引言
　　嵌入式設備憑借其與使用者之間的親和力、自然的人機交互界面，得到了迅速的發展，滲透到生活中的各個角落。本文介紹的設計方法是以高性能的8位單片機C8051F120作為核心處理器，SRAM作為系統的顯存，FPGA實現時序轉換，構建低溫（-10℃）下嵌入式顯示系統。通過PC機鍵盤和觸摸屏實現界面操作，最終在液晶顯示器上顯示國標一/二級漢字、ASCII字符和65 536色的彩色圖形和圖片，并制作了簡單的操作界面。
　　1系統工作原理
　　顯示漢字、英文字符和彩色圖形的過程就是將字符和圖形信息轉換成液晶顯示器可以顯示的點陣信息。為了顯示字符，可以將ASCII碼字符點陣字庫和按區位碼排列的漢字點陣字庫存儲在單片機外接的Flash ROM中（構成點陣數據區），并且將程序中用到的字符以機內碼的形式存儲在Flash ROM中（構成文本數據區）。顯示時，單片機將漢字機內碼從文本數據區讀出，轉換成Flash ROM中點陣數據區的字庫地址，通過該地址讀出字符的點陣數據，進一步轉換成液晶顯示器可顯示的數據并送給后續電路處理和顯示。這樣在操作過程中可以顯示包括國標一/二級漢字、大小寫英文字符、標點和數字等多種字符。顯示彩色圖形的時候，由于圖片的存儲空間要求比較大，系統中沒有足夠的空間，可以將PC機內bmp格式的彩色圖片經過格式轉化以后，通過串口送給單片機實時處理并顯示。
　　液晶顯示器工作頻率為4.5～6.8 MHz，并且需要復雜的工作時序。考慮到單片機的工作速度和液晶顯示器的工作頻率，一方面，液晶顯示器在工作頻率下不斷刷新才能工作，需要傳送大量的顯示數據和控制信息；另一方面，單片機要完成許多處理工作，即使工作在100 MHz，也將成為系統運行速率的瓶頸。為了解決這個問題，再次加入一塊SRAM作為顯存，加入一塊FPGA實現時序轉換并控制和刷新液晶顯示器。FPGA分時地讀/寫SRAM，FPGA在時鐘的作用下，一半時間內（時鐘信號為高電平時）從SRAM中讀出數據，不斷刷新液晶顯示器；另一半時間內（時鐘信號為低電平時），如果單片機有送來要顯示的數據時，將此數據寫入SRAM中。分時操作的使用，能在不間斷地刷新液晶顯示器的同時，接收并存儲單片機的數據，使兩方面的工作互不影響，不僅減輕單片機的工作負擔，而且充分發揮了FPGA的性能。
　　
　　圖1系統框圖
　　選擇附有觸摸屏的液晶顯示器，將觸摸屏外接手寫識別控制器，就可以增加手寫識別功能，可提供友好的人機交互界面。由上述分析可以畫出系統框圖，如圖1所示。
　　2系統硬件設計
　　在本嵌入式顯示系統中，采用了夏普公司型號為LQ0357DH01的液晶顯示器，工作溫度范圍在-10～70℃，最低工作溫度相對更低一些。
　　顯示模塊由一個彩色主動點陣式LCD模塊和無定形硅TFT構成，因此可稱為ADTFT（Advanced TFT）。它由彩色TFTLCD面板、IC驅動、FPC、背光、電阻式觸摸屏和背部密封盒組成，但是模塊不包括控制電路。顯示屏工作頻率為4.5～6.8 MHz，分辨率為240×320像素，色彩位深為18位。圖形和文本能以262 114種顏色顯示在240×320點陣的顯示屏上。但是考慮單片機的數據總線寬度為8位，為了簡化操作過程，可將色彩深度確定為16位，單片機分兩次發送每個像素的顏色數據。這樣的簡化操作也可以滿足顯示65 536色彩色圖形的要求。
　　為了提高整個系統的運行速度，采用型號為C8051F120的高性能8位單片機作為處理器。C8051F120使用Silicon Labs公司的專利CIP51微控制器內核。CIP51與MCS51指令集完全兼容，可以使用標準803x/805x的匯編器和編譯器進行軟件開發。C8051F120可穩定工作的最大系統時鐘頻率為100 MHz，峰值性能達到100 MIPS. Flash采用的是M29W400BB（512K×8位），它是一種可讀、可擦除、可重復編程的Flash.FPGA采用Xilinx公司SpartanII系列產品XC2S100.XC2S100是一款具有10萬系統門的FPGA，在邏輯門數上能為系統提供足夠的邏輯電路。144引腳封裝形式的XC2S100可提供103個I/O端口，為系統器件提供足夠的I/O口資源。
　　關于SRAM的選擇，考慮到液晶顯示器的分辨率為240×320像素，每個像素點可顯示65 536色（16位），因此顯存的大小至少為240×320×2B=150 KB.加入一塊512 KB的SRAM CY7C1041BV33作為顯存即可。CY7C1041BV33可以工作在字（word）操作模式下，方便顯示數據的存取，刷新液晶的過程中可將SRAM中的每個字與液晶的每個像素對應。
　　手寫識別采用型號為ePH1200AQ的手寫識別微控制器。ePH1200AQ硬件上集成了8位RISC微控制器、觸摸屏驅動器、接口UART、4 KB SRAM、32K字編程ROM和512K字數據ROM；軟件上則包含手寫識別內核、字符集和筆跡收集軟件。當微控制器與外部觸摸屏相連接的時候，就可以組成手寫識別應用產品，比如SMS、移動電話或者手寫輸入設備。
　　3系統軟件設計
　　系統軟件包括單片機和FPGA兩個部分。本文主要介紹單片機部分的軟件設計。
　　
　　圖2主函數流程
　　單片機完成的功能包括循環查詢兩個串口是否接收到新的數據，當某個串口接收到新的數據時，便采取相應含義的操作。顯示字符時，讀出Flash ROM中的點陣數據，進行轉換和處理后送給FPGA；顯示圖形時，按照設定的圖形軌跡畫出點。
　　單片機在主程序中循環查詢兩個串口是否接收到新的數據，當任意一個串口產生中斷時，根據串口接收到數據的含義，采取相應的操作。主函數流程如圖2所示。