基于DSP的LCD模块设计

DSP设计论文题目：基于DSP的LCD模块设计学院：自动化工程学院专业：控制科学与工程姓名：霍海蒙2015年1月5日一、绪论DSP（digitalsignalprocessor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。近年来，随着低价格、高性能DSP芯片的出现，DSP已越来越多地被应用于高速信号采集、语音处理、图像分析处理等领域中，并且日益显示其巨大的优越性。而液晶显示屏更以其显示直观、便于操作的特点被用作各种便携式系统的显示前端。传统的液晶显示往往采用单片机控制。但在系统有大量高速实时数据的情况下，单片机由于受到处理速度的限制就显得力不从心。DSP应用的快速发展为数字信息产品带来广阔的发展空间，并将支持通信、计算机和消费类电子产品的数字化融合。在无线领域，DSP遍及无线交换设备、基站、手持终端和网络领域，并涵盖从骨干基础设施到宽带入户的设备，包括VoIP网关和IP电话、DSL和CableModem等。面向群体应用，DSP在媒体网关、视频监控、专业音响、数字广播、激光打印等应用中表现出色；面向个人应用，DSP在便携式数字音频和影像播放器、指纹识别和语音识别等应用中表现不俗；针对嵌入式数字控制应用，DSP极大地满足了工业界的需求，如数字变频电力电源设备、工业缝纫机等；DSP也极大地满足了消费电子的需求，如空调、冰箱、洗衣机等。二、课题研究的现状随着数字信号处理领域不断发展，DSP也由应用推动发展。SoC集成意味着更多的存储器和不同的内核与专用外设一起均能集成到同一器件上，这就使DSP产品能够按特定市场的需求进行定制。在此环境中，浮点功能已成为整体DSP产品组合中的另一要素。移动电话、数码相机等DSP产品的主要应用领域走势良好，需求旺盛，推动着DSP市场持续增长。在无线领域，我国手机用户继续大规模增加，手机需求的大幅增加带动了我国DSP市场的高速增长。在数字消费领域，我国新兴的数字消费类电子产品进入增长活跃期，市场呈现高增长态势，用户认知率和普及率大幅提高，数码消费市场的高速增长推动了DSP市场的发展。此外，计算机、通信和消费类电子产品的数字化融合也为DSP提供了进一步的发展机会。目前，在VoIP、DSL、CableModem、3G、数字相机和马达控制等需要实时处理大量数字信息的应用中，都可见到DSP的身影，DSP无疑已经成为推动数字化进程的动力。三、本课题研究的主要内容当前，LCD模块逐渐被广泛应用于对体积和显示模块功耗有较高要求的各种便携式智能型仪器仪表领域。DSP以其优化的硬件结果、高效的指令系统、灵活的编程能力等优点，实时系统中得到了广泛的应用。本设计以采用T6963C控制芯片LCD模块为例，给出了一种是用DSP取代传统的单片机实现与T6963C的接口应用及软硬件设计方案。本设计是用的控制芯片是TMS320C5409，使用C语言设计。简要介绍连接以及解决PC机与DSP芯片之间的通信问题。LCM（LCDModule）即LCD显示模组、液晶模块，是指将液晶显示器件,连接件,控制与驱动等外围电路,PCB电路板,背光源,结构件等装配在一起的组件。它提供用户一个标准的LCD显示驱动接口（有4位、8位、VGA等不同类型），用户按照接口要求进行操作来控制LCD正确显示。LCM相比较玻璃是一种更高集成度的LCD产品，对小尺寸LCD显示，LCM可以比较方便的与各种微控制器（比如单片机）连接。四、系统总体设计2.1系统的设计方法本系统设计以模块电路为基础，主要采用实验和仿真的设计方法对各模块电路硬件和软件展开设计。整个系统设计的大致步骤如图2.1所示：图2.1系统设计的大致步骤整个系统设计的大致步骤如图2.1所示，设计过程分软件设计与硬件设计两大方向，其中，软件部分的设计步骤为：1、根据需要用C语言编写程序2、将程序转化成DSP汇编，并送到编译器进行编译，生成目标文件。3、将目标文件送链接器进行链接，得到可执行文件。4、将可执行文件调入调试器进行调试，检查运行结果是否正确。如果正确继续，否则返回修改。硬件部分设计步骤为:1、设计硬件实现方案，即根据性能指标、功能要求等确定最优硬件实现方案，并画出其硬件系统框图。2、进行器件选型，根据功能、成本和使用经验等要求确定系统中的主要器件，最重要的是根据需要选择系统中主要芯片的芯片型号。2.2系统总体功能框图图2.2系统总体框图本实验开发系统，借鉴了现有实验系统的成功经验，同时对存在的问题得到了较好的解决。系统以TI公司的DSP芯片TMS32OC54O9为核心，外围电路的选择充分考虑了进行DSP实验和开发的需要。整个系统按照功能可以划分为以DSP芯片为核心的最小系统电路和应用电路两大部分进行设计，最小系统电路主要包括电源电路、时钟电路。应用电路主要包括MCBSP串行通信(A/D和D/A)模块，1/0端口应用液晶显示模块等。通过硬件设计和软件设计，并把以上电路连接在一起使其成为一个完整的系统，使该系统能开设出DSP课程的常用实验和实训项目，并可以作为基本的开发系统。2.3系统各功能模块介绍2.3.1电源模块由于在本系统中同时存在模拟处理电路与数字逻辑电路，且功能模块较多，故供电系统的质量将直接影响到系统的稳定性和可靠性，所以设计出高性能、高效率的供电系统具有重要的意义。本系统中除了DSP以外其它器件工作电压为5V或3.3V。TMS320VC5409供电电源分为两种，即内核电源(CVDD)和1/0电源(DVDD)，DSP芯片采用这种低电压分离式供电方式进行供电，这样它可以大大降低DSP芯片的功耗。芯片内核电源电压为1.8V供电，外部引脚FO仍然采用3.3V电压供电，这样可以直接与外部低压器件接口。理想情况下两个电源同时加电，但是一般场合很难做到，这时应先对CVDD加电，然后对DVDD上电。讲究供电次序的原因在于:如果只有CPU内核获得供电，周边1/0没有供电，对芯片是不会产生任何损害的，只是没有输入/输出能力而已;如果反过来，周边I/O得到供电而CPU内核没有加电，那么芯片缓冲/驱动部分的三极管在一个未知状态下工作，这是非常危险的。2.3.2存储模块由于DSP芯片中的ROM内容都是由芯片生产公司预先烧录定制好的程序代码或中断向量表等内容，用户是不能进行改写的。而实验仪又需要让使用者进一步对存储器操作深入理解，所以必须外扩展存储器。2.3.3显示模块由图形点阵式液晶显示器LCD(LiquidCrystalDisplay)和发光二极管LED(light—emittingdiode)指示灯等构成。通过图形和中英字符来显示系统的状态信息及处理相关内容的信息。2.3.4时钟电路时钟电路用来为C5409芯片提供时钟信号，由一个内部振荡器和一个锁相环PLL组成，可通过芯片内部的晶体振荡器或外部的时钟电路驱动。C5409时钟信号的产生有两种方法:使用外部时钟源、使用芯片内部的振荡器。若使用外部时钟源，只要将外部时钟信号直接加到DSP芯片的XZ/CLKIN引脚，而Xl引脚悬空;若使用芯片内部的振荡器，只要在芯片的x1和XZ/CLKIN引脚之间接入一个晶体，用于启动内部振荡器。2.4TMS320C5409介绍TMS32OC54x是为实现低功耗、高性能而设计的定点DSP芯片，主要应用在通信系统方面。如图2.2所示，芯片共有143个引脚，其中有20根地址线AO—A19，16根数据线DO—D15，4个外部可屏蔽引脚INTO#—INT3#和一个不可屏蔽中断引脚BIO#，其余引脚分为:存储器控制引脚、时钟/晶振引脚，多通道缓冲串口引脚、主机接口通讯引脚、电源引脚、初始化和复位引脚、通用输入/输出引脚以及用于测试的工EEEI149.1标准JTAG口。图2.3该芯片的内部结构及指令系统都是全新设计的，它的主要特点是：CPU具有先进的多总线结构，包含40位算术逻辑运算单元(ALU)，用的是17位*17位并行乘法器与40位专用加法器相连。其包含比较、选择、存储单元(CSSU)这三个部分以及可以在单个周期内计算40位累加器中数值指数的指数编码器。其的双地址生成器中包括8个辅助寄存器和两个辅助寄存器算术运算单元(ARAU)存储器，程序存储器中包含64K字程序存储器、64K字数据存储器以及64K字1/0空间，程序存储器可以扩展。指令系统通过单指令重复和块指令重复进行操作，其中包含块存储器传送指令、32位长操作数指令、同时读入两个或3个操作数的指令、并行存储和并行加载的算术指令、条件存储指令以及从中断快速返回指令。在片外围的电路中，包含软件可编程等待状态发生器、可编程分区转换逻辑电路、可编程定时器、并行主机接口(HPI)。并且带有内部振荡器。电路是由外部总线关断控制，以断开外部的数据总线、地址总线和控制信号。电源部分可用IDLE1、IDLE2和IDLE3指令控制功耗，以工作在省电方式，可以控制关断CLKOUT输出信号。其包含一个具有符合IEEEll49.1标准的在片仿真接口(JTAG)。其单周期定点指令的执行时间，例如当达到100MIPS时，执行时间为10ns。2.5设计原理2.5.1扩展IO接口：TMS320VC5409DSP为核心的DSP模块，它通过扩展接口与显示/控制模块连接，可以控制其各种外围设备。具体设计方案如下图3.1所示：图2.4具体设计方案液晶显示模块的访问、控制是由VC5409对扩展接口的操作完成。控制口的寻址：命令控制接口的寄存器为CTRLCDCMDR，数据控制接口的寄存器为CTRLCDLCR和CTRLCDRCR，辅助控制接口的寄存器为CTRLCDCR。2.5.2显示控制方法：液晶显示模块中有两片显示缓冲存储器，分别对应屏幕显示的象素，向其中写入数值将改变显示，写入“1”则显示一点，写入“0”则不显示。发送控制命令：向液晶显示模块发送控制命令的方法是通过向命令控制接口写入命令控制字，然后再向辅助控制接口写入0。1．数据信号的传送：由于液晶显示模块相对运行在高主频下的DSP属于较为慢速设备，连接时需要考虑数据线上信号的等待问题；电平转换：由于DSP为3.3V设备，而液晶显示模块属于5V设备，所以在连接控制线、数据线时需要加电平隔离和转换设备，使用了74LVC16245。图2.53.2LCD控制芯片T6963C介绍3.2.1T6963C外部接口LCD显示采用240（列）*128（行）的液晶显示，主CPU采用T6963液晶显示控制器，3.2.2T6963C的特点1、T6963C是点阵式液晶图形显示控制器；2、T6963C的字符字体由硬件设置，其字体有4种：5*8、6*8、7*8、8*8；3、T6963C的占空比可从1\16到1\128；4、T6963C可以图形方式、文本方式及图形和文本混合方式进行显示、以及文本方式下的特征显示，还可以实现图形拷贝操作等等；5、T6963C具有内部字符发生器CGROM,共有128字符，T6963C可关了64K显示缓冲区及字符发生器CGRAM。3.2.3DSP与LCD液晶显示器逻辑设计如下图所示：4软件设计本实验系统由于采用了TI公司的TMS320C5409DSP芯片，所以主要编程语言为相应的DSP语言，采用的编译环境是TI公司的CCS(CodeComposerStudio)。软件的编写，主要包括程序的编译、编译和链接。在软件调试的工作中，一般都需要用到仿真器，目标DSP与PC机通过仿真器连接、编译、链接得到的可执行程序，通过仿真器下载到目标DSP中，目标DSP的状态通过仿真器上传到PC机显示。TMS320C5409DSP提供两种编程语言：汇编语言和C语言。对于完成一般功能的代码，这两种语言都可以使用。使用汇编语言程序虽然具有速度快的优点，但用汇编语言