基于DSP的LCD模块设计

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1、 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（digital signal processor）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

2、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

3、 VoIP 网关和 IP 电话、DSL 和 Cable Modem 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

4、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、Cable Modem、 3G、数字相机和

5、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

6、通信问题。 LCM（LCD Module）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

7、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

8、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

9、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

10、 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

11、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(Liquid Crystal Display)和发光二极管 LED(light emitting diode)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

12、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。 2.4 TMS320C5409 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 AOA19，16 根数据线 DOD15，4 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

13、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

14、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

15、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

16、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 2.53.2 LCD 控制芯片 T6963C 介绍 3.2.1 T6963 C 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，3.2.2 T