Diseño y construcción de un sistema gráfico de representación de datos mediante microcontrolador y FPGA

Abstract

El propósito de este proyecto es realizar un sistema independiente capaz de representar en una pantalla, tipo monitor de PC, datos adquiridos desde el exterior. En este caso los datos provienen de un sencillo sistema de instrumentación el cual, con la ayuda de un sensor, mide la temperatura ambiente y ésta es mostrada por pantalla. Para la ejecución global del proyecto el sistema se divide en dos grandes bloques. El generador gráfico y el bloque de procesado de datos y generador de instrucciones. El primero es el encargado de generar las señales de video correspondientes a la imagen que se quiere mostrar en cada momento y conforma la parte más importante del proyecto. Para ello el generador gráfico, implementado sobre un dispositivo FPGA, se ayuda de una memoria externa SRAM de vídeo. Este debe generar la imagen en función de las instrucciones que recibe del sistema procesador de datos y generador de instrucciones. El bloque de procesado de datos y generador de instrucciones está basado en un microcontrolador. Este realiza inicialmente una conversión A/D de los valores analógicos externos procedentes del sistema de instrumentación. Una vez procesado el resultado de la conversión se constituyen las instrucciones necesarias y estas son transmitidas al generador gráfico bajo un simple protocolo de comunicaciones preestablecido entre ambos bloques. El bloque formado por el microprocesador es el que decide que se debe mostrar en pantalla en cada momento e indica al bloque basado en la FPGA lo que este debe dibujar. El microcontrolador informa a la FPGA únicamente de los cambios que se producen en la imagen y esta es la encargada de generar y refrescar continuamente la señal de video correspondiente. La implementación del sistema dividiéndolo en dos partes permite separar el trabajo que conlleva la generación de una imagen del procesado y representación de los datos que la conforman. De esta forma se libera al sistema controlador de gran cantidad de trabajo permitiendo a este dedicarse al resto de funciones. Esta arquitectura se asemeja, en la base de su funcionamiento, a la utilizada por las computadoras personales mediante las tarjetas gráficas las cuales se encargan de toda la parte implicada en la generación de imagen liberando a la CPU de este trabajo y aumentando el rendimiento y flexibilidad del sistema global.