基于ARM的信号发生器人机交互系统设计

　1 引言
   　　信号源作为一种基本电子设备无论是在教学、科研还是在工程技术保障中，都有着广泛的使用。随着科学技术的发展和DDS技术的成熟，基于DDS的任意波信号发生器已成为信号源的主流。目前DDS任意波信号发生器广泛使用中文液晶显示器已成为一个趋势。
   　　本文以Hynix公司生产的HMS30C7202工业级处理器作为控制器，以矩阵键盘作为输入设备，以AMPIRE公司生产的AM-320240LTNQW-00H TFT LCD显示屏作为显示输出设备，研究设计了相应的硬件电路与显示驱动程序，在此基础上完成了人机交互中英文显示系统的设计。
   　　2 显示系统总体方案设计
   　　显示系统由硬件和软件两部分构成，如图1、图2所示。

   
   硬件部分以HMS30C7202微处理器为核心，FLASH和SDRAM作为存储设备，从矩阵键盘接受输入，并在LCD上显示相应内容，同时通过UART与DDS信号源进行通讯。存储系统中的FLASH用来固化程序及保存波形数据和系统参数；SDRAM是系统上电正常运行后的代码和数据载体。
   　　软件部分又可分成底层驱动程序和上层控制程序两部分。底层驱动包括设置系统模式和时钟，初始化存储器，代码拷贝，初始化LCD控制器，中断控制器和UART控制器等。上层控制程序不断查询是否有键按下。若有键按下，则执行相应的任务，LCD显示相应内容；同时若需要，通过UART向DDS信号源发出控制命令。
   　　3  LCD驱动电路组成
   　　HMS30C7202本身集成LCD控制器，支持STN和TFT LCD液晶屏。AM-320240LTNQW-00H TFT LCD显示屏接口共有54个引脚，它和LCD控制器的连接方法如图3所示。
   
   　4 软件系统设计
   　　DDS任意波信号发生器人机交互系统中的LCD显示包括汉字和字符的显示、位图的显示以及窗口的显示。
   　　4.1 汉字和字符的显示
   　　由于标准字库太大，而DDS任意波信号发生器LCD显示的字符只占很少的一部分，因此需要自己制作一个字库。结合LCD显示屏的大小，汉字字符采用16*16点阵，英文字符和数字采用12*24点阵。为了软件操作上的方便，汉字字库和英文字库相互独立。汉字字模和英文字模的定义如下。
   
   所有汉字字模数据构成数组HZFONT DDSHZTable[],所有英文和数字的字模数据构成数组YWFONT DDSENTable[]，这就是DDS任意波信号发生器自己的字库。显示时，首先找到当前要显示的字符在字库中的位置，然后通过显示算法将字符在LCD 上显示出来。
   　　4.2 位图的显示
   　　位图的显示用于DDS任意波信号发生器显示开机画面或波形图像。其实现方法是将开机画面对应的位图图像转化成320*240格式的数据，放在数组const char gImage_hello[153600]中，然后将数组起始地址直接赋给LCD显存开始地址就行了。当显示比LCD画面小的位图时，则要定位该位图在LCD屏中的显示位置，然后通过一定的算法显示出位图图像。
　4.3 窗口的显示
   　　DDS任意波信号发生器窗口的显示内容如图4所示。窗口大致分三个区，一区为左上角的波形显示及说明区，用来显示各种波形或操作提示信息；二区为右边和下边的功能菜单区，用来设置参数和进行波形调制；三区为中部的参数菜单显示区，用于显示波形和调制参数。
   
   　为了有效管理窗口显示，给窗口定义了结构体。
   
   菜单分两种，一种是功能菜单，如图4中的频率菜单、调制菜单。这种菜单只要求显示菜单名，则对应Menu结构体中的ParaFlag=0。另一种菜单为参数菜单，见图4中的参数菜单显示区。每个参数菜单有一个参数名和一个参数值，则对应Menu结构体中的ParaFlag=1，Text指向参数名字符串，pData指向参数值字符串。
   
　　4.4 键值处理及LCD显示模块
   　　DDS任意波信号发生器的上层控制程序的主体就是键值处理及LCD显示模块，其软件流程图如图5所示。它主要完成三方面的功能。（1）按了不同的波形键。由于各种波形的形状、参数种类和个数不尽相同，当按了波形键且和上一次按的波形键不一样时，LCD要刷屏并显示当前波形窗口。（2）按了设置参数键。这一般用来修改波形参数或系统参数。LCD必须提供编辑框或选择框，动态显示键盘输入的数字和单位。对一些需要保存的参数，则还要将这些数据保存在FLASH中。（3）按了输出键。LCD不需要修改显示画面，HMS30C7202通过串口向DDS信号源发送命令控制字。

   另外为了提高LCD的换屏速度，在换屏显示时并不是更新所有内容，而是只有当前操作修改了哪些参数，LCD才更新显示哪一块内容。
   　　5 结论
   　　本文设计的DDS任意波信号发生器人机交互系统已在实际硬件环境中调试通过。LCD显示画面简洁，操作简单直观。同时若要修改菜单内容，调整菜单显示位置，只需修改窗口结构体变量的值，无需修改程序代码，软件系统易于扩展和移植。
   　　本文作者创新点：采用先进的HMS30C7202 ARM处理器和高性能的M-320240LTNQW-00H TFT液晶屏，设计了一个DDS任意波信号发生器的人机交互系统。该系统实现方法简单，操作简便，界面显示直观，且易于移植和扩展。