基于ARM的DDS信號發(fā)生器人機交互系統(tǒng)設計

1 引言

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

本文以Hynix公司生產(chǎn)的HMS30C7202工業(yè)級處理器作為控制器，以矩陣鍵盤作為輸入設備，以AMPIRE公司生產(chǎn)的AM-320240LTNQW-00H TFT LCD顯示屏作為顯示輸出設備，研究設計了相應的硬件電路與顯示驅動程序，在此基礎上完成了人機交互中英文顯示系統(tǒng)的設計。

2 顯示系統(tǒng)總體方案設計

顯示系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分構成，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作為存儲設備，從矩陣鍵盤接受輸入，并在LCD上顯示相應內(nèi)容，同時通過UART與DDS信號源進行通訊。存儲系統(tǒng)中的FLASH用來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)上電正常運行后的代碼和數(shù)據(jù)載體。

軟件部分又可分成底層驅動程序和上層控制程序兩部分。底層驅動包括設置系統(tǒng)模式和時鐘，初始化存儲器，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是否有鍵按下。若有鍵按下，則執(zhí)行相應的任務，LCD顯示相應內(nèi)容;同時若需要，通過UART向DDS信號源發(fā)出控制命令。

3 LCD驅動電路組成

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)設計

DDS任意波信號發(fā)生器人機交互系統(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

由于標準字庫太大，而DDS任意波信號發(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字庫。結合LCD顯示屏的大小，漢字字符采用16*16點陣，英文字符和數(shù)字采用12*24點陣。為了軟件操作上的方便，漢字字庫和英文字庫相互獨立。漢字字模和英文字模的定義如下。

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

4.2 位圖的顯示

位圖的顯示用于DDS任意波信號發(fā)生器顯示開機畫面或波形圖像。其實現(xiàn)方法是將開機畫面對應的位圖圖像轉化成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顯存開始地址就行了。當顯示比LCD畫面小的位圖時，則要定位該位圖在LCD屏中的顯示位置，然后通過一定的算法顯示出位圖圖像。

4.3 窗口的顯示

DDS任意波信號發(fā)生器窗口的顯示內(nèi)容如圖4所示。窗口大致分三個區(qū)，一區(qū)為左上角的波形顯示及說明區(qū)，用來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)，用來設置參數(shù)和進行波形調(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，給窗口定義了結構體。

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，則對應Menu結構體中的ParaFlag=0。另一種菜單為參數(shù)菜單，見圖4中的參數(shù)菜單顯示區(qū)。每個參數(shù)菜單有一個參數(shù)名和一個參數(shù)值，則對應Menu結構體中的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)種類和個數(shù)不盡相同，當按了波形鍵且和上一次按的波形鍵不一樣時，LCD要刷屏并顯示當前波形窗口。(2)按了設置參數(shù)鍵。這一般用來修改波形參數(shù)或系統(tǒng)參數(shù)。LCD必須提供編輯框或選擇框，動態(tài)顯示鍵盤輸入的數(shù)字和單位。對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不需要修改顯示畫面，HMS30C7202通過串口向DDS信號源發(fā)送命令控制字。

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

5 結論

本文設計的DDS任意波信號發(fā)生器人機交互系統(tǒng)已在實際硬件環(huán)境中調(diào)試通過。LCD顯示畫面簡潔，操作簡單直觀。同時若要修改菜單內(nèi)容，調(diào)整菜單顯示位置，只需修改窗口結構體變量的值，無需修改程序代碼，軟件系統(tǒng)易于擴展和移植。

本文作者創(chuàng)新點：采用先進的HMS30C7202 ARM處理器和高性能的M-320240LTNQW-00H TFT液晶屏，設計了一個DDS任意波信號發(fā)生器的人機交互系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)方法簡單，操作簡便，界面顯示直觀，且易于移植和擴展。