引言
频率特性测试仪又称为扫频仪，或频率响应分析仪，它利用矩形具有内刻度的示波管作为显示器，来直接显示被测电路的幅频特性曲线。但由于示波管的使用，使得整个仪器在外形上显得庞大，笨重，如bt-3gii型的扫频仪重量达到10kg，不方便移动式测量。为此，本设计针对其显示部分，将示波管用lcd代替。适用于便携式仪器仪表中。
硬件设计
本设计所选的液晶显示器是深圳天马微电子公司的tm320240efg，它是一款内藏sed1335控制器的点阵式图形液晶显示模块。lcd控制器选用的是epson公司的sed1335，内部拥有一个160种5×7点阵字符的字符发生器，能分区管理64k的显示存储器，并同时能管理自定义字符发生器。模块tm320240efg的对外接口实质上就是控制器sed1335与mcu的接口。在单片机的选型上，考虑到系统功能与电路的简洁，采用atmel公司推出的avr单片机at90s8535，内嵌8路10位adc，可直接输入模拟电压信号。
at90s8535与tm320240efg接口采用间接访问方式进行连接。单片机通过控制sed1335完成对图形液晶模块的控制。所谓间接访问方式，就是把tm320240efg作为终端接在at90s8535的某个并行i/o接口上，at90s8535通过对该i/o接口的操作，间接地实现对tm320240efg的控制。间接访问方式的接口电路与时序无关。
在电路中，at90s8535使用8位并行pc口作为数据线与模块的数据线db0~db7连接，另外还需要一个3位并行接口作为时序控制信号线/rd，/wr和a0。把pb口中的pb0作为写信号接至tm320240efg的写控制信号/wr上；pd口中的pd3作为读信号接至tm320240efg的读控制信号/rd上；pd4作为数据类型选择信号与模块的a0连接。由于这些并行接口在mcu系统中有自己的地址，所以tm320240efg的片选信号/cs可以不使用，直接接地选通。液晶驱动电源vee取值为－20v，利用单片dc-dc转换器mc34063从逻辑电源转换生成负电源。电路中lcd电源控制端v0用来调节显示屏灰度，电位器r3作为调节液晶显示对比度使用。
adc的0通道输入经过检波后的采样信号，带宽为10khz，经rc滤波去除交流分量。5.1v稳压管起保护作用，高于5.1v的输入信号被限幅在5.1v之内。该输入波形的x轴方向扫描频率为50hz，周期为20ms，12ms工作期，8ms消隐期。外部中断管脚int0输入50hz的方波，作为同步脉冲。mcu的晶振选为6m。
屏幕规划
该液晶屏为320×240点阵，将坐标原点（0,0）定在整个液晶屏的左上角，向右为x坐标，向下为y坐标。为美观起见，四周边框留出空白区域，实际显示曲线的区域为x方向从第24点到264点，共240个点距，30字节；y方向从第16点到208点，共192个点距，24字节。为方便观测，在显示区内绘制坐标轴，用虚线等间距地将横向分作10小格，竖向分作8小格。
在进行图形显示时，起初我们采用的是单层显示方法，但由于要求实时显示，必须考虑屏幕的刷新问题。由于此液晶屏属多点阵，刷新满屏需花费很长一段时间，刷新完后还要在屏幕上重新绘制出坐标轴，增加了mcu的操作负担，而且频繁的满屏刷新还会引起屏幕的闪烁现象发生。因此采取的解决方法为：显示时分作两层显示，*层为文本属性，第二层为图形属性。将不需刷新的坐标轴、汉字显示在文本层，首地址$0000。将实时动态更新的幅频特性曲线显示在图形层，首地址$1000,并通过两层的逻辑“或”操作进行合成显示，以达到图文并茂的显示效果。这样，在刷新时，文本层上的坐标轴和汉字可以保持不变，所需刷新的仅为图形层上的曲线。实际测试结果表明，分层显示的设计思路是正确的。
软件设计
绘制曲线在软件设计上关键是画点和消点的程序。
adc采用单次转换模式，总的转换周期数为14，总的转换时间70~280ms，预分频器的分频因子选为32，故adc时钟频率为6m/32=187.5khz。所以每一次的转换时间是14/187.5k=74.666ms，此adc转换时间是在6m的晶体振荡频率下zui快的采样时间。若选小于32的分频因子，则总的转换时间太快，将小于70ms，不能实现。考虑到实际需要，adc转换时间越快越适宜，故不采用64以上分频。
用ox来记录x方向字节数，初始值为$00，随点的右移从1到30递增。当ox=30时，说明x方向已到达有效显示区的尾部。code记录点在字节中所处位置，画奇数点时code从$80开始右移，画偶数点时code从$40开始右移，每次移动2位，移完一字节后，ox加1。
adc能转换的zui大量程电压是电路基准电压vref的值，这里调节的是4v。1v占48个点距。某一时刻，输入信号zv（z≤4），则其在屏幕上y向的位置是208-z×48。mcu内嵌的adc为10位精度，采样结果转化成点的高度的计算表达式为：
208-（ad值）×（4/1024）×48=208-（ad值）×3/16（1）
考虑到输入信号的扫描时间和mcu的ad转换时间，整个屏幕在x方向要显示240点，只能采取隔列扫描的方法，分两帧画*屏，*帧画奇数点，第二帧画偶数点。先在工作期12ms内采样数据，进行120次ad转换，将其转换结果按顺序存入片内sram中，所以需要100ms启动adc一次。同时，把信号的消隐期8ms加以利用，在整个20ms周期内画120个奇数点，20ms/120=166.666ms，我们设定每隔161.333ms画一个点。画点的具体方法为：从sram中取出ad值，将每组的ad采样结果用式（1）进行计算，转化成y方向坐标，得到点的高度值，送入寄存器oy中。由于屏幕上一横行是320个点，即40字节，显示区距离左边框为3字节，可计算出该点的地址，结果存于寄存器r7:r6中，表达式为：
r7:r6=oy*40+3+$1000+ox（2）
接着再确定该点在此字节中的位数，调用绘点程序即可。画完一屏的奇数点后，等待下一个同步脉冲到来，然后，在同样的扫描时间内，用同样的方法绘制出120个偶数点。这样，全屏显示的时间仅为40ms，人的肉眼观测到的是一条连续的曲线，不会出现隔列的效果。另外，考虑到屏幕的刷新问题，每次画点前，都要在此列先消点。消点和画点的方法类似，程序中用ox1和code1与画点加以区别，这里不再累述。
程序中用寄存器r25作标志状态寄存器，各标志位说明如下：
r25（3）：两帧画*屏。r25（3）=0，*帧画奇数点；r25（3）=1，第二帧画偶数点；
r25（4）：在t/c1中断里置位r25（4）＝1，表明显示时间已到，可以进行画点显示；
r25（5）：在adc转换结束中断里置位r25（5）=1，表明adc转换结束，已采样到数据并存入sram中。
整个程序应用4个中断。20ms同步脉冲上升沿触发外部中断ext_int0，在中断服务程序中，清r25（4,5）=0，并使能两定时器t/c0和t/c1。采用t/c0定时中断，每100us中断一次，在中断服务程序中，启动ad转换。同时采用t/c1输出比较匹配a中断，每161.333us中断一次，置位画点时间到达的标志。adc转换结束中断，在中断服务程序中读取采样值ad，置位r25（5）。
复位时间问题
在整个设计过程中，程序调试用的是avr单片机的在线仿真器ice200。但将调试好的程序经编译后烧到片子里，液晶屏却不能正常显示了。查找原因，主要是单片机和液晶屏的复位时间相差太大引起的。对于at90s8535来说，超过50ns的低电平就会引起系统复位；而lcd的控制器sed1335，复位需要1ms以上的复位电平。所以需在程序的初始化部分，加一定的延时，以使lcd正常工作。回过头来再思考一下在线仿真能通过的原因。仿真器上电和液晶屏上电同步，在调试环境里，下载程序所花时间较长，能够满足lcd的复位时间要求，故在程序运行以后，可使lcd正常显示。
目前，兼顾功能和价格两方面，大量中、仪器仪表已经广泛使用lcd作为其显示输出设备。本文将点阵式图形液晶显示模块和avr单片机at90s8535相结合，使频率特性测试仪的显示输出由原来的示波管改为液晶屏，符合现阶段传统仪器向智能仪器转型的发展趋势，很有市场竞争力。