AVR的VGA显示和激光打印系统.docVIP

基于AVR的VGA显示和激光打印系统 摘要：用ATMEGA128单片机结合CPLD实现了对VGA显示器和激光打印机的控制，完成了在VGA显示器上实时显示字符和图形的功能，并控制激光打印机实现了屏幕信息的打印输出。本设计克服了单片机系统显示和打印功能薄弱的缺点，为扩大其应用范围奠定了基础，同时也为其他嵌入式系统的信息输出提供了一种解决方案。 关键词：VGA控制器；PCL命令语言；激光打印；CPLD ?????? 随着集成电路制造技术的不断发展，MCU、ARM、DSP等微控制器、微处理器的性能急剧提高，但是输出功能，尤其是显示和打印功能仍然比较薄弱，与PC机相比有较大的差距。输出功能薄弱的缺点，限制了其应用范围的扩大。ATmega128是美国Atmel公司生产RISC 结构的高性能MCU芯片，含有ADC、I2C、SPI、PWM等多种资源 [1]。本论文以ATMEGA128单片机为例，结合CPLD和高速SRAM，介绍在VGA显示器上显示字符、图形信息和控制激光打印机打印输出屏幕信息的方法。本设计克服了单片机系统信息输出功能薄弱的缺点, 为单片机和其他嵌入式系统的信息输出提供了一个解决方案，使得其应用范围更加广阔。系统结构如图1所示。 1? VGA显示控制器的实现 ??? PC机在VGA的显示器(通常包括CRT和液晶显示器)上的信息显示是通过显卡完成的。单片机在VGA显示器上显示信息同样需要类似的模块来辅助，因此我们设计了和显卡功能相似的VGA显示控制器来辅助ATMEGA128单片机在VGA显示器上显示信息。下面介绍640×480分辨率、59.9HZ刷新率的通用VGA显示控制器的设计方法，并说明微控制器、微处理器如何在VGA接口的显示器上显示信息。 1.1 VGA时序产生模块的设计 ??? 要实现VGA显示控制器的功能，首先需要了解VGA信号的参数和时序。图2所示为640×480分辨率、59.9HZ刷新率的VGA时序图[2]。根据VGA时序图，本论文研究并实现了VGA显示控制器，所用硬件为Altera公司的EPM7128 CPLD和ISSI公司的高速SRAM。EPM7128的作用是通过编程产生VGA显示所需的时序信号，并协助微控制器实现对显存的读写操作。高速SRAM的作用是存储需要显示的数据信息，其读写周期为8ns，满足显示器刷新时对显存进行快速读写的时间要求。设计中用一个bit代表一个象素，640×480分辨率需要37.5K字节的显存。象素时钟频率的选择与VGA监视器的刷新频率和分辨率相关，59.9HZ刷新率时，象素时钟频率为25.175MHZ，其计算公式为：时钟频率＝（行象素数＋行消隐点数）×（一场行数＋消隐行数）×刷新率。 ??? 根据VGA信号的要求，用VHDL语言对EPM7128芯片编程实现VGA时序产生模块。VGA时序产生模块包括：每行的象素数目计数器h_cnt、每场的行数目计数器v_cnt、行同步信号hs产生模块、场同步信号vs产生模块、消隐信号blank产生模块和并行输入串行输出模块等。其中, h_cnt的最大计数值是799， v_cnt的最计数值是是524。行同步信号产生模块根据h_cnt的计数值来产生行同步信号hs;场同步信号产生模块根据v_cnt的计数值来产生场同步信号vs。消隐信号产生模块根据h_cnt的计数值在行同步期间、行消隐前肩和行消隐后肩,把消隐信号blank置为低电平；根据v_cnt的计数值在每一场的场同步期间、场消隐前肩和场消隐后肩,把消隐信号blank置为低电平；其余时间消隐信号blank为高电平，表示此时为有效显示期。并行输入串行输出模块在有效显示期间从sram显存中并行读入数据，串行输出的显示器的红、绿、蓝信号线上。对该程序编译成功后用MaxplussII软件进行波形仿真，以验证设计的合适与否。最后设计完成的时序波形仿真如图3所示。 图 3 VGA显示控制器时序仿真图 ???? ?从仿真波形图种可以看到每一显示行的时间为800个象素时钟周期，每场包括525行。行同步脉冲的宽度为96个象素时钟周期，场同步脉冲的宽度为2行。在行同步信号hs的行同步期间及其前肩和后肩，消隐信号blank为低电平，表示消隐期。在场同步信号vs的场同步期间及其前肩和后肩，消隐信号blank同样为低电平，表示消隐期。仿真结果符合VGA标准时序，项目实际应用也证明了此结果的正确性。 1.2 VGA显示底层函数的编写 ??? 要在屏幕上显示信息，除VGA显示控制器之外，还需要并在ATMEGA128单片机上设计底层绘图函数并建立字符库。通常编写画线、画圆函数时，确定一个点是否在直线或圆上，需要乘、除法和开方运算，而画线、画圆函数调用最为频繁，因此计算量将大到难以接受的程度，极大降低系统的性能。为了克服上述缺点，在编写底