一种适用于单片机系统的VGA扩展接口电路

摘要

本发明公开了一种适用于单片机系统的VGA扩展接口电路，是一种基于单片机系统8080总线和IIC总线的外扩接口电路，主要包括LCD控制电路、视频解码电路和VGA接口，为单片机系统提供了输出VGA信号的能力。本发明公开的适用于单片机系统的VGA扩展接口电路，具有简单实用、成本低廉、稳定可靠等优点，可广泛应用于仪表、工业控制领域单片机系统的图像交互领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于单片机系统的VGA（Video Graphics Array，视频图形阵列） 扩展接口电路，具体涉及应用于仪表、工业控制领域单片机系统的VGA输出信号电路 的设计，属于高清显示技术领域。

背景技术

单片机具有性能价格比高、功能灵活、易于人机对话、良好的数据处理能力等特点， 但由于没有内置的LCD控制器，大多数单片机芯片做VGA显示时都存在速度和资源上 的问题。而图像作为一种有效直观的交互媒介，近年来在仪表、工业控制这些单片机传 统应用领域逐渐受到更多的关注。VGA作为显示器的典型接口，在上述领域也被更加 普遍的运用。与之矛盾的是相对匮乏的单片机的VGA扩展接口电路设计。

因此如何在现有的仪表、工控单片机系统之上，设计出可靠、成本低、推广性强的 VGA扩展接口电路是目前上述领域的重要研究课题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于单片机系统的 VGA扩展接口电路，能够在不改变现状仪表、工控单片机系统原有结构上，使其具有 输出VGA信号的能力；其利用LCD控制芯片产生的RGB数字信号，再通过视频解码 芯片将RGB数字信号转化为RGB模拟信号，RGB模拟信号和LCD控制芯片产生的场、 行同步信号一起构成了VGA接口信号；该电路具有可靠、低成本、易推广的特点，可 广泛适用于不具备的VGA输出能力的仪表、工控领域的单片机系统。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于单片机系统的VGA扩展接口电路，包括LCD控制电路、视频解码电路 和VGA接口；所述LCD控制电路的图像数字信号输入端口通过8080总线与单片机系 统的图像数字信号输出端口相接，对单片机系统输出的图像信息进行缓存；同时，LCD 控制电路的场、行同步信号输出端口与VGA接口的数字端口相接；所述视频解码电路 的数字信号输入端口与LCD控制电路的数字RGB信号输出端口相接、控制信号输入端 口通过IIC总线与单片机系统的图像控制信号输出端口相接，结合单片机系统输出的图 像控制信号将数字RGB信号转换为模拟RGB信号；同时视频解码电路的模拟RGB信 号输出端口与VGA接口的模拟端口相接。

优选的，所述LCD控制电路的场、行同步信号输出端口输出的场、行同步信号经 过反相器两次反向后提供给VGA接口的数字端口。

具体的，所述LCD控制电路为基于RA8875芯片设计的LCD控制器。

具体的，所述视频解码电路为基于CH7004芯片设计的视频解码器。

具体的，所述VGA接口为基于DB15设计的VGA接口插座。

优选的，还包括字库电路，所述字库电路通过SPI总线与LCD控制电路相接。

具体的，所述字库电路为基于GT23L32S4W芯片设计的字库电路。

本案提供的VGA扩展接口电路，能够用作仪表、工业控制领域的单片机系统的扩 展，使单片机系统能够输出VGA信号。

有益效果：本发明提供的适用于单片机系统的VGA扩展接口电路，相对于现有的 采用可编程逻辑器件+存储芯片+高速DAC的方案，具有如下优点：1）相对于价格高昂 的可编程逻辑器件，本发明采用的LCD控制和视频编码集成芯片市场供应充足、价格 低廉，能够有效的降低成本；2）本发明采用专用的LCD控制芯片产生RGB数字信号， 与依赖编写软件的可编程逻辑器件方案相比，具有更高可靠性和稳定性；3）本发明主 要依靠硬件电路实现功能，与可编程逻辑器件方案相比，利用LCD控制芯片内置的多 种优化功能，在完成工作的同时，既也不增加原有单片机系统的负担，又能有效减少了 使用者的软件编写量，降低了二次开发的难度；如LCD控制器芯片内建几何图形加速 引擎，让使用者只透过简单的设定就能轻松画出直线、矩形、圆形和椭圆的几何图形； 提供画面卷动、显示浮动窗口和文字放大的实用功能；通过外接了字库芯片，支持 UNICODE、BIG5、GB系列的字库，免除了使用者相应软件的编写；4）本发明基于大 部分单片机都具备的8080接口和IIC接口，能够更好的适用于仪表、工控领域的小型 嵌入式开发环境，适合大范围推广。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为实施例的主干部分电路连接图；

图3为实施例的电源部分电路连接图，其中3(a)为5V电源输出电路，3(b)为3.3V 电源输出电路，3(c)为1.8V电源输出电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，为一种适用于单片机系统的VGA扩展接口电路，包括LCD控制电路、 视频解码电路、字库电路和VGA接口；所述LCD控制电路的图像数字信号输入端口通 过8080总线与单片机系统的图像数字信号输出端口相接，对单片机系统输出的图像信 息进行缓存；同时，LCD控制电路的场、行同步信号输出端口与VGA接口的数字端口 相接；所述视频解码电路的数字信号输入端口与LCD控制电路的数字RGB信号输出端 口相接、控制信号输入端口通过IIC总线与单片机系统的图像控制信号输出端口相接， 结合单片机系统输出的图像控制信号将数字RGB信号转换为模拟RGB信号；同时视频 解码电路的模拟RGB信号输出端口与VGA接口的模拟端口相接；所述字库电路通过 SPI总线与LCD控制电路相接。

具体的，所述LCD控制电路的场、行同步信号输出端口输出的场、行同步信号经 过反相器两次反向后提供给VGA接口的数字端口；具体的，所述LCD控制电路为基于 RA8875芯片设计的LCD控制器，所述视频解码电路为基于CH7004芯片设计的视频解 码器，所述VGA接口为基于DB15设计的VGA接口插座，所述字库电路为基于 GT23L32S4W芯片设计的字库电路。

下面就本案的一个具体实施例给出电路连接说明，电路连接图如图2、图3所示。

单片机系统的接口主要由8080接口和IIC接口组成；其中8080接口由16位数据 线DATA[0:15]、片选信号线CS、读使能信号线RD、写使能信号线WR、数据命令控制 信号线RS、等待信号线WAIT、中断信号线INT和复位信号线RST组成；IIC接口由 数据信号线SD和时钟信号线SC组成。

LCD控制电路为基于RA8875芯片设计的LCD控制器，其通过8080总线与单片机 系统连接，具体连接方式如下：DATA[0:15]分别与RA8875的82～84，88～100号脚顺 序相连；CS与RA8875的79号脚相连；RD与RA8875的77号脚相连；WR与RA8875 的78号脚相连；RS与RA8875的80号脚相连；WAIT与RA8875的7号脚相连；INT 与RA8875的8号脚相连；RST与RA8875的9号脚相连。

视频解码电路为基于CH7004芯片设计的视频解码器，其通过IIC总线与单片机系 统连接，具体连接方式如下：SD与CH7004的26号脚相连；SC与CH7004的27号脚 相连。

如图2所示，RA8875与CH7004通过RGB数字信号总线连接，RGB信号总线由5 位红色信号分量R[0:4]、6位绿色信号分量G[0:5]、5位蓝色信号分量B[0:4]、像素时钟 信号PCLK、场同步信号VSYNC、行同步信号HSYNC组成，具体连接方式如下：R[0:4] 顺序连接了R8875的64～69号引脚和CH7004的11～15号引脚；G[0:5]顺序连接了 R8875的56～59、63～64号引脚和CH7004的3～4号、6～7号、9～10号引脚；B[0:4] 顺序连接了R8875的51～55号引脚和CH7004的1～2、42～44号引脚；PCLK连接了 RA8875的49号引脚和CH7004的39号引脚；VSYNC连接了RA8875的48号引脚和 CH7004的40号引脚；HSYNC连接了RA8875的47号引脚和CH7004的41号引脚。

字库电路为基于GT23L32S4W芯片设计的字库电路，其通过SPI总线与RA8875 连接，SPI总线由片选信号线SFCS0、时钟信号线SFCL、数据输入信号线SFDI、数据 输出信号线SFDO组成，具体连接方式如下：SFCS0连接了RA8875的21号引脚和 GT23L32S4W的19号引脚；SFCL连接了RA8875的18号引脚和GT23L32S4W的13 号引脚；SFDI连接了RA8875的19号引脚和GT23L32S4W的20号引脚；SFDO连接 了RA8875的20号引脚和GT23L32S4W的1号引脚。

VGA接口为基于DB15设计的VGA接口插座，DB15分别与RA8875和CH7004 相连；其中RA8875输出的是场、行同步信号，分别经过2级反相器驱动之后与DB15 相连，反相器采用7404芯片；来自RA8875的48号脚的场同步信号VSYNC经过7404 两次反向驱动之后与DB15的14号引脚相连；其中来自RA8875的47号引脚的行同步 信号HSYNC经过7404两次反向驱动之后与DB15的13号引脚相连。CH7004输出的 是RGB模拟信号，通过下拉电阻匹配阻抗后连接到DB15。其中来自CH7004的20号 引脚的蓝色模拟信号量B连接75Ω下拉电阻后与DB15的3号引脚相连；来自CH7004 的21号引脚的蓝色模拟信号量G连接75Ω下拉电阻后与DB15的2号引脚相连；来自 CH7004的22号引脚的蓝色模拟信号量R连接75Ω下拉电阻后与DB15的1号引脚相 连。

具体RA8875、CH7004、GT23L32S4W和7404的相关外围电路参见各自技术手册。

如图3所示，本案的电源电路主要采用了5V电源输出芯片提供5V电平；3.3V电 源输出芯片输出3.3V电平；1.8V电源输出芯片输出1.8V电平。其中5V电源输出芯片 采用TPS5430芯片；3.3V电源输出芯片采用ASM1117-3.3芯片；1.8V电源输出芯片采 用ASM1117-1.8芯片。以上芯片相关外围电路接法参照各自技术手册。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。