基于DSP的数字存储示波器显示控制系统的设计

　　整个系统可划分为主机接口电路、数据处理电路、显示控制电路三个部分。DSP通过主机接口取得前端控制信息及相应的采集数据，并将采集数据转化为屏幕上的逻辑坐标。随后，DSP根据主机要求，将相应控制信息传送给显示控制芯片(ACRTC)。ACRTC将逻辑坐标转换为显示存储器中对应的物理地址，并对显示存储器进行刷新。在点时钟的控制下，两片74HC166分别将显示存储器中16位并行数据的偶数位和奇数位转换为串行点数据。两组对应移出的点数据构成一个像素的视频数字信号,再进行D/A转换，就形成具有四级灰度的视频信号；这样在ACRTC提供的行、场同步及消隐信号的配合下，就可控制显示器进行显示。
2 主要功能模块的设计
2.1 主机接口电路
　　主机接口主要由DSP自身的主机接口及多处理器信号端共同构成。
　　TMS320VC5409的主机接口为标准型主机接口(HPI-8)，其主要电路由HPI存储器(DARAM)、HPI地址寄存器(HPIA)、HPI数据锁存器(HPID)、HPI控制寄存器(HPIC)及HPI控制逻辑构成。在TMS320VC5409与主机连接时，HPI作为主机的一个外部设备。
　　HPI-8提供8位数据宽度，在接收主机数据时，HPI-8能自动地将外部接口传送的8位数据组合成16位数据，然后传送给DSP。在该系统中，HPI-8占用8个主机外设地址。通过选择不同的低三位地址可对HPI-8的不同寄存器进行访问。
　　多处理器信号XF用于避免主机和DSP对HPI-8访问时可能产生的时间上的冲突——在DSP完整读取一组数据之前，主机已将其中某些数据进行了修改，这样DSP获得的是一组错误的序列。
　　多处理器信号BIO用于配合DSP指令XC(该指令可根据BIO电平的高低改变程序的流向)判断该次传输的是数据帧还是指令帧，并进入相应的处理程序。
　　同时，主机和DSP之间还可以通过主机接口相互发送中断请求，而不需要添加任何外部电路，只需修改HPIC中相应的状态位便可实现。
2.2 数据处理电路
　　这里，核心器件使用TI公司的高性能DSP——TMS320VC5409-100。TMS320VC5409定点数字信号处理芯片采用六级流水线和一套专用的指令集，最高处理能力可达100MIPS，其功耗低、性价比高。TMS320VC5409片内只有32K双寻址RAM和16K ROM，无法满足系统需求，故外扩了一片256K×16bit容量的SST39VF400，配置相应空间用于存储程序、菜单和字模。由于采用了DSP作微处理器，因而容易实现数字存储示波器软件功能的升级，以不断满足市场对示波器数据处理能力的要求。
2.3 显示控制电路
　　显示控制部分包括显示控制芯片HD63484、显示存储器、并/串转换电路和D/A电路等。
　　显示控制芯片采用HITACHI公司的HD63484-P8。这是一款典型的第二代通用型高级显示控制芯片，具有以下特征：
　　·丰富的画图命令，包括画点、直线、折线、矩形、多边形、圆/弧以及区域填充等。
　　·可控制的显示存储器最大可达2M字节，字符RAM最大可达128K字节。
　　·画图速度快，画图命令可直接使用X-Y坐标，与存储器物理地址的对应关系由硬件自动计算完成。
　　·内有16×16像素图案RAM，在指定点画图符或者写汉字均非常方便。
　　·显示屏幕可分为上、中、下三个显示分区和一个窗口，其位置和大小可以任意设定，还可以实现水平和垂直方向的平滑滚动。
　　·图形允许水平或垂直方向放大1～16倍。
　　HD63484作为标准的外部设备与MPU连接，占用两个MPC的I/O空间。HD63484不具备指令存储器，仅有一个很小的指令缓冲区(16字FIFO，8字读，8字写)，因而不能对其进行独立的编程控制，必须由其它芯片完成。高速的DSP可完成这一工作。DSP接收主机数据，根据需要控制HD63484进行所需的显示控制工作。因此，对HD63484的控制实际上也就变为了对DSP的编程。DSP是通过发送命令和参数来实现对HD63484的控制(以HD63484指定的命令和参数的形式)的。
　　另外，考虑到DSP I/O部分的工作电压为3.3V，而HD63484工作电压为5V，故在它们之间接了电平转换芯片。
　　显示存储器用于存储经HD63484处理后的数据，用一个字的相邻两位构成一个像素的灰度数据，两位共有四种组合，因而可构成四级灰度，便于波形比较。并/串转换电路在点时钟的控制下将显存中的数据串行移出,经过D/A电路转换后送往显示器。
　　由于灰度较少，这里的D/A电路仅需进行两位的D/A转换；但同时又对速度要求较高，故需高速的DAC才能满足要求。本系统没有采用专用的集成器件，而是利用基本数字及模拟器件构成，避免了不必要的资源浪费，且效果良好。

3 系统软件的设计
3.1 主机与显示控制板通讯的协议流程
　　前端主机通讯流程如图2所示，显示控制板通讯流程如图3所示。
3.2 帧结构及帧处理程序流程
　　需传送的帧可分为两种：数据帧、控制帧。
　　数据帧用来传输波形的采样数据，其基本结构为：
　　对于控制帧类型示波器，由于其显示要求相对简单，只要求能够同时显示两路波形及简单的菜单，故可对其显示内容进行分块。每一模块对应一自定义变量，主机只需修改相应的变量值，便可实现对显示的控制。其基本结构为：

　　数据帧处理程序流程如图4所示，控制帧处理程序流程如图5所示。

　　数据帧处理程序只进行数据的接收，并不进行任何显示控制工作。控制帧处理程序根据主机所要求的显示方式对各个变量进行修改，并驱动HD63484实现对屏幕的刷新。
　　考虑到本文系统所需汉字、字符较少，这里将汉字、字符统一按图形处理，因而将HD63484设置为图形工作方式，简化了结构。可以将本显示控制系统应用于数字存储示波器的显示控制中，其设计思路具有一定的通用性。通过修改DSP软件，该显示控制板可与各种MPU或主机相连。本显示控制系统能应用于多种场合，特别是在计算机化的测量仪器和工业控制领域，作为显示部件,能以更直观的方式显示出测量结果和菜单。