液晶采用Microtips Technology Inc.公司的型號為MTG-32240X的中小規(guī)模液晶顯示器（圖形方式320*240點）。觸摸屏控制器采用香港BURR-BROWN公司的ADS7843。我們對FPGA進(jìn)行邏輯編程實現(xiàn)液晶顯示控制器的功能。FPGA定時中斷DSP（約占DSP工作時間的5%）來獲取外部RAM的顯示數(shù)據(jù),然后,FPGA內(nèi)部邏輯將顯示數(shù)據(jù)送到液晶屏上進(jìn)行顯示。DSP對觸摸屏的轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行處理和計算以及完成各種文字和圖形的編輯任務(wù)。即用DSP和FPGA一起來控制液晶的顯示和文字、圖形信息的編輯處理,并能接收觸摸屏信號,從而實現(xiàn)筆輸入掌上電腦的功能。再結(jié)合無線數(shù)字?jǐn)U頻通信平臺就能實現(xiàn)文字和圖形信息的無線傳送。該產(chǎn)品能用于記者在通訊不便的現(xiàn)場進(jìn)行文字和圖形的實時編輯和采訪報道以及在移動過程中需要進(jìn)行文字和圖形信息無線傳送的地方。

MTG-32240X液晶模塊特性

    MTG-32240X是FSTN Positive類、320*240象素、圖形顯示方式的液晶模塊,它帶有行列驅(qū)動電路以及EL背光電路,但是它沒有微RAM（顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)）,見圖1。表1給出了液晶模塊的引腳和功能說明。其中,CL2、CL1、FRM和D0~D3之間的時序配合如圖3所示,CL2為1.28M Hz,CL1為16K Hz,FRM為66Hz。從圖2和圖3中可以看出,每行80個段移位脈沖(CL2) 后,發(fā)出一個換行信號(CL1);發(fā)出19200個段移位脈沖(CL2) 后,一幀（即240行）顯示完成,發(fā)出幀開始信號(FRM)。以上過程不斷重復(fù),即可完成液晶屏的動態(tài)掃描顯示。

FPGA的基本結(jié)構(gòu)和功能

    FPGA采用美國Xilinx公司性價比較高的XCS10-TQ144�，F(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）是80年代中期出現(xiàn)的一類新型用戶可編程器件,與一般的可編程邏輯器件不同,FPGA的集成度高、邏輯實現(xiàn)能力強(qiáng)、設(shè)計靈活性更好。FPGA的基本結(jié)構(gòu)通常包含三類可編程資源：可編程邏輯功能塊（CLB）、可編程輸入輸出塊和可編程互連�？删幊踢壿嫻δ軌K（CLB）是實現(xiàn)用戶功能的基本單元,它們通常規(guī)則地排成一個陣列,散布于整個芯片;可編程輸入輸出塊完成芯片上邏輯于外部封裝腿的接口,常圍繞著陣列排列于芯片四周;可編程內(nèi)部互連包括各種長度的連接線段和一些可編程連接開關(guān),它們將各個可編程邏輯塊或輸入輸出塊連接起來,構(gòu)成特定功能的電路。

    由于采用不同的開關(guān)元件,FPGA體現(xiàn)出不同的可編程特性,有些是一次性可編程的,另一些則是可重復(fù)編程的。一次性可編程的FPGA采用逆熔絲作開關(guān)元件,當(dāng)在逆熔絲兩端加上編程電壓時,逆熔絲就會由高阻抗變?yōu)榈妥杩?從而實現(xiàn)兩個點間的連接。編程完畢后,即使撤除工作電壓,這類FPGA的配置數(shù)據(jù)仍然保留。由于只能編程一次,因此它比較適合于定型產(chǎn)品及大批量應(yīng)用。此外,它也常用于高性能及保密性要求高的場合。可重復(fù)編程的FPGA采用SRAM型開關(guān)或閃速EPROM控制的開關(guān)元件。SRAM型開關(guān)元件由一個用五個晶體管組成的RAM和一個叫做PIP（可編程內(nèi)部連接點）的晶體管組成。PIP控制各個布線通道的連接,而PIP又由它們旁邊的RAM單元控制。RAM單元中存儲著PIP的通斷信息,這些信息碼是在系統(tǒng)上電時由外部寫入到FPGA內(nèi)部的RAM中的。電源切斷后,RAM中的數(shù)據(jù)將會丟失,因此采用SRAM型開關(guān)的FPGA是易失性的,每次重新加電,FPGA都要重組。SRAM型FPGA的突出優(yōu)點是可反復(fù)編程,系統(tǒng)上電時,給FPGA加載不同的配置數(shù)據(jù),即可令其完成不同的硬件功能。這種配置的改變甚至可在系統(tǒng)運(yùn)行中進(jìn)行,實現(xiàn)系統(tǒng)功能的動態(tài)重構(gòu)。

FPGA的邏輯設(shè)計要點

    無線數(shù)字?jǐn)U頻通信平臺中,DSP的主頻為10.24MHz,用FPGA的邏輯八分頻就能得到CL2的1.28MHz振蕩頻率,再用計數(shù)器分別對CL2脈沖進(jìn)行計數(shù)就能得到CL1和FRM信號,計數(shù)值分別是80和19200。由于液晶模塊上沒有微RAM（顯示緩沖區(qū)）,因此在FPGA中構(gòu)造兩個32字的RAM,一個用于從DSP板上的RAM（64K字）讀取顯示數(shù)據(jù),同時另一個用于將數(shù)據(jù)送到液晶屏上顯示。從DSP板上讀取顯示數(shù)據(jù)時所用時鐘頻率為10.24MHz,用DSP的HOLD工作模式讓DSP讓出總線控制權(quán)。將數(shù)據(jù)送到液晶屏上顯示時的頻率為 1.28MHz。這樣,FPGA將32字的顯示數(shù)據(jù)送到液晶屏上顯示需要100us,因此HOLD中斷頻率定為 100us。從而,可以分析出FPGA進(jìn)行液晶顯示控制將大約占用DSP工作時間的5%�？紤]到不增加額外的硬件資源就能實現(xiàn)液晶顯示控制,這樣安排是比較合理的。通過FPGA的邏輯設(shè)計,FPGA也能發(fā)出讀信號RD、片選信號DS和地址總線A0-A15,但這些信號只在HOLDA有效其間發(fā)出,其它時間為高阻態(tài),從而FPGA不會影響DSP工作。

液晶顯示觸摸屏控制

    通過以上設(shè)計,再結(jié)合電阻式觸摸屏專用控制器ADS7843的應(yīng)用就構(gòu)成了集文字圖形筆輸入控制、編輯和無線傳送于一體的無線掌上電腦產(chǎn)品。ADS7843是BURR-BROWN公司專用于4線電阻式觸摸屏的12位模/數(shù)采樣轉(zhuǎn)換器,單一電源供電、完全降功耗模式、轉(zhuǎn)換速度快。ADS7843大量用在電池供電PDA（personal digital assistants）和手持便攜式裝置中。通過DSP同步串行口對ADS7843進(jìn)行接口控制就能獲取觸摸屏位置轉(zhuǎn)換信號,再經(jīng)DSP計算處理轉(zhuǎn)化為待顯示數(shù)據(jù)存入外部顯示緩沖區(qū),FPGA作為液晶顯示控制器就能將顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)送到液晶屏上正確顯示。同時,從觸摸屏上得到的圖形和經(jīng)DSP編輯處理的各種信息也能通過無線擴(kuò)頻通信平臺傳送出去。當(dāng)然,要完成上述功能還必須增加編輯軟件和漢字庫。