本站原创摘 要：文章主要研究VGA显示器的接口控制器的原理,基于AT89S52的系统硬件设计,并探讨了其程序流程和系统调试.
关 键 词：VGA彩条信号发生器
随着现代电子技术的发展,越来越多的电子产品设备进入人们的日常生活、工业生产、科研教学.电子设备在现代社会中具有无可代替的地位.近几年,越来越多的娱乐电子产品进入人们眼中,例如,手机、MP3、MP4、GPS等.在这些电子设备中都有一个共同部件——显示部件,当这些设备缺少了相应的显示就会变成一个人们很难使用的东西.显示设备是人和机器交流的途径,人们可以通过显示设备知道机器做出了什么样的动作,是不是人们所预期的.在以上所罗列的电子设备中所用到的显示设备都是比较小的,可以显示的信息有限,再显示更多的信息就无能为力了.然而,标准的VGA显示器可以显示640X480个信息,因此,VGA显示器可以满足显示大量信息数据的要求.
因此,研究VGA显示器的接口控制器就显的很有价值,并且用单片机驱动VGA显示器的相关文献和资料非常少.所以,本文介绍基于51系列单片机驱动VGA显示器的研究就显得相当有价值.
1.VGA显示原理
VGA（VideoGraphicArray）即视频图形阵列,具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点.VGA接口不但是CRT显示设备的标准接口,同样也是LCD液晶显示设备的标准接口,作为一种标准的显示接口在视频和计算机领域得到了广泛的应用.VGA图像信号发生器是电视台、电视机生产企业、电视维修人员常用的仪器,其主要功能就是产生标准的图像测试信号.
CRT显示器采用光栅扫描方式,即轰击荧光屏的电子束在CRT屏幕上从左到右（受水平同步信号控制）、从上到下（受垂直同步信号控制）做有规律的移动.光栅扫描又分逐行扫描和隔行扫描.电子束采用光栅扫描方式,从屏幕左上角一点开始,向右逐点进行扫描,形成一条水平线；到达最右端后,又回到下一条水平线的左端,重复上面的过程；当电子束完成右下角一点的扫描后,形成一场.此后,电子束又回到左上方起点,开始下一场的扫描.这种方法也就是常说的逐行扫描显示,如图1—1所示.而隔行扫描指电子束在扫描时每隔一行扫一线,完成一屏后再返回来扫描剩下的线,这与电视机的原理一样.隔行扫描的显示器比逐行扫描闪烁得更厉害,也会让使用者的眼睛更疲劳.目前微机所用显示器几乎都是逐行扫描.
2、基于AT89S52的系统硬件设计
2.1主控模块设计
实现VGA显示器驱动电路的主控方案有多种方式,常见的有基于FPGA/CPLD的可编程器件实现、FPGA+单片机和专门的ASIC芯片.
现代电子设计技术的核心是EDA技术.EDA技术依赖功能强大的计算机,在EDA软件工具平台上,以硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述的主要手段完成系统设计.随着微电子技术和计算机技术的不断发展,在涉及通信、国防、航天、工业自动化、仪器仪表等领域的电子系统设计工作中,EDA技术的含量正以惊人的速度上升,它已成为当今电子技术发展的前沿之一.其中,基于EDA技术的可编程的ASIC越来越多的被电子工程师开发利用.这是因为这种技术有许多优点：用软件实现硬件功能,从而大大减小了电路板的尺寸,提高了电路的可靠性和可移植性,同时还缩短了产品的开发周期,降低了开发成本,易于产品的升级换代.
利用FPGA设计VGA图像显示控制由于是对视频数据进行处理,用普通的设计方法（不使用专用芯片）,在单芯片上实现是不可思议的.但利用可编程器件CPLD/FPGA设计,轻松地达到了面积和速度上的要求.利用可编程器件CPLD/FPGA实现VGA图像显示控制器在工业现场中有许多实际应用.
FPGA+单片机方案也是基于仅仅用FPGA方案的优点,用单片机进行数学运算,信号处理等,充分利用FPGA和单片机的优点.缺点是系统复杂,电路调试困难,系统成本高.
可以专门为VGA开发一片ASIC芯片,ASIC芯片具有专门针对某一应用而设计,因此,处理VGA数据效率极高,数据处理能力强.但缺点是ASIC是专门为某一应用而开发设计,使用面窄,费用非常昂贵.明显不适用于普通大学课程实训.
虽然使用单片机来驱动VGA显示器比起其它方案复杂些,但仅仅是编程时序复杂而已,电路系统很简单,焊接完成即可正常使用.
2.2电源部分设计
当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利,但是任何电子设备都有一个共同的电路——电源电路.大到超级计算机、小到袖珍计算器,所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作.
电源可分为开关电源和直流稳压电源.
开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOET构成.开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异.线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一点称为成本反转点.随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广阔的发展空间.
开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类,DC/DC变换器现已实现模块化,且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化,并已得到用户的认可,但AC/DC的模块化,因其自身的特性使得在模块化的进程中,遇到较为复杂的技术和工艺制造问题.
由于电子技术的特性,电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能,而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能.提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源.直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位.
2.3VGA接口驱动电路
由于VGA为模拟信号,阻抗为75欧姆,电平为0—0.75V之间,本系统采用8050三极管的导通截止工作模式以提高单片机的驱动能力,输出电平接近5V,所以需要在三极管输出和VGA接口DB15之间串入一个330欧姆的电阻.