏顯示控制器的設計方法，智能化嵌入式EL顯示系統(tǒng)的軟件設計以及該系統(tǒng)在某型外場測試設備中的具體應用。

2 顯示控制系統(tǒng)硬件設計

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為顯示驅動核心，EL顯示屏為顯示終端，顯示控制核心根據測試設備系統(tǒng)處理進程實時將需要顯示的信息和裝填的測試參數發(fā)送至顯示驅動模塊，顯示驅動模塊根據收到的顯示指令，實時地將需要顯示的內容通過顯示終端EL顯示屏進行顯示。顯示系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構框圖Fig.1 Block diagram of the system structure

2.2 系統(tǒng)控制模塊

系統(tǒng)控制模塊采用數字信號處理器（DSP）和邏輯控制器件（CPLD）及其外圍電路來實現，主要功能是通過接口電路采集外部數據，進行邏輯判斷與輸出，根據系統(tǒng)測試進度以及需求，將測試進程、結果以及裝填的測試參數等數據實時地送至顯示控制芯片，控制在顯示屏上輸出，達到較好的人機界面交互［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

數字信號處理器采用TI公司的’24X系列的TMS320F240處理器，該處理器具有數字信號的高速運算功能和強大的控制功能所必須的結構特點，執(zhí)行速度可達20MIPS，片內包含544字數據／程序雙口RAM，16k字FLASH程序存儲器，可尋址的存儲器空間有224k字，28個可單獨編程的多路復用I／O引腳；外設包括：定時器、串口（SCI，SPI）、模數轉換器 （ADC）、事 件管理器等［6］。TMS320F240具有資源豐富，技術成熟，開發(fā)方便，成本低等特點，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，可使設計更加自由，整個電路的可擴展性及通用性更好，該CPLD使用5V電壓，與DSP保持一致，以簡化系統(tǒng)電源設計［7］。系統(tǒng)控制模塊通過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，擴展系統(tǒng)資源，并且系統(tǒng)控制模塊中設計有獨立的復位電路，能在上電時及電壓不穩(wěn)定時向他們提供復位信號，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，讀取字庫存儲器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，字庫存儲器ROM信息的調用以及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內含功能強大的I／O緩沖器，指令功能豐富，采用四位數據并行發(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、水平及垂直卷動等動態(tài)效果呈現于液晶屏上。該芯片可支持最大為640×256的屏幕顯示分辨率，其內部集成有可支持160個5×7像素字符的 Mask ROM，也可外接CGRAM來支持64個8×16像素的字符，或者外接CGROM以支持256個8×16像素的字符［8］。

本設計選用的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芯片外接字庫存儲器ROM，擴展256個8×16像素的字符的外部ROM空間，用于擴展系統(tǒng)字庫以及專用字符的存儲、顯示調用，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)軟件設計

軟件設計主要包含3部分：系統(tǒng)初始化模塊設計，底層顯示驅動模塊設計和顯示數據處理模塊設計。

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系統(tǒng)硬件設計完成時鐘、看門狗、I／O端口、定時器等的設置。由于外部時鐘采用16MHz，而顯示芯片S1D13305的工作時鐘輸入是DSP的CLKOUT，因此需對CLKOUT的輸出頻率進行初始化設置，設置為4MHz輸出，此頻率系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，且滿足使用需求；根據系統(tǒng)硬件設計對看門狗和I／O端口進行設置；根據系統(tǒng)使用需求，設置1ms和100μs兩個定時器分別供DSP和S1D13305使用。DSP初始化過程見表1。

表1 DSP初始化過程Tab.1 DSP initialize

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

表2 S1D13305初始化過程Tab.2 S1D13305initializeation

續(xù)表

3.2 底層顯示驅動模塊

底層顯示驅動模塊開發(fā)主要包括：人機交互界面圖形開發(fā)，開、關顯示屏函數、清屏函數等。人機交互界面圖形開發(fā)主要包括：各種測試界面圖形顯示、測試信息顯示、測試結果顯示以及光標指示等。測試界面圖形用來顯示當前測試目標，圖形化顯示，以利于測試者準確識別不同的測試目標；測試信息顯示用來顯示當前所有測試項目；測試結果顯示用來顯示當前測試結果；光標指示用以指示當前測試項目。測試界面顯示，結果顯示，光標指示，開、關顯示以及清屏函數如下：

3.3 顯示數據處理模塊

顯示數據處理模塊為主程序模塊，其功能為根據外部測試電纜連接情況顯示相應的測試界面及測試項目信息，通過光標實時指示測試項目，并對各項測試結果進行顯示，實現友好的人機交互設計，數據處理流程見圖4。顯示效果如圖5所示。

圖4 數據處理流程Fig.4 Flow chart of the data process

圖5 顯示效果Fig.5 Display effect

4 結 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，技術成熟可靠，價格相對比較低廉，在對環(huán)境適應性要求較高的軍用外場測試設備領域，完全可以滿足使用要求，同時也降低了生產成本。本設計開發(fā)了底層顯示驅動庫，可供直接調用，降低了系統(tǒng)以后的軟件維護成本。目前該系統(tǒng)已經應用在了某型飛機的外場測試設備中，在多次各種環(huán)境惡劣的系統(tǒng)試驗中，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)境中設備正常工作的問題，同時開發(fā)了底層顯示驅動，對于工作在惡劣環(huán)境中測試設備的研制有很好的參考價值。

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［8］ Seiko Epson Corporation.S1D13305series technical manual［EB／OL］.［2001－04－01］http：／／www.epson.co.jp／device／.

［9］ 大連東顯電子有限公司.液晶顯示器模塊原理與應用手冊 ［DB］.2010.Dalian Eastern Display Co.，Ltd.Principles and applications of liquid crystal display module manual［DB］.2010.（in Chinese）