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采用ATMEGA128 单片机结合CPLD 实现了对VGA 显示器和激光打印机的控制 作者：时永乐 王培勇 转贴自：微计算机信息 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 、 I2 [1] C、SPI、PWM 等多种资源 。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，以验证设计的合理与否。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