曾清德　覃舒琳　李盛福

摘 要：采用單片機(jī)AT89C51驅(qū)動(dòng)TFT -LCD控制模塊中的VGA接口，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的顯示信號(hào)并進(jìn)行投影，設(shè)計(jì)VGA接口信號(hào)轉(zhuǎn)換到模擬液晶屏上顯示的驅(qū)動(dòng)電路，利用 AD9883A芯片強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)HUD信息顯示。

關(guān)鍵詞：TFT-LCD VGA接口信號(hào) AD9883A芯片 驅(qū)動(dòng)電路

1 引言

HUD抬頭顯示系統(tǒng)又稱平視顯示系統(tǒng)，最初運(yùn)用在戰(zhàn)斗機(jī)上，隨著投影技術(shù)的發(fā)展，HUD這項(xiàng)技術(shù)由于獨(dú)特的安全輔助性能將會(huì)與汽車系統(tǒng)配置結(jié)合，用以顯示眾多的信息，除車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等常規(guī)信息外，還包括車外的天氣狀況，車載診（OBD）信息，目的地的搜索以及各種App的服務(wù)內(nèi)容;基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）的HUD還能夠能夠識(shí)別盲點(diǎn)并及時(shí)發(fā)出警告以避免發(fā)生交通事故。

薄膜晶體管液晶顯示器（FT-LCD）具有輕薄平坦，耗電量低，沒有輻射而且顯示質(zhì)量好等特點(diǎn)。VGA是一種標(biāo)準(zhǔn)的15芯顯示屏界面的接口。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)VGA接口信號(hào)，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的顯示信號(hào)進(jìn)行投影，基于VGA接口信號(hào)轉(zhuǎn)換到模擬液晶屏上顯示的驅(qū)動(dòng)電路，可以達(dá)到高分辨率，快速的顯示通過接口連接的信息以及顯示豐富色彩的圖像等優(yōu)點(diǎn)，見圖1。

2 電路設(shè)計(jì)

由單片機(jī)AT89C51驅(qū)動(dòng)TFT -LCD控制模塊中的VGA接口具體連接電路圖5-2如所示：

很多的多媒體計(jì)算機(jī)外屏設(shè)備要實(shí)現(xiàn)各種色彩多樣復(fù)雜的圖像顯示都是通過模擬VGA接口來連接的，通過VGA接口連接R、G、B這三種原色信號(hào)還有行、場同步信號(hào)是通過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器把經(jīng)過處理后計(jì)算機(jī)內(nèi)部生成的以數(shù)字信號(hào)的形式顯示的圖像轉(zhuǎn)換而來的，經(jīng)過這一系列的轉(zhuǎn)換處理，最后通過電纜傳輸?shù)搅孙@示設(shè)備中。LCD等是一種接收數(shù)字信號(hào)的顯示設(shè)備，所以要想實(shí)現(xiàn)LCD的顯示功能，必須在顯示設(shè)備中加入相應(yīng)的A/D（數(shù)字/模擬）轉(zhuǎn)換器，這樣才能使輸出設(shè)備出來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，通過接口生成的數(shù)字化的行、場同步信號(hào)和顯示數(shù)據(jù)信號(hào)再通過顯示電路的處理，最后才能成為液晶顯示屏可以接手的數(shù)據(jù)格式。本設(shè)計(jì)采用TFT-LCD作為投影顯示設(shè)備。

3 AD9883A芯片

AD9883A是一個(gè)8bit×3通道的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，最大的轉(zhuǎn)換速率為140MS/s（百萬次采樣/每秒），就因?yàn)樗羞@么快的轉(zhuǎn)換率，所以它廣泛被用作各個(gè)領(lǐng)域數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換的裝置。該芯片專門用于采集模擬R、G、B信號(hào)，將數(shù)字化作為中間轉(zhuǎn)換器件使用，最常用在視頻信號(hào)處理領(lǐng)域。AD9883A不僅有三條通道的視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換路徑，而且具極高的性能，RGB三色信號(hào)可以通過它在同一時(shí)間內(nèi)被采集，這樣就使得它在信號(hào)采集的時(shí)間比其他的轉(zhuǎn)換器快跟多。AD9883AN內(nèi)部包含了25個(gè)寄存器，其中有15個(gè)為只讀寄存器，4個(gè)為備用寄存器，而剩下的6個(gè)寄存器既可讀又可寫;AD9883A初始化和控制都是依靠它內(nèi)部的寄存器來進(jìn)行的。如果要確保AD9883A的正常工作，這些寄存器就需要寫入要達(dá)到的目標(biāo)功能的數(shù)據(jù)信息，而且不同的程序環(huán)境，寄存器執(zhí)行的功能也不同。AD9883A應(yīng)用在新的環(huán)境之前必須進(jìn)行初始化，否則它輸出的信號(hào)就不是很準(zhǔn)確。它的初始化是靠它內(nèi)部的SDA和SCL引腳執(zhí)行的，時(shí)序符合fc總線的時(shí)序標(biāo)準(zhǔn)。

AD9883A的基本特點(diǎn)：（1）最大轉(zhuǎn)換率140MSPS（2）模擬帶寬300M（3）模擬電壓輸入范圍0.5V到1.0V（4）110MSPS時(shí)PLL時(shí)鐘波動(dòng)為500ps p-p.電源3.3V（5）實(shí)時(shí)同步處理（6）熱插拔同步檢測（7）中級(jí)嵌位（8）節(jié)能模式（9）低能：典型500mW（9）4：2：2輸出格式。

3.1 AD9883A芯片內(nèi)部功能模塊

數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置輸入VGA視頻信號(hào)后，信號(hào)是不能直接進(jìn)入轉(zhuǎn)換器直接進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理的，進(jìn)入之前必須要使其輸入的電平滿足A/D轉(zhuǎn)換模塊的要求，而要滿足其電平的要求，就必須通過先鉗制電位的方式來調(diào)整他的直流偏移分量。AD9883A內(nèi)，有高清的A/D轉(zhuǎn)換器（高寬帶），八位分配率和110ms/s的轉(zhuǎn)換速度來對經(jīng)過處理后電位的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行采樣、量化、編碼。最后得到的數(shù)字信號(hào)通過寄存器調(diào)整采樣相位，獲得最好的轉(zhuǎn)換效果。

通過PLL（同步）設(shè)備創(chuàng)建的樣本時(shí)鐘可以用作參考時(shí)間，A/D共識(shí)所需要的樣本時(shí)鐘需要通過分離頻率才能獲得，在AD9883A內(nèi)部，集成了超低抖動(dòng)鎖相環(huán)，就是因?yàn)橛羞@個(gè)鎖環(huán)扣的存在，所以AD9883A在所有的工作模式下，時(shí)鐘抖動(dòng)都低于時(shí)鐘的5%。因此，系統(tǒng)能產(chǎn)生穩(wěn)定清晰的圖像主要依靠的就是AD9883A的穩(wěn)定性;AD9883A可以接受豐富的圖像格式，是因?yàn)樗幸粋€(gè)范圍寬度大，可以調(diào)節(jié)的鎖環(huán)口，鎖環(huán)口可以根據(jù)輸入不同的圖像格式來進(jìn)行調(diào)節(jié)其開度，產(chǎn)生的像素點(diǎn)頻率可達(dá)到12-140MHz。

AD9883A的同步信號(hào)產(chǎn)生模塊可以識(shí)別多種同步信號(hào)輸入模式，并根據(jù)需要靈活設(shè)置各種同步信號(hào)輸出模式。如果要器件的初始化就要通過I2總線時(shí)序來實(shí)現(xiàn)。

A/D轉(zhuǎn)換模塊可以采集形式多樣的VGA圖像格式，但是它有一個(gè)弊端就是不能實(shí)現(xiàn)圖像格式的自動(dòng)檢測，要想要實(shí)現(xiàn)圖像格式的自動(dòng)檢測，就必須通過它內(nèi)部自己提供I2接口進(jìn)行設(shè)置，通過FPGA控制器來對圖像格式的自動(dòng)檢測。除此之外，VGA圖像在不同的格式下場同步信號(hào)的有效脈沖電平是不均勻的。A/D轉(zhuǎn)換模塊將自動(dòng)檢測到的輸入場同步信號(hào)的極性存儲(chǔ)在內(nèi)部的寄存器中，而輸入VGA場信號(hào)的極性通過讀取存儲(chǔ)在寄存器內(nèi)的信息來判斷。由A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出的場同步信號(hào)實(shí)現(xiàn)了輸入場同步信號(hào)的反相位。而要判斷是否需要設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器對場信號(hào)進(jìn)行反向處理，則需要在采集前讀取A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部寄存器來判斷當(dāng)前輸入同步信號(hào)的極性，因?yàn)镕P -GA內(nèi)部的同步邏輯只支持一種有效電平的場同步信號(hào)。

輸入的模擬信號(hào)經(jīng)過鉗制電位處理、亮度和對比度調(diào)整、偏置控制后，液晶顯示器所需的數(shù)字視頻信號(hào)的是在鎖相環(huán)產(chǎn)生的采樣時(shí)鐘作用下，由AD9883A內(nèi)部3個(gè)高精度高速度的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換而來。圖4為數(shù)據(jù)輸出時(shí)序圖，下面通過數(shù)據(jù)輸出時(shí)序圖對圖像的采集過程進(jìn)行分析，根據(jù)時(shí)序圖可看到輸出數(shù)據(jù)時(shí)鐘DATACK在一個(gè)周期內(nèi)有下降段和上升段，這個(gè)過程里下降沿對應(yīng)的是其對信號(hào)的采集和量化;經(jīng)過量化后的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿穩(wěn)定的輸出;經(jīng)過這一個(gè)周期的工作后，圖像數(shù)據(jù)被接口電路準(zhǔn)確的鎖存在DATACK上沿，這樣就實(shí)現(xiàn)數(shù)字化圖像的采集;這個(gè)就是數(shù)據(jù)的整個(gè)采集過程。圖中的HSYNC是用來消除邊沿定時(shí)的不確定性的，這樣就保證了像素時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的相位不存在延遲等問題，。AD9883A有一個(gè)數(shù)據(jù)輸出通道，如果輸出的數(shù)據(jù)中存在無效數(shù)據(jù)的現(xiàn)象就說明數(shù)據(jù)在輸出之前沒有對通道進(jìn)行清空，因此，為了保證輸出數(shù)據(jù)的有效性，在數(shù)據(jù)輸出之前應(yīng)對通道進(jìn)行清空。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目研究的抬頭顯示系統(tǒng)（HUD）以AD89C51單片機(jī)為核心，選擇基于LCD的TFT-LCD的投影技術(shù)作為對象，所需要的顯示信息如車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等，可選擇霍爾傳感器作為信號(hào)的獲取端，霍爾傳感器輸出的信號(hào)被信息采集電路處理成為方波脈沖信號(hào)，才能被單片機(jī)識(shí)別。本文重點(diǎn)在于選擇VGA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)作為連接單片機(jī)單元與投影單元的通道，主要設(shè)計(jì)出以單片機(jī)為基礎(chǔ)的基于VGA接口的投影轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路，系統(tǒng)選用功能強(qiáng)大AD9883A芯片，實(shí)現(xiàn)HUD信息顯示。

（本文來源于廣西科技大學(xué)2020年大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目【202010594244】）。

參考文獻(xiàn)：

[1]余云利.應(yīng)用于自主可編程邏輯控制器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[C].西安電子科技大學(xué)，2017.

[2]胡宇，車載抬頭顯示器系統(tǒng)地研究[D].武漢理工大學(xué)，2012.

[3]張偉華，基于非晶體硅TFT-LCD顯示系統(tǒng)與控制模塊研究[D]，西安理工大學(xué)，2008.