鄭佃好,張紅雨,張洪斌

(電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院,成都611731)

鄭佃好(碩士研究生),主要研究領(lǐng)域?yàn)榍度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)、射頻識別、模糊控制。

引 言

目前VGA接口是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及智能儀器中重要的標(biāo)準(zhǔn)輸出接口,但是大部分硬件系統(tǒng)選擇LCD終端輸出。很多顯示設(shè)備,如常見的CRT或LCD顯示器一般都采用統(tǒng)一的15針VGA顯示接口。如需要外接這些設(shè)備,則需要把LCD輸出信號的接口轉(zhuǎn)換為VGA接口。本設(shè)計(jì)是在三星公司芯片 S3C2440平臺下,利用最高頻率可以達(dá)到330 MHz的ADV7125芯片,設(shè)計(jì)了能夠把輸出的LCD信號轉(zhuǎn)換為VGA信號的轉(zhuǎn)換電路。該設(shè)計(jì)方案具有電路簡單、價格低廉、輸出圖像清晰穩(wěn)定等特點(diǎn)。

1 ADV7125芯片介紹

ADV7125是一款單芯片、3通道、高速度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。內(nèi)置3個高速、8位、帶互補(bǔ)輸出的視頻DAC、1個標(biāo)準(zhǔn)TTL輸入接口,以及1個高阻抗、模擬輸出電流源。它具有3個獨(dú)立的8位寬輸入端口。只需1個+5 V/+3.3 V單電源和時鐘便能工作。ADV7125還具有其他視頻控制信號:復(fù)合同步信號控制端消隱信號控制端以及省電模式控制端。它能夠與各種高分辨率彩色圖形系統(tǒng)兼容[1]。ADV7125功能框圖如圖1所示。

ADV7125有3個視頻數(shù)據(jù)寄存器DATA REGISTER和一個視頻控制寄存器POWER-DOWN MODE。數(shù)據(jù)寄存器的3個輸入端分別連接紅綠藍(lán)三色的數(shù)字視頻信號,數(shù)據(jù)寄存器后面緊跟數(shù)模轉(zhuǎn)換單元,將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號;控制寄存器將數(shù)字的消隱信號、同步信號轉(zhuǎn)換合并。數(shù)模轉(zhuǎn)換后的模擬視頻信號和控制寄存器輸出的同步、消隱控制信號共同作為ADV7125的輸出信號,此輸出信號大小受Rset端和地之間接入的外加電阻RSET大小的控制。

圖1 ADV7125功能框圖

2 ADV7125芯片用于VGA轉(zhuǎn)換的基本原理

ADV7125芯片用于VGA轉(zhuǎn)換的基本原理是,將S3C2440輸出的數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換為模擬的VGA輸出信號,模擬的VGA輸出信號的大小受ADV7125芯片外圍參考電壓VREF和外加電阻 RSET的控制,(VREF和 RSET的具體接法如圖4所示)其關(guān)系如下:

式中IOG、IOR、IOB分別代表綠、紅、藍(lán)三色信號的幅度。當(dāng)不用復(fù)合同步信號時,需要把端連接低電平,這時IOG的關(guān)系式同式(2)。

圖2 ADV7125的端 對輸出視頻信號的影響

表1 典型的視頻輸出真值表

對應(yīng)圖2和表1可得到以下結(jié)論:

①當(dāng)IOR、IOG 、IOB三端的DAC輸入為0x00時,代表屏幕最黑,此時對應(yīng)圖2為對應(yīng)表1為第7行。從圖2左面列表可以看到,IOR、IOB端的電流、電壓分別是0mA、0V,IOG端的電流、電壓分別是7.2 mA、0.271 V。即電流相差7.2 mA。

②當(dāng)IOR、IOG、IOB三端的DAC輸入為0xFF時,代表屏幕最白,此時對應(yīng)圖2為WHITE LEVEL,對應(yīng)表1為第2行。從圖2左面列表可以看到,IOR、IOB端的電流、電壓分別是18.67 mA、0.7 V,IOG端的電流、電壓分別是26.0 mA、0.975 V。即電流相差7.3 mA。

從表1,可以得到以下的結(jié)論:

面對這種情況，依托學(xué)校資源，由不同所有制經(jīng)濟(jì)主體共同出資成立獨(dú)立經(jīng)濟(jì)實(shí)體，實(shí)現(xiàn)決策、培養(yǎng)、評價、改進(jìn)的混合所有制經(jīng)濟(jì)，應(yīng)該是一種不錯的校企合作培訓(xùn)模式。它突破了合作方各自為政的教育模式，實(shí)現(xiàn)了從理念、決策、培養(yǎng)方案到資源調(diào)配的統(tǒng)一，有利于校企合作培養(yǎng)模式的質(zhì)量升級。

3 VGA接口設(shè)計(jì)

根據(jù)需要,把LCD信號轉(zhuǎn)換為VGA信號,轉(zhuǎn)換時必須根據(jù)VGA信號的時序進(jìn)行轉(zhuǎn)換。VGA信號一共包括5部分,分別是紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三色信號和行(H)、場(V)同步信號,紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三色信號和行(H)、場(V)同步信號根據(jù)S3C2440的配置時序,由S3C2440以數(shù)字信號的形式輸出,之后由ADV7125對紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三色信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換,行(H)、場(V)同步信號直接進(jìn)入VGA接口中,不需要轉(zhuǎn)換。下面分別介紹VGA信號的時序、硬件連接、軟件設(shè)計(jì)以及注意事項(xiàng)。

3.1 VGA時序信號

以分辨率為640×480、刷新頻率為60 Hz、16位的彩色顯示模式為例,VGA信號的掃描時序如圖3所示。

圖3 VGA信號掃描時序圖

在場掃描時序中,VSYNC為場同步信號,Tvsync是指顯示器掃描1幀完整畫面需要的時間,大小為16 667 μ s;VSYNC信號每場有525行,其中480行為有效顯示行,45行是場消隱期。場消隱期包括場同步時間(低電平場同步脈沖)tWV(2行/63 μ s)、場消隱前肩tHV(13行/412 μ s)、場消隱后肩 tVH(30 行/952 μ s),共 45 行 。

在行掃描時序中,HSYNC為行同步信號,Thsync是指顯示器掃描一行需要的時間,大小為31.75 μ s,該周期通過Hsync(行同步脈沖)來同步,脈沖的寬度tWH=3.81 μ s。每顯示行包括800點(diǎn),其中640點(diǎn)為有效顯示區(qū),160點(diǎn)為行消隱期(是非顯示區(qū))。行消隱期包括行同步時間tWH(3.81 μ s),行消隱前肩 tHC(0.516 μ s)和行消隱后肩tCH(1.786 μ s),共 160 個點(diǎn)時鐘 。

3.2 S3C2440和ADV7125的電路連接

設(shè)計(jì)中主要使用S3C2440處理器的 LCD控制器接口,它主要通過 DMA方式占用系統(tǒng)總線,支持彩色 TFT液晶屏,支持 16 bbp無調(diào)色真彩。LCD接口數(shù)據(jù)的低8位,中間8位和高8位分別與 ADV7125芯片的BLUE信號、GREEN信號和 RED信號相連,這樣就完成了S3C2440處理器與ADV7125芯片之間數(shù)字信號的傳輸。ADV7125芯片的時鐘信號采用LCD接口的時鐘信號,信號與VM(VSDN)信號相連接,SYNC同步信號接地。COMP端用于內(nèi)部參考運(yùn)放的補(bǔ)償,用 0.1 μ F的陶瓷電容連接在COMP與模擬電源VAA之間,防止自激振蕩以增加穩(wěn)定性。采用AD1580作為參考電壓,AD1580輸出信號穩(wěn)定,能夠很好地滿足電路設(shè)計(jì)的需要。RSET引腳與地之間接一個530 Ω的電阻,用來控制視頻信號的滿幅度。在圖像系統(tǒng)中,不會自動產(chǎn)生復(fù)合同步信號利用本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)視頻同步信息編碼直接進(jìn)入綠色信道。如果不需要,把輸入端與邏輯低電平相連。S3C2440和ADV7125的電路連接如圖4所示。其中 VD0、VD1、…VD23、VDEN 、CLK 、HSYNC、VSYNC為S3C2440的輸出端。

圖4 ADV7125和S3C2440的電路連接

3.3 電路連接需要注意的問題

ADV7125可以用于灰度視頻信號輸出。例如:僅用于1個通道進(jìn)行視頻輸出,這時其他兩個不用的視頻數(shù)據(jù)信道都應(yīng)該與邏輯0相連,不用的模擬輸出應(yīng)該與使用的信道一樣連接相同的負(fù)載。

為了實(shí)現(xiàn)ADV7125的最優(yōu)噪聲性能,對PCB的設(shè)計(jì)必須特別注意。ADV7125電源和地線上的噪聲應(yīng)該優(yōu)化?？梢酝ㄟ^屏蔽數(shù)字輸入和提供好的退耦達(dá)到這一點(diǎn)。VAA和GND的引線長度應(yīng)該盡量短,這樣可以減小電感環(huán)路。在設(shè)計(jì)PCB時應(yīng)盡量把模擬地與數(shù)字地分開,地線應(yīng)該通過1個磁珠與PCB大面積鋪地相連,并且磁珠應(yīng)該盡可能的靠近ADV7125器件的地引腳。電路中使用的電容應(yīng)該盡可能的靠近對應(yīng)引腳,,并且電容的引線應(yīng)該盡可能的短,這樣可以減小引線電容。由于使用頻率非常高,時鐘引線應(yīng)盡可能地短,這樣可以減小噪聲的抖動。視頻輸出信號應(yīng)該由數(shù)字地平面覆蓋,這樣可以增大高頻電源抑制比。

由于模擬RGB信號采用高阻電流源輸出方式,可以直接驅(qū)動75 Ω的同軸傳輸線。長于10 m的電纜可能會對高頻模擬輸出脈沖衰減。使用輸出緩沖可以補(bǔ)償電纜的失真。這些緩沖器在整個輸出電壓擺幅期間,必須有足夠的電流。常見的有AD84x系列的單片運(yùn)放。在較高的頻率下(如80 M Hz),推薦使用AD848。其典型增益電路如圖5所示。

圖5 VGA信號長距離傳輸?shù)牡湫驮鲆骐娐?/p>

通過簡單的計(jì)算可以得知其增益為:GAIN=1+Z1/Z2。改變緩沖電路的增益器件Z1、Z2來滿足所要求的視頻電平。

3.4 相關(guān)的軟件設(shè)置

下面以簡單的測試程序?yàn)槔齺碚f明相關(guān)軟件的編寫。

軟件設(shè)計(jì)的基本流程如圖6所示。具體過程如下:

①首先對LCD的功能寄存器進(jìn)行初始化,主要設(shè)置LCD控制寄存器1～5,LCD緩沖區(qū)起始地址控制寄存器;屏蔽LCD中斷。

②其次對LCD的輸出時序(VGA信號時序)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置分辨率、周期、前(后)信號、同步脈沖。

③再次是對視頻信號進(jìn)行設(shè)置,主要是使能LCD視頻信號的輸出。

④用一幅圖像的輸出來測試VGA的顯示是否正常。

主要代碼如下所示:

圖6 軟件設(shè)計(jì)流程

結(jié) 語

本文結(jié)合S3C2440處理器和ADV7125芯片的特點(diǎn),介紹了LCD轉(zhuǎn)VGA方案,該方案簡單易行,適用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)備的VGA信號輸出。ADV7125芯片有多種頻率可供選擇。本設(shè)計(jì)也可以用于灰度級輸出的信號中,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一些簡單的修改,可以滿足高分辨率,高刷新頻率的環(huán)境要求。

[1]ADV7125芯片數(shù)據(jù)手冊[OL].[2011-03].http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADV7125.pdf.

[2]王恒心,熊慶國.基于FPGA/CPLD的嵌入式VGA顯示系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2008,24(9-2):146-148.

[3]喬義川,馮麗輝.一種基于S3C2410的LCD轉(zhuǎn)VGA簡易技術(shù)方法研究[J].云南師范大學(xué)學(xué)報,2009,29(4):42-45.

[4]范金龍,王景中.基于CH7004的嵌入式系統(tǒng)VGA接口設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2009,17(9):6-8.