采用S1D13706和EL顯示器的顯示模塊

黃巍華， 張同卿， 王捍偉， 張浩峰

(中航工業洛陽電光設備研究所，河南 洛陽 471009)

0 引言

聲納浮標是現代反潛機普遍使用的一種搜潛器材，主要在下列情況下使用:1)在已知有潛艇活動的海域，并要在短時間內對較大范圍進行搜索時;2)希望在一定時間內封鎖敵潛艇可能通過的航道時;3)為重要目標擔負反潛巡邏警戒時。反潛巡邏機上裝有較為先進的浮標定向儀和浮標信號處理系統。聲納浮標是一次性使用的探測器材，分為主動式和被動式兩大類，被動式又分為定向和全向兩種，此外還有海洋背景噪聲浮標等輔助性浮標。

在聲納浮標信號處理系統中，需要對聲納浮標發射的無線電信號進行接收、采樣、解調、實時處理。對處理器性能要求較高，DSP以其出色的數字信號處理能力成為首選。而EL顯示器即電致發光顯示器(Electro-Luminescent Display)具有高可靠性、寬溫度范圍、精巧輕便、結構堅固等特點，用它將DSP處理的數據實時、直觀地顯示出來，使聲納浮標信號處理系統的可靠性、環境適應性得到大大加強。

在文獻［1］中采用 S1D13706芯片實現了TMS320C6211 DSP處理圖像在車載HR-TFT LCD上的顯示。相對于HR-TFT LCD顯示器，EL顯示器能夠耐受極端的環境條件。工作溫度達到－40～+85℃，能夠抵抗苛刻應用環境下的劇烈震動，典型規格是它能耐受超100 Gs的振動。顯示屏和控制電路具有密封的固態特征，這使得它具有更高的可靠性，平均無故障時間(MTBF)超過50000 h。本文針對聲納浮標信號處理系統的要求，采用S1D13706芯片和EL顯示器設計了一種基于TMS320C6713 DSP控制的顯示模塊，實現了DSP處理的數據在EL顯示器上的顯示。

1 聲納浮標信號處理系統簡介

聲納浮標信號處理系統總體設計框圖如圖1所示。系統工作流程如下:首先通過AD芯片對聲納信號進行高速采樣，用EDMA方式實現數據的傳輸［2－3］，之后觸發DSP中斷，DSP在中斷服務程序中進行FFT等一系列運算后［4］，將數據通過顯示芯片S1D13706驅動EL顯示器顯示。該系統還可以通過串口與其他系統進行通訊。

圖1 系統總體設計框圖Fig.1 Block diagram of the system

軟件工作流程如圖2所示。

圖2 系統軟件工作流程圖Fig.2 Flow chart of the system software

本設計是聲納浮標信號處理系統中的顯示模塊部分。

2 顯示模塊硬件設計

顯示模塊的硬件組成主要包括顯示驅動芯片S1D13706和EL顯示器，顯示驅動芯片S1D13706的作用是將DSP寫入顯存的數據轉換后顯示在EL顯示器上，顯示模塊的接口結構如圖3所示。

聲納浮標信號處理系統采用了TI公司C6000系列DSP中的 TMS320C6713［5－6］作為核心處理器。TMS320C6713 是一款浮點型高性能DSP，主頻為300 MHz，處理能力達到2400MIPS/1800MFLOPS。TMS320C6713在圖像處理、數字信號處理以及自動控制等領域得到了廣泛的應用。顯示模塊與TMS320C6713相配合實現了DSP數據在EL顯示器上的顯示。

圖3 顯示模塊的接口結構圖Fig.3 Interface structure of the display module

2.1 S1D13706 液晶屏控制芯片［7］

S1D13706芯片是一種適用于彩色/單色LCD的液晶屏控制芯片，是EPSON公司針對中小尺寸液晶圖形顯示應用而設計的，工作溫度在－40～+85℃。其主要特點:1)內置80 kB顯示存儲器，支持64 k顏色顯示;2)可以直接連接多種規格產品的LCD控制器;3)可實現高達18位數據寬度的接口;4)其特有的硬件旋轉、畫中畫、虛擬顯示等特效顯示功能，為LCD提供了多樣而靈活的顯示方式，解決了軟件處理的速度慢和工作量大等弊端;5)高集成度提供了低功耗、低價格、小尺寸、單芯片等眾多優點，滿足對尺寸和功耗敏感的嵌入式系統的需求，是圖形顯示模塊設計的一種優秀方案。

S1D13706芯片與DSP接口部分主要包含數據總線 DB［15:0］、地址總線 AB［16:0］、片選信號 CS#、顯存/寄存器選擇信號 M/R#、讀信號 RD#和寫信號WE0#。TEA20信號可作為M/R#的選擇信號，DSP的時鐘輸出可作為S1D13706芯片的總線時鐘信號(CLKI)。S1D13706芯片的 WAIT#信號與 DSP的READY信號連接。S1D13706芯片與EL顯示器接口中的FPDAT［7:4］為4位數據總線，用于傳輸圖像數據。FPFRAME為幀同步信號，作為每幀圖像的顯示脈沖。FPLINE為行同步信號，作為圖像每行數據的顯示脈沖。FPSHIFT為控制輸入像素數據的時鐘信號，作為每個像素的顯示脈沖。

2.2 EL 顯示器(EL320.240.36-HB)［8］

EL顯示器發光機理是在電場的作用下電子在發光層內高速運動，激活發光材料原子使其發生能級躍遷而發光。是替代無源被動液晶顯示器產品的嶄新技術，同時具有更高的亮度、對比度，以及與LCD兼容的接口。EL顯示器能夠在－40～+85℃溫度范圍下工作。即使工作在最高或最低溫度段，仍能保持顯示器的快速響應，對比度和可視角度不會降低，無需調整。EL顯示器可用于嚴酷、苛刻的軍工環境。EL顯示器的響應時間(顯示數據所需的時間)不到1 ms。平達Planar電致發光顯示器采用特殊設計，最大程度降低了EMI敏感性和EMI的產生。平達進行了各種長期測試，顯示器的MTBF達50000 h。

根據需求，本方案選用平達公司5.7in(注:1in=2.54 cm)EL 顯示器 EL320.240.36 HB。點陣形式為320×240，單色顯示，高亮度，亮度可調節，可以顯示圖形和文字。工作溫度－40～+85℃，4位LCD視頻接口。其接口包括以下數字輸入信號:VS(表示一幀數據傳輸的開始)，HS(表示一行數據傳輸的開始)，VCLK(控制輸入像素數據的時鐘信號)和VID(像素數據)。信號VID［3:0］為4輸入。像素數據都在每個時鐘脈沖邊緣輸入。每個時鐘脈沖傳輸4 b并行數據。

3 顯示模塊軟件設計

顯示模塊軟件設計主要是S1D13706芯片的初始化程序設計。在EL顯示器開始顯示之前，必須首先對S1D13706芯片內部寄存器進行初始化，設定顯示模塊的參數，如單色、圖像尺寸、分辨率、顯示速度等。S1D13706芯片將DSP EMIF口時序轉換為通用STN接口時序才能保證EL顯示器正常工作。通過CPLD程序［9－10］設定DSP對S1D13706 芯片的片選信號CS#、顯存/寄存器選擇信號M/R#的映射關系后，可以根據DSP地址總線查找對應的寄存器并進行初始化。S1D13706芯片的讀信號 RD#和寫信號 WE0#通過CPLD［11］直接與DSP讀寫信號連接。下面給出本系統中S1D13706芯片的初始化流程圖如圖4所示。

圖4 S1D13706芯片的初始化流程圖Fig.4 Flow chart of the initialization of S1D13706

本系統中，EL320.240.36 HB顯示器的分辨率為320×240，數據寬度為4 b，單色顯示。根據對應寄存器的功能，需要將平板類型寄存器Regbase［0x10］設定為0x00，設置為4位寬度單色STN接口。將顯示模式寄存器Regbase［0x70］設定為0x80(bit7=1)時顯示無效，設定為0x00(bit7=0)時顯示有效。

本系統將S1D13706芯片的顯存和寄存器映射到6713的EMIF CE2空間，EMIF CE2空間定義為16位寬度的異步接口。顯存和寄存器映射命令語句為

關閉顯示時，需設置顯示模式寄存器，顯示模式寄存器偏移地址為70 h，相關命令語句為:Regbase［0x70］=0x80;其他寄存器初始化與上述方法相同。

DSP數據寫入S1D13706芯片顯存后，需要根據查找表的設置轉化后進行輸出顯示。由于本系統采用每一像素對應顯存數據字節中的一位數據單色顯示模式。只需對查找表綠色單元寫數據寄存器Regbase［0x09］和查找表寫地址寄存器Regbase［0x0b］進行設置。Regbase［0x09］存放將被寫入查找表綠色單元的數據，Regbase［0x0b］形成一個查找表地址用來將存放在Regbase［0x09］的數據寫入查找表綠色單元，查找表數據只有在Regbase［0x0b］寫操作完成后更新。本系統中查找表綠色單元0地址存放數據0x00，1地址存放數據0xff。查找表初始化相關命令語句為

開始顯示時，需要設置寄存器Regbase［70 h］第7位為0。

對于本系統的1 bpp(每像素1位單色)模式如圖5所示。從顯存中輸出的每1位數據的狀態作為單色查找表的索引如圖6所示，得到查找表(LUT)中的6位灰度數據。由S1D13706芯片的數據線FPDAT［7:4］將6位灰度數據的高4位輸出至EL320.240.36 HB顯示器的數據線VID［3:0］進行顯示。

圖5 每像素對應1位數據顯存組織結構圖Fig.5 One bit per-pixel display data memory organization

圖6 每像素對應1位數據單色模式下數據輸出通道Fig.6 One bit per-pixel monochrome mode data output path

4 結論

顯示模塊的核心器件S1D13706使用了一種可靠的低延遲CPU架構，支持無需READY/WAIT#握手信號的微處理器。32位內部數據通道提供了寫入顯存的高性能帶寬，允許屏幕快速刷新。通過內部寄存器設置，支持多種顯示器接口。EL顯示器具有出色的視覺性能、快速的顯示反應時間、堅固耐用的結構、長工作壽命、寬溫度范圍等特點，可應用于眾多場合，尤其適用于嚴苛的環境。在本文中提供了一種以S1D13706芯片為核心的顯示模塊軟、硬件設計方案，實現了DSP處理數據在EL320.240.36 HB顯示器上的顯示，為復雜環境下顯示模塊的設計提供了一種可以借鑒的方法。

本設計應用于聲納浮標信號處理系統中的顯示模塊。顯示器點陣形式為320×240，可以顯示圖形和文字，性能滿足系統要求。該顯示模塊硬件具有結構簡單、環境適應性好、性能可靠的特點，軟件具有控制靈活，程序調試方便等優點。本設計方案經適當改進，可用于有類似需求的其他系統。

［1］彭彰，吳曉娟，耿磊.S1D13706在便攜式DSP圖像處理系統中的應用［J］.山東大學學報:工學報，2006，36(1):111-115.

［2］TMS320C6000 peripherals reference guide［Z］.Texas Instruments，2001.

［3］張偉，劉文，劉朝暉.基于CPLD控制的高速圖像數據采集接口設計與實現［J］.電光與控制，2009，16(2):91-93.

［4］俞卞章.數字信號處理［M］.西安:西北工業大學出版社，2002.

［5］TMS320C6713 floating-point digital signal processor［Z］.Texas Iinstruments，2006.

［6］李方慧，王飛，何佩琨.TMS320C6000系列DSPs原理與應用［M］.北京:電子工業出版社，2005.

［7］S1D13706 embedded memory LCD controller hardware functional specification［Z］.EPSON，2008.

［8］EL320.240.36-HB high-bright small graphics display user’s manual［Z］.Planar，2006.

［9］王誠，吳繼華，范麗珍，等.Altera FPGA/CPLD設計(基礎篇)［M］.北京:人民郵電出版社，2006.

［10］求是科技.VHDL應用開發技術與工程實踐［M］.北京:人民郵電出版社，2005.

［11］MAX 3000A programmable logic device family data sheet［Z］.ALTERA，2006.