基于ARM的信號(hào)發(fā)生器人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

信號(hào)源作為一種基本電子設(shè)備無(wú)論是在教學(xué)、科研還是在工程技術(shù)保障中，都有著廣泛的使用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和DDS技術(shù)的成熟，基于DDS的任意波信號(hào)發(fā)生器已成為信號(hào)源的主流。目前DDS任意波信號(hào)發(fā)生器廣泛使用中文液晶顯示器已成為一個(gè)趨勢(shì)。

本文以Hynix公司生產(chǎn)的HMS30C7202工業(yè)級(jí)處理器作為控制器，以矩陣鍵盤(pán)作為輸入設(shè)備，以AMPIRE公司生產(chǎn)的AM-320240LTNQW-00H TFT LCD顯示屏作為顯示輸出設(shè)備，研究設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件電路與顯示驅(qū)動(dòng)程序，在此基礎(chǔ)上完成了人機(jī)交互中英文顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 顯示系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

顯示系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，如圖1、圖2所示。

硬件部分以HMS30C7202微處理器為核心，F(xiàn)LASH和SDRAM作為存儲(chǔ)設(shè)備，從矩陣鍵盤(pán)接受輸入，并在LCD上顯示相應(yīng)內(nèi)容，同時(shí)通過(guò)UART與DDS信號(hào)源進(jìn)行通訊。存儲(chǔ)系統(tǒng)中的FLASH用來(lái)固化程序及保存波形數(shù)據(jù)和系統(tǒng)參數(shù);SDRAM是系統(tǒng)上電正常運(yùn)行后的代碼和數(shù)據(jù)載體。

軟件部分又可分成底層驅(qū)動(dòng)程序和上層控制程序兩部分。底層驅(qū)動(dòng)包括設(shè)置系統(tǒng)模式和時(shí)鐘，初始化存儲(chǔ)器，代碼拷貝，初始化LCD控制器，中斷控制器和UART控制器等。上層控制程序不斷查詢(xún)是否有鍵按下。若有鍵按下，則執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，LCD顯示相應(yīng)內(nèi)容;同時(shí)若需要，通過(guò)UART向DDS信號(hào)源發(fā)出控制命令。

3 LCD驅(qū)動(dòng)電路組成

HMS30C7202本身集成LCD控制器，支持STN和TFT LCD液晶屏。AM-320240LTNQW-00H TFT LCD顯示屏接口共有54個(gè)引腳，它和LCD控制器的連接方法如圖3所示。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DDS任意波信號(hào)發(fā)生器人機(jī)交互系統(tǒng)中的LCD顯示包括漢字和字符的顯示、位圖的顯示以及窗口的顯示。

4.1 漢字和字符的顯示

由于標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)太大，而DDS任意波信號(hào)發(fā)生器LCD顯示的字符只占很少的一部分，因此需要自己制作一個(gè)字庫(kù)。結(jié)合LCD顯示屏的大小，漢字字符采用16*16點(diǎn)陣，英文字符和數(shù)字采用12*24點(diǎn)陣。為了軟件操作上的方便，漢字字庫(kù)和英文字庫(kù)相互獨(dú)立。漢字字模和英文字模的定義如下。

所有漢字字模數(shù)據(jù)構(gòu)成數(shù)組HZFONT DDSHZTable[],所有英文和數(shù)字的字模數(shù)據(jù)構(gòu)成數(shù)組YWFONT DDSENTable[]，這就是DDS任意波信號(hào)發(fā)生器自己的字庫(kù)。顯示時(shí)，首先找到當(dāng)前要顯示的字符在字庫(kù)中的位置，然后通過(guò)顯示算法將字符在LCD 上顯示出來(lái)。

4.2 位圖的顯示

位圖的顯示用于DDS任意波信號(hào)發(fā)生器顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面或波形圖像。其實(shí)現(xiàn)方法是將開(kāi)機(jī)畫(huà)面對(duì)應(yīng)的位圖圖像轉(zhuǎn)化成320*240格式的數(shù)據(jù)，放在數(shù)組const char gImage_hello[153600]中，然后將數(shù)組起始地址直接賦給LCD顯存開(kāi)始地址就行了。當(dāng)顯示比LCD畫(huà)面小的位圖時(shí)，則要定位該位圖在LCD屏中的顯示位置，然后通過(guò)一定的算法顯示出位圖圖像。

4.3 窗口的顯示

DDS任意波信號(hào)發(fā)生器窗口的顯示內(nèi)容如圖4所示。窗口大致分三個(gè)區(qū)，一區(qū)為左上角的波形顯示及說(shuō)明區(qū)，用來(lái)顯示各種波形或操作提示信息;二區(qū)為右邊和下邊的功能菜單區(qū)，用來(lái)設(shè)置參數(shù)和進(jìn)行波形調(diào)制;三區(qū)為中部的參數(shù)菜單顯示區(qū)，用于顯示波形和調(diào)制參數(shù)。

為了有效管理窗口顯示，給窗口定義了結(jié)構(gòu)體。

菜單分兩種，一種是功能菜單，如圖4中的頻率菜單、調(diào)制菜單。這種菜單只要求顯示菜單名，則對(duì)應(yīng)Menu結(jié)構(gòu)體中的ParaFlag=0。另一種菜單為參數(shù)菜單，見(jiàn)圖4中的參數(shù)菜單顯示區(qū)。每個(gè)參數(shù)菜單有一個(gè)參數(shù)名和一個(gè)參數(shù)值，則對(duì)應(yīng)Menu結(jié)構(gòu)體中的ParaFlag=1，Text指向參數(shù)名字符串，pData指向參數(shù)值字符串。

4.4 鍵值處理及LCD顯示模塊

DDS任意波信號(hào)發(fā)生器的上層控制程序的主體就是鍵值處理及LCD顯示模塊，其軟件流程圖如圖5所示。它主要完成三方面的功能。(1)按了不同的波形鍵。由于各種波形的形狀、參數(shù)種類(lèi)和個(gè)數(shù)不盡相同，當(dāng)按了波形鍵且和上一次按的波形鍵不一樣時(shí)，LCD要刷屏并顯示當(dāng)前波形窗口。(2)按了設(shè)置參數(shù)鍵。這一般用來(lái)修改波形參數(shù)或系統(tǒng)參數(shù)。LCD必須提供編輯框或選擇框，動(dòng)態(tài)顯示鍵盤(pán)輸入的數(shù)字和單位。對(duì)一些需要保存的參數(shù)，則還要將這些數(shù)據(jù)保存在FLASH中。(3)按了輸出鍵。LCD不需要修改顯示畫(huà)面，HMS30C7202通過(guò)串口向DDS信號(hào)源發(fā)送命令控制字。

另外為了提高LCD的換屏速度，在換屏顯示時(shí)并不是更新所有內(nèi)容，而是只有當(dāng)前操作修改了哪些參數(shù)，LCD才更新顯示哪一塊內(nèi)容。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的DDS任意波信號(hào)發(fā)生器人機(jī)交互系統(tǒng)已在實(shí)際硬件環(huán)境中調(diào)試通過(guò)。LCD顯示畫(huà)面簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單直觀。同時(shí)若要修改菜單內(nèi)容，調(diào)整菜單顯示位置，只需修改窗口結(jié)構(gòu)體變量的值，無(wú)需修改程序代碼，軟件系統(tǒng)易于擴(kuò)展和移植。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：采用先進(jìn)的HMS30C7202 ARM處理器和高性能的M-320240LTNQW-00H TFT液晶屏，設(shè)計(jì)了一個(gè)DDS任意波信號(hào)發(fā)生器的人機(jī)交互系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，界面顯示直觀，且易于移植和擴(kuò)展。