在嵌入式系统设计中调试低速串列汇流排

1、n 在嵌入式系統設計中調試低速串列匯流排 n 單片機和圖形液晶顯示器介面應用技術n 一種圖形液晶顯示器在單片機系統中的應用n DSP與智慧彩色液晶顯示器介面設計n 人機介面中的LCD控制驅動與介面設計n LCD控制驅動器的設計與開發n LCD顯示幕的器件選擇和驅動電路設計n 大螢幕LCDTV源驅動器精細化設計n LCD驅動方式圖解n 嵌入式系統中LCD驅動的實現原理n 一種帶有遊標顯示的LCD驅動控制晶片的設計n 用LCD控制器實現EL場致顯示幕的控制n LCD Driver IC測試方法及其對測試系統提出的挑戰在嵌入式系統設計中調試低速串列匯流排 2006-5-27 -所有低速串列匯流排都是

2、為在數位設備之間傳送資料研製的，以實現最少的連線、最優的速度、低本钱和最大完整性。串列匯流排正變得越來越成功，因為它們經濟高效地解決了同一個電路板的晶片間及分佈在車輛中“黑匣子之間的資料通信問題。I2C (IC間匯流排)是飛利浦公司在20世紀80年代初開發的，其已經成為系統中積體電路之間通信的全球標準。它採用簡單的2線設計，可以用於各種晶片中，如I/O、模數轉換器、數模轉換器、溫度感測器和微處理器。任何I2C設備都可以連接到匯流排上，允許任何主設備與從設備交換資訊。I2C還節約了本钱，降低了整體空間。SPI (串列外設介面)匯流排是主要用於處理器和外設同步串列通信的4線介面。SPI採用同步時鐘

3、，同步時鐘把串列資料以8位元碼組的形式移入和移出微控制器。SPI匯流排是一種主/從介面。主介面驅動串列時鐘。在使用SPI時，會同時發送和接收資料，使其成為一種全雙工協議。CAN控制器區域網匯流排是博世公司在20世紀80年代專門研製的一種分層串列資料通信協定，以在電氣雜訊環境中控制電子設備及與電子設備通信。1992年，梅塞德茲-賓士率先在其汽車系統中採用CAN。今天,CAN領域已經擴展到要求容忍電氣雜訊、減少連線、校驗錯誤及高速傳送速率高達1 Mbps 40 M的其他系統中。串列匯流排提出了某些重大挑戰。隔離事件變得更加困難，很難解釋螢幕上顯示的專案。手動解碼耗時長，容易出錯。DPO4000系列

4、擁有350 MHz - 1GHz的帶寬範圍及最低5x的超量取樣能力，可以捕獲及精確顯示最快速的暫態事件。所有通道上標配10 M的記錄長度，可以捕獲長信號活動視窗，同時保持精細的定時解析度。通過DPO4000系列強大的觸發、解碼和搜索功能，設計工程師可以以傑出的效率解決嵌入式系統設計問題。 單片機和圖形液晶顯示器介面應用技術 2006-2-28 -引言 液晶顯示器(LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優點，近幾年來被廣泛用於單片機控制的智慧型儀器器、儀錶和低功耗電子產品中。LCD 可分為段位元式LCD、字元式LCD 和點陣式LCD。其中，段位元式LCD 和字元式LC

5、D 只能用於字元和數位的簡單顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點陣式LCD 不僅可以顯示字元、數位，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，並且可以實現螢幕上下左右滾動，動畫功能，分區開視窗，反轉，閃爍等功能，用途十分廣泛。本文介紹了點陣式液晶顯示器MGLS12864 與單片機的介面及編程的方法，同時介紹了創建8×16 字元和16×16 點陣漢字的方法，及常用的字元顯示和漢字顯示程式。 硬體設計 這裏著重介紹液晶顯示器與單片機的介面技術。有關MGLS12864 圖形液晶引腳功能及控制器HD61202的介面時序波形，可查看圖形液晶顯示器產品有關手冊。 單片機可以通過資料匯流排

6、與控制信號直接採用記憶體訪問形式、I/O 設備訪問形式控制該液晶顯示模組。本文以華邦公司的W78E58 為例,它是51 系列單片機相容的微控制器，其內部有32KB 的FLASH EEPROM,用戶編制的程式及需要顯示的英文字母、數位元元元、漢字、曲線和圖形都可以存儲在裏面，免去了擴展外部記憶體的麻煩，使得以W78E58 單片機為核心的控制系統電路更簡單。因此十分適用於液晶顯示。 MGLS12864 與W78E58 單片機介面電路如圖1 所示。該圖採用直接訪問方式，單片機通過低位元位址A2控制CSA；A3 控制CSB，以選通液晶顯示幕上各區的控制器HD61202；同時W78E58 用位址A1 作

7、為R/W 信號控制資料匯流排的資料流程向；用位址A0 作為D/I 信號控制存放器的選擇；E 信號由W78E58 的讀信號/RD 和寫信號/WR 合成產生；另外單片機的復位腳(9 腳)經反相器後連接到液晶顯示器復位腳(17 腳/RST),當單片機上電復位或手動復位時, 液晶顯示器同時也復位；從而實現了W78E58 對內置HD61202圖形液晶顯示器模組的電路連接。電路中LCD 電源控制端VO 是用來調節顯示幕灰度的，調節該端的電壓，可改變顯示幕字元、圖形的顏色深淺。 單片機對液晶顯示模組的操作可分為兩局部,即左半屏和右半屏操作。下麵是根據圖1 的連接確定對應左半屏前64×64和右半屏後

8、64×64操作位址： CWADR1 EQU 0004H 左半屏寫指令代碼位元元元址 DWADR1 EQU 0005H 左半屏寫顯示資料位址 CRADR1 EQU 0006H 左半屏讀狀態字位址 DRADR1 EQU 0007H 左半屏讀顯示資料位址 CWADR2 EQU 0008H 右半屏寫指令代碼位元元元址 DWADR2 EQU 0009H 右半屏寫顯示資料位址 CRADR2 EQU 000AH 右半屏讀狀態字地DRADR2 EQU 000BH 右半屏讀顯示資料位址 圖1 MGLS12864 與W78E58 介面圖 軟體設計 液晶控制器HD61202 一共有七條指令，從作用上可分為

9、兩類，顯示狀態設置指令和資料讀寫操作指令。詳見指令系統可查看圖形液晶顯示器產品有關手冊。顯示起始行設置中L5L0 為顯示起始行的位址，取值在0-3FH(1-64 行)範圍內。頁面位址設置中P2-P0 為選擇的頁面位址，取值範圍為0-7H,代表-8 頁。列位址設置中C5-C0 為位址計數器的內容，取值在0-3FH(1-64 行)範圍內。 顯示器上128 點×64 點，每點為一位元組資料，都對應著顯示資料RAM(在HD61202 晶片內)，一點對應一個bit,電腦寫入或讀出顯示記憶體的資料代表顯示幕上某一點列上的垂直8 點行的資料。D0 代表最上一行的點數據，D1 為第二行的點數據，.，

10、D7 為第八行的點數據。該bit=1 時該點則顯示黑點出來，該bit=0 時該點則消失。另外LCD 指令中有條display ON/OFF 指令，display ON 時顯示RAM 資料對應顯示的畫面；display OFF 則畫面消失，RAM 中顯示資料仍存在。 點陣字模檔的建立：由於MGLS12864 液晶顯示器沒有內部字元發生器，所以在螢幕上顯示的任何字元、 漢字等須自己建立點陣字模庫，然後均按圖形方式進行顯示。由於HD61202 顯示記憶體的特性，不能將電腦內的漢字形檔和其他字模庫提出直接使用，需要將其旋轉90 度後再寫入。點陣字模庫建立包括以下幾個方面： 1 建立8×16

11、點陣常用字符、數位、符號字模庫。 可選用電腦BIOS 中ASCII 的8×16 字模庫，所有字元按照ASCII 值從小到大昇冪排列。 asmmov ax,1130h /*AH=11h功能調用。裝入字形檔至軟字形檔 */ mov bh,6 /*AL=30h 取點陣資訊 */ int 10h /*BH=6 取ROM8X16 點陣指標(VGA) */ mov ax,es /*出口：ES:BP 指向字形檔指標 */ mov ascii_es,ax mov ax,bp mov ascii_bp,ax ; ascii_offset=ascii_bp+16*asciicode； for(j=0;j

12、<16;j+) bufj=peekb(ascii_es,ascii_offset+j); /*讀16 位元組點陣資料*/ for(m=0;m<16;m+) /*點陣資料轉換成LCD 格式資料*/ if(m<8) beginbyte= 7; shiftn=7; else beginbyte=15; shiftn=15; for(j=0;j<8;j+) ascii8x16m=(ascii8x16m+ (bufbeginbyte-j>>(shiftn-m)&0x01)<<1; 也可選用UCDOS 的ASC16 檔做字模庫。ASC16 檔的字元為

13、8×16 點陣。所有字元按照ASCII 值從小到大昇冪排列。計算字元首位址的公式：字元首位址=字元的ASCII 碼值×16+字模庫首地址。 (2) 建立所用到的16×16 點陣字模庫。中文字元可選用UCDOS 的HZK16 檔做字模庫。HZK16 檔的字元為16×16 點陣。所有字元按照區位碼從小到大昇冪排列。計算中文字元首位址的公式如下：漢字首位址=(區碼-1×94+位碼-1)×32。作者用C 語言編寫的讀取UCDOS 點陣字形檔字模程式，完成字模讀取、 資料重新排列，並按MCS-51 組合語言程式的要求寫成相應格式的文字檔案。 p

14、=(quma-1)*94+weima-1)*32; cclibfile=fopen("HZK16","rb"); fseek(cclibfile,(long)p,SEEK_SET); fread(buf,sizeof(unsigned char),32,cclibfile); /*讀32 位元組點陣資料*/ for(m=0;m<32;m+) /*點陣資料轉換成LCD 格式資料*/ if(m<8) beginbyte=14; shiftn=7; else if( m>= 8 && m<16 ) beginbyte=1

15、5; shiftn=15; else if( m>=16 && m<24 ) beginbyte=30; shiftn=23; else beginbyte=31; shiftn=31; for(j=0;j<8;j+) hzk16x16m=(hzk16x16m+ (bufbeginbyte-2*j >>(shiftn-m)&0x01)<<1; (3) 常用圖形如產品商標等的點陣圖形的建立。對已有的圖形可採用掃描器進行掃描，然後用圖形處理軟體進行處理，再將BMP 格式檔轉換成MCS-51 的彙編檔的格式。 以上所有的字模資料都存放

16、在單片機W78E58 的程式記憶體中，如用到的漢字、圖形較多，可選用較大容量的程式記憶體。 通用副程式：通用副程式分左半屏、右半屏寫指令代碼副程式和寫顯示資料副程式。液晶顯示驅動器HD16202 內部有個忙標誌存放器，當BF=1 時，表示內部操作正在運行，不能接受外部資料或指令。下面子程式中設指令代碼存放器為COMM,資料存放器為DATA。 (COMM EQU 20H /*指令存放器*/ DATA EQU 21H /*資料存放器*/) (1) 左半屏寫指令副程式 WR_CMD1： MOV DPTR,#CRADR1 ；/*讀狀態字口位址*/ WAIT1： MOVX A,DPTR ；/* 讀狀態字

17、 */ JB ACC.7,WAIT1 ；/*判忙標誌BF,如BF=1 忙，等待*/ MOV DPTR,#CWADR1 ；/*寫指令字口位元元元址*/ MOV A,COMM ；/*取指令代碼*/ MOVX DPTR,A ；/*寫指令代碼*/ RET (2)左半屏寫資料副程式 WR_DATA1：MOV DPTR,#CRADR1 ；/*讀狀態字口位址*/ WAIT11： MOVX A,DPTR ；/* 讀狀態字 */ JB ACC.7,WAIT11 ；/*判忙標誌BF,如BF=1 忙，等待*/ MOV DPTR,#DWADR1 ；/*寫資料字口位址*/ MOV A,DATA ；/*取數據/ MOVX

18、 DPTR,A ；/*寫數據*/ RET (3)右半屏寫指令副程式WR_CMD2 和右半屏寫資料副程式WR_DATA2 的編制同左半屏副程式相同，只是對應口位址不同。 8X16 字元顯示副程式：MGLS12864 液晶顯示幕由二片HD61202 控制，LCD 顯示中應儘量防止一個字元一半在左半屏顯示，另一半在右半屏顯示的情況。設列位址存放器為COLUMN,頁位址存放器為PAGE,要顯示的字元代碼存放器為ASCIICODE,W78E58 內RAM28H-RAM37H 共16 個位元組存放8×16 的點陣資料,生成的8×16 點陣庫檔存放在單片機W78E58 記憶體中的首位址定

19、義為ASCII_DOT816。 DISP_ASCII816： MOV DPTR,#ASCII_DOT816 ；8×16 點陣庫首位址 MOV A,ASCIICODE ；顯示字元代碼ASCIICODE MOV B,#16 ；每個字元點陣占16 個位元組 MUL AB ；計算顯示字元在字形檔的首位址 ADD A,DPL MOV DPL,A MOV A,DPH ADDC A,B MOV DPH,A ；MOV R0,#28H ；將點陣資料放到RAM28H-RAM37H MOV R2,#00H LP_MOVDOT16： MOV A,R2 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A ；如要將字

20、元反顯黑底白字，則讀出點 INC R0 ；陣數據後求反放入單片機的RAM 中 INC R2 CJNE R2,#16,LP_MOVDOT16 ； PUSH COLUMN MOV A,COLUMN ；顯示列數COLUMN 是否在右半屏 CJNE A,#64,ASCII_IF64 ASCII_IF64： JNC ASCII_YGE64 MOV DPTR,#CWADR1 ；在左半屏時，選擇左半屏寫指令代碼位元元元址 CLR FIRST0_SECOND1_BIT ；左半屏列數標誌BIT=0 SJMP ALL_COLUMN ASCII_YGE64： CLR C SUBB A,#64 MOV COLUMN,

21、A MOV DPTR,#CWADR2 ；在右半屏時，選擇右半屏寫指令代碼位元元元址 SETB FIRST0_SECOND1_BIT ；右半屏列數標誌BIT=1 ALL_COLUMN： MOV A,PAGE ADD A,#10111000B ；設置頁位址命令 MOVX DPTR,A MOV A,COLUMN ；設置列位址命令 ADD A,#01000000B MOVX DPTR,A MOV DPTR,DWADR1 ；根據左右半屏列數標誌，選擇寫顯示資料位址 JNB FIRST0_SECOND1_BIT,ALLMOV1 MOV DPTR,DWADR2 ALLMOV1： MOV R0,#28H MO

22、V_8BYTE1： MOV A,R0 MOVX DPTR,A ；寫顯示資料 NOP INC R0 CJNE R0,#30H,MOV_8BYTE1 ； MOV DPTR,#CWADR1 JNB FIRST0_SECOND_BIT,ALLMOV2 MOV DPTR,#CWADR2 ALLMOV2： MOV A,PAGE INC A ；頁地址加1 ADD A,#10111000B MOVX DPTR,A ；設置頁位址命令 MOV A,COLUMN ；設置列位址命令 ADD A,#01000000B MOVX DPTR,A MOV DPTR,DWADR1；根據左右半屏列數標誌，選擇寫顯示資料位址 JN

23、B FIRST0_SECOND1_BIT,ALLMOV3 MOV DPTR,DWADR2 ALLMOV3： MOV R0,#30H MOV_8BYTE2： MOV A,R0 MOVX DPTR,A ；寫顯示資料 INC R0 CJNE R0,#38H,MOV_8BYTE2 ； POP COLUMN RET 16×16 漢字顯示副程式：16×16 漢字顯示副程式與8X16 字元顯示副程式根本相同。不同在於每次寫32 字 節顯示資料，可定義W78E58 內RAM28H-RAM47H 共32 個位元組存放16×16 的點陣資料,生成的16×16 點陣庫檔存放在

24、單片機W78E58 記憶體中的首位址定義為HZK_DOT16X16。具體程式略，讀者如需要可來函索取。 結語 本文在介紹液晶顯示模組與單片機介面的同時，採用了新穎的改造方案以解決應用中的問題。由於節省了單片機口線，使系統資源得到了充分利用。可顯示漢字、字元和圖形，使人機介面更為美觀、易讀。其他如8×8 西文點陣字形檔及圖形的建立和顯示可參照上面介紹的方法來編寫程式。由於各種液晶顯示模組的介面根本相同，因此本文所討論的內容也適用於其他型號的液晶顯示模組。液晶顯示較其他顯示終端有許多優點：功耗低且字型美觀、可用集成電池供電，便於攜帶等。相信它將得到越來越廣泛的使用。 一種圖形液晶顯示器在

25、單片機系統中的應用 2006-5-9 -摘 要：詳細介紹了LMA84R042CM圖形液晶顯示器的特性、引腳功能及其在單片機系統中的軟硬體設計方法，給出了LMA84R042CM在單片機系統中的應用原理圖和局部程式。1引言圖形液晶顯示器已經越來越多地應用於儀器儀錶及各種電子消費品中，其應用方法也越來越受到廣大工程技術人員的關注。本文介紹一種122×32圖形液晶顯示器LMA84R042CM無背光的應用，同時以單片機系統為例介紹它與單片機的硬體連接和軟體編寫方法。2 LMA84R042CM的功能特性介紹每一種液晶顯示器實質就是了解其控制晶片的功能、用法。LMA84R042CM無背光液晶顯示器

26、的控制晶片是SED1520，而且在其PCB板上通常有兩片SED1520，每片SED1520橫向61點，縱向有16點，故兩片SED1520可控制橫向122點，縱向32點，如果以8×8點陣字元而言，每行可顯示15個字元，二行共計30個8×8點陣字元，可顯示14個漢字，這種LCD正是目前中文BP機所用的類型。圖1所示是LMA84R042CM的引腳排列，其各引腳的主要功能說明如下： VSS：電源地； VDD：正電源，接5V； VEE：LCD驅動電源，接0V； A0：存放器選擇線，低電平時選擇指令存放器；高電平時選擇資料存放器； VLED，VLED：空接或背光引腳，可預留做背光電源的

27、輸入。 LMA84R042CM的主要電氣特性參數如下：3操作時序及單片機的連接電路LMA84R042CM的操作時序如圖2所示，圖3所示是LMA84R042CM與MCS51的電路連接圖。4軟體編程對LMA84R042CM的編程十分簡單，下面給出一些相應的軟體副程式。5結語由於LMA84R042CMS應用方便，通用性好。因此，可以預見，該器件必將在圖形液晶顯示方面得到越來越廣泛的應用。 DSP與智慧彩色液晶顯示器介面設計 2006-3-23 -摘要：文中提出了一種基於DSP控制的智慧彩色液晶顯示器的介面設計方案。介紹了智慧彩色液晶顯示器VK63的原理與使用方法，討論了TMS320F24O核心DSP

28、控制器與智慧彩色液晶顯示器的串、並行兩種通訊的軟、硬體設計方案通過軟體編程解決了高速DSP與低速外部設備之間的通信問題。 近年來，隨著低價格、高性能DSP晶片的出現，DSP已越來越多地被應用於高速信號採集、語音處理、圖像分析處理等領域中，並顯示出巨大的優越性。智慧彩色液晶顯示器具有顯示直接美觀、便於操作的特點，被用作各種攜帶型系統的顯示前端。它一般採用工業級的高頻CPU可以自行對接收的命令和資料進行處理因而能夠提高用戶端介面的軟體發展效率。一般的液晶顯示往往採用單片機控制但在系統需要大量高速即時資料的情況下，單片機由於受處理速度的限制就顯得力不從心而且一般的液晶顯示仍採用煩瑣的點陣操作來顯示漢

29、字和圖形，而這又增加了軟體發展的難度。為瞭解決這些問題，本文將提出一種基於DSP控制的智慧彩色液晶顯示器的介面設計方法，從而有效地解決了上述問題。1、智慧彩色液晶顯示器VK63簡介智慧彩色液晶顯示器以下簡稱LCDVK63是上海廣電集團北京分公司的產品，它具有體積小、功耗低、無輔射、壽命長、超薄、防振及防爆等特點。該顯示器的顯示顏色為256色，可顯示字元為ASCII的二級字形檔，中文顯示為15行×20列，圖形點陣320×RGB×240。該LCD採用大規模閘陣列積體電路，從而防止了用煩瑣的點陣操作來顯示漢字和圖形，減輕了軟體發展人員的負擔，提高開發效率；由於採用全數位

30、化設計，因而顯示穩定可靠，抗強電磁幹擾；該LCD採用工業級的CPU(89C51)，機內配置有二級字形檔，可通過串口或三態資料匯流排並口接收控制命令資料，並自行對接收的命令和資料進行處理，以即時顯示用戶所要顯示的各種曲線、圖形和中西文字體。其原理框圖如圖所示。LCD的命令碼為十六進位碼格式，每個命令均以十六進位碼的“1B開頭，後面為命令代碼和所需要的參數。其中表示座標的高位，表示座標的低8位，YH表示座標的高8位，YL表示Y座標的低8位。的圖形方式以光點為最小點陣顯示單位，每個光點包含三個色點。字元方式以×點陣為最小顯示塊單位。西文字元占一個顯示塊，×點陣的漢字占兩個顯示塊。

31、本機每顯示一個字元或漢字後遊標自動右移一個字元或漢字位元所以在同一行裏順序寫入漢字或字元時不用再加遊標定位命令，即可連續送入內碼。如圖形操作為畫一實心矩形，那麼，其命令代碼為： ，其中，為顏色代碼， 為左上角座標， 為右下角座標。其具體操作是以點，為左上角座標，以點，為右下角座標，使用指定的顏色畫實心矩形。2.DSP與LCD的串列通訊設計2.1 串列通訊的硬體設計選用標準通訊介面，按串口方式工作。一幀資訊為位元，內含位起始位，位元資料位元先低位元元元元後高位，位元元元元停止位元。為了提高通訊速度，顯示器內設置了一個位元組的輸入緩衝區。發送資料前應先檢查信號電平，假设為負電平對應高電平，則表示緩

32、衝區滿，要等到信號變為正電平對應低電平後再發送資料。如果每組的資料量少於位元組，同時每組之間又有足夠的間隔，則不用判斷信號就可連續發送資料。圖所示是其硬體介面原理框圖。2.2 串列通訊軟體設計此設計是一個具體工程項目(無功與諧波補償裝置)的液晶顯示局部程式,主要完成顯示“系統是否投入工作以及工作是否正常的各種彩色圖形曲線和文字，其中顯示標誌存放器和資料存放器的值都由相關應用程式給定。通過設置等待存放器(賦值為)和檢測的信號可以防止資料發送丟失,從而實現高速與外部低速的通信。由於篇幅有限，這裏只給出了串列初始化和資料發送局部的程式。其程式流程框圖如圖所示。(1) 串列通訊初始化程式 ;設置串列通

33、訊口各存放器 , ;使能,空閒線喚醒模式,位元元元元資料,無奇偶校驗位 , ;接收、發送、內部時鐘使能， , ;接收和發送中斷禁止 , , ;串列傳輸速率為 , ;設置為串列發送功能,為口功能 , ;串口初始化完成 , ;發送緩衝存放器位址(2) 資料串列發送程式: , ;檢測信號,判斷輸入緩衝區是否滿 , ;假设緩衝區滿,繼續查詢等待 ;指向用戶定義資料頁() , ;資料送發送緩衝區 _: ;判發送器是否空 _,3、DSP與LCD的並行通訊設計3.1 並行通訊硬體設計自身具有一個三態資料匯流排並口並口為電平，可以同主機進行通訊。它的外部有條線同相連，即、和。其中為片選信號和寫信號的邏輯或非，

34、上升沿有效。信號為高電平表示忙。為中斷申請信號，低電平有效。圖所示是其平行介面的硬體原理圖。圖所示是的時序圖。其中為信號的脈衝寬度，為資料建立時間，為資料保持時間。這些參數的具體要求為：不小於；不小於；大於 ；不小於；不小於。3.2 並行通訊軟體設計並行通訊的編程思想與串列通訊軟體的設計根本相同。但並行通訊是通過設置等待存放器賦值為和檢測的忙信號來防止發送資料丟失，以實現高速與外部低速的通信。圖所示的流程圖也適用於並行通訊。()並行通訊初始化程式 ;()配置為一般功能 ;口為輸出方式 ;口為輸入方式 ()資料並行發送程式:;判斷口的信號是否忙 , , ;假设為高,繼續查詢等待 ;假设為低, 把

35、數據送到埠 , ;將口的信號置低 ;延時 ;將口的信號置高 結束語本文提出的基於控制的智慧彩色液晶顯示器介面設計能夠很好地解決高速與外部低速設備的通信問題，本設計嘗試採用了串列和並行兩種通訊方案，其中前者只需用根線即可實現資料串列通信,因而節約了的外部資源,雖然傳輸速度稍低,但能滿足大多數實際工程的需要而後者採用並行通訊雖然資料傳輸速度較快,但會受到所帶()解釋命令速度的限制,雖然液晶顯示速度比前者稍快左右,但要佔用外部資源的根線。通過對上述兩種方案的比較,最終設計專案採用了串列通訊方案,並在實際應用中取得了很好的效果。 人機介面中的LCD控制驅動與介面設計 2006-5-15 -引 言液晶顯

36、示，穩定可靠、本钱低、功耗小、控制驅動方便、介面簡單易用、模組化結構緊湊，在嵌入式系統中作為人機介面獲得了廣泛的應用。近年來，國內許多廠商，如紫晶、冀雅、晶華、信利、蓬遠等已經能夠滿足各種定制液晶顯示的需求；很多著名半導體廠商，如Hitachi、Seiko Epson、Toshiba、Holtek、Solomon、Samsung等相繼推出了許多控制驅動器件。本文以現有的控制驅動器件和液晶顯示器如何構成各種結構緊湊、本钱低廉、簡單易用、性能優良的嵌入式人機介面的設計進行綜合闡述。1 液晶顯示及其控制驅動與介面概述液晶顯示LCD(LiquidCrystal Display)，是利用液晶材料在電場作

37、用下發生位置變化而遮蔽/通透光線的性能製作成的一種重要平板顯示器件。通常使用的LCD器件有TN型(Twist Nematic，扭曲向列型液晶)、STN型(Super TN，超扭曲向列型液晶)和TFT型(Thin Film Transistor，薄膜電晶體型液晶)。TN、STN、TFT型液晶，性能依次增強，製作本钱也隨之增加。TN和STN型常用作單色LCD。STN型可以設計成單色多級灰度LCD和偽彩色LCD，TFT型常用作真彩色LCD。TN和STN型LCD，不能做成大面積LCD，其顏色數在218種以下。218種顏色以下的稱為偽色彩，218種及其以上顏色的稱為真彩色。TFT型可以實現大面積LCD真

38、彩顯示，其圖元點可以做成0.3mm左右。TFT-LCD技術日趨成熟，長期困擾的難題己獲解決：視角達170°，亮度達500cd/m2(500尼特)，顯示器尺寸達101.6cm(40in)，變化速度達60幀/s。進行LCD設計主要是LCD的控制/驅動和與外界的介面設計。控制主要是通過介面與外界通信、管理內/外顯示RAM，控制驅動器，分配顯示資料；驅動主要是根據控制器要求，驅動LCD進行顯示。控制器還常含有內部ASCII字元庫，或可外擴的大容量漢字形檔。小規模LCD設計，常選用一體化控制/驅動器；中大規模的LCD設計，常選用假设干個控制器、驅動器，並外擴適當的顯示RAM、自製字元RAM或R

39、OM字形檔。控制與驅動器大多採用低壓微功耗器件。與外界的介面主要用於LCD控制，通常是可連接單片機MCU的8/16位PPI並口或假设干控制線的SPI串口。顯示RAM除局部Samsung器件需用自刷新動態SDRAM外，大多公司器件都用靜態SRAM。嵌入式人機介面中常用的LCD類型及其典型控制/驅動器件與介面如下：段式LCD，如HT1621(控/驅)、128點顯示、4線SPI介面；字元型LCD，如HD44780U(控/驅)、2行×8字元顯示、4/8位元PPI介面；單色點陣LCD，如SED1520(控/驅)、61段×16行點陣顯示、8位元PPI介面，又如T6963C(控)+T6A

40、39(列驅)+T6A40(行驅)、640×64點雙屏顯示、8位元PPI介面；灰度點陣LCD，如HD66421(控/驅)、160×100點單色4級灰度顯示、8位元PPI介面；偽彩點陣LCD，如SSD1780(控/驅)、104RGB×80點顯示、8位元PPI或3/4線SPI介面；真彩點陣LCD，如HD66772(控/源驅)+HD66774(柵驅)、176RGB×240點顯示、8/9/16/18位元PPI介面、6/16/18動畫介面、同步串列介面；視頻變換LCD，如HD66840(CRT-RGBCD-RGB)、 720×512點顯示、單色/8級灰度/

41、8級彩色、4位元元元元PPI介面。控制驅動器件的供電電路、驅動的偏壓電路、背光電路、振盪電路等構成LCD控制驅動的根本電路。它是LCD顯示的基礎。LCD與其控制驅動、介面、根本電路一起構成LCM(Liquid Crystal Module，LCD模組)。常規嵌入式系統設計，多使用現成的LCM做人機介面；現代嵌入式系統設計，常把LCD及其控制驅動器件、根本電路直接做入系統。整體考慮，既結構緊湊，又降低本钱，並且有利於減少功耗、實現產品小型化。控制LCD顯示，常採用單片機MCU，通過LCD局部的PPI或SPI介面，按照LCD控制器的假设干條的協定指令執行。MCU的LCD程式一般包括初始化程式、管理

42、程式和資料傳輸程式。大多數LCD控制驅動器廠商都隨器件提供有彙編或C語言的常式資料，十分方便程式編制。2 常見LCD的控制驅動與介面設計2.1 段式LCD的控制驅動與介面設計段式LCD用於顯示段形數位或固定形狀的符號，廣泛用作計數、計時、狀態指示等。普遍使用的控制驅動器件是Holtek的HT1621，它內含與LCD顯示點一一對應的顯存、振盪電路，低壓低功耗，4線串列MCU連接，8條控制/傳輸指令，可進行32段×4行=128點控制顯示，顯示對比度可外部調整，可編程選擇偏壓、占空比等驅動性能。HT1621控制驅動LCD及其MCU介面如圖1所示。2.2 字元型LCD的控制驅動與介面設計字元

43、型LCD用於顯示5×8等點陣字元，廣泛用作工業測量儀錶儀器。常用的控制驅動器件有：Hitachi的HD44780U、Novatek的NT3881D、Samsung 的KS0066、Sunplus的SPLC78A01等。HD44780U使用最普遍。它內嵌與LCD顯示點一一對應的顯存SRAM、ASCII碼等的字元庫CGROM和自製字元記憶體CGRAM，可顯示12行每行8個5×8點陣字元或相應規模的5×10點陣字元，其內振盪電路附加外部阻容RC可直接構成振盪器。HD44780U具有可直接連接68XX MCU 的4/8位元PPI介面，9條控制/傳輸指令，顯示對比度可外部調

44、整。HD44780U連接80XX MCU時有直接連接和間接連接兩種方式：直接連接需外部邏輯變換介面控制信號，而無需特別操作程式；間接連接將控制信號接在MCU的I/O口上，需特別編制訪問程式。HD44780U控制驅動LCD及其與80XX MCU的介面如圖2所示。2.3 單色點陣型LCD的控制驅動與介面設計單色點陣型LCD用作圖形或圖形文本混合顯示，廣泛用於移動通信、工業監視、PDA產品中。小面積LCD常採用單片集成控制驅動器件，如Seiko Epson的SED1520，可實現61列×16行點陣顯示；中等面積LCD常採用單片控制/列驅動器件與單片行驅動器件，如Hitachi的HD6120

45、2U(控/列驅)、HD61203(行驅) ，可實現64×64點陣顯示；較大面積LCD常採用“控制器+顯存+列驅動器+行驅動器形式，如Toshiba的T6963C(控)、T5565(顯存)、T6A39(列驅)、T6A40(行驅) ，可實現640×128點陣顯示。這些驅動器常需1218V負電源實現偏置與調整對比度。控制器件大多可以外接阻容RC構成振盪器或外接振盪器或外引時鐘。顯存中的每一位元與LCD顯示點一一對應。需要文字顯示時，簡單字元可直接使用集成在控制器內的ASCII字形檔，漢字或自製字元顯示可在控制器外擴展大容量的字形檔CGROM或自製字形檔CGRAM。控制介面通常是8

46、位元PPI的68XX或80XX MCU介面(與MCU的連接也存在直接連接和間接連接兩種形式)，713條控制/傳輸指令，可實現點線圓等繪圖功能。控制器T6963C、HD61830、SED1335等可以實現單雙屏LCD控制。這是適應移動通信顯示的結果，實質上是平分顯存並分別對應兩個LCD屏。編制傳輸資料程式時，要注意結合顯存的特點適當變換資料形式，如SED1520顯存中的8位元資料是反豎排的，HD61202顯存中的資料是豎排的。圖3是Seiko Epson的SED1335控制器，外擴顯存SRAM、自製字形檔SGRAM、大容量漢字形檔CGROM，與列驅動器SED1606、行驅動器SED1635組成的

47、LCD及其80XX MCU介面的構成框圖，可以實現640×56單色點陣LCD顯示。2.4 灰度點陣型LCD的控制驅動與介面設計小型測控系統和低本钱手持設備中大量使用灰度點陣型LCD。這種LCD使用的控制器的顯存中每n位元對應一個LCD顯示點，整個LCD實現的灰度等級就是2n。Hitachi的HD66421就是一款常用的經濟型灰度點陣LCD控制驅動器。單片HD66421外加少許阻容器件即可實現22級160列×100行點的LCD灰度顯示，並列使用HD66421可實現更大面積的LCD顯示。HD66421嵌有160×100×2位顯存，具有8位元PPI介面，可直接

48、連接80XX MCU，8條控制/傳輸指令，可編程變化驅動特性及其調整灰度類型。HD66421需外接一個電阻R構成體系振盪電路，需負電源實現偏壓。HD66421是高度集成器件，322腳封裝，線路板PCB設計上有難度，應足夠重視。HD66421控制驅動灰度點陣LCD及其與80XX MCU的介面如圖4所示。2.5 偽彩點陣型LCD的控制驅動與介面設計彩色LCD顯示基於紅R、綠G、藍B三基色疊加原理，每個LCD圖元點由三個RGB子圖元點構成，分別由三個RGB色段驅動。彩色LCD顯示需要更大的顯存，每個色段有2n種顏色，就需佔用n位顯存。彩色LCD顯示是LCD升級換代的必然結果。偽彩顯示常使用廉價的ST

49、N型LCD，多用於移動通信、PDA等產品中。Solomon Systech的SSD1780是一款典型的單片高度集成的偽彩點陣型LCD控制驅動器件。其內含312×81×4位元的圖形資料顯存GDDRAM、477kHz的振盪電路、集成偏壓電路和DC-DC電路；具有8位元PPI介面(可直接連接80/68XX MCU)與3/4線SPI串列介面，36條控制/傳輸指令。外加幾個電容器件，SSD1780就可控制驅動104RGB×81點彩色STN型LCD，展示23n=4096種顏色。SSD1780是627腳封裝，線路板PCB設計難度更大，須認真對待。SSD1780控制驅動偽彩STN

50、型點陣LCD及其與80XX MCU的介面如圖5所示。 2.6 真彩點陣型LCD的控制驅動與介面設計現代高檔PDA、家電、顯示牆等越來越多地應用了真彩點陣LCD顯示技術。LCD真彩顯示的顏色種數在218以上，與偽彩顯示相比，需要更大的顯存和更高的控制驅動技術，且需達到高速動畫。LCD真彩顯示使用TFT型LCD，主動點陣顯示，需要採用源極驅動器(source driver)和柵極驅動器(gate driver)去控制LCD場效應電晶體FET的源極與柵極。源極驅動器接收顯示資料驅動LCD列顯示，也稱為資料驅動器(data driver)，柵極驅動器控制逐行掃描。Hitachi的HD66772系列真彩

51、LCD控制驅動器件，是嵌入式人機介面設計中表現豐富多彩世界的理想選擇，可以實現176RGB×240點218色高速動畫TFT點陣顯示。該系列器件包括HD66772、HD66774、HD66775和HD667P01。HD66772是內嵌95KB顯存的控制器與176RGB段的源極驅動器，HD66774是內含驅動電源的240行柵極驅動器，HD77665僅是120行柵極驅動器，HD667P01是驅動電源器件，HD66772具有與80XX MCU直接連接的8/16位元PPI介面、6/16/18位元動畫介面和同步串列介面。使用HD66772系列器件，控制驅動176RGB×240點TFT型

52、LCD真彩顯示，有兩種方案：1片HD66772 + 1片HD66774；1片HD66772 + 2片HD66775 + 1片HD667P01。前者結構緊湊，後者比較經濟。圖6給出了前一方案的LCD控制驅動連接與16位元MCU介面的框圖。2.7 視頻變換LCD的控制驅動與介面設計在工業控制與嵌入式控制系統中，有很多LCD視頻驅動設計。這種設計，常常需要選取專用器件，變換視頻信號，控制驅動LCD，進行動畫顯示，以實現產品的相容性並擴大產品性能。Hitachi的HD66480F就是這樣的一款典型器件。它可以方便地從電腦的視頻介面中取出CRT信號通過視頻變換直接驅動黑白或彩色LCD，使CRT型顯示器上

53、的顯示內容同時出現在LCD屏上。HD66840F可以控制驅動最大720×512點LCD，做到單色、8級灰度或8級彩色顯示。HD66840F具有4位元受控介面，可以直接連接8位元MCU實現視頻顯示環境設置。使用HD66840F，需要外擴8位元元元元的RGB顯示緩存SRAM。圖7說明瞭使用HD66840F外擴顯示緩存HM6264，在8位80XX MCU控制下，變換CRT信號，控制驅動HD66772彩色點陣LCD動畫顯示的設計框圖。3 LCD控制驅動的基礎電路設計3.1 根本電源電路的設計LCD控制驅動器件的根本電源電壓一般在1.85.5V，現代嵌入式系統設計講求低壓微耗，多使用1.8V、2.5V、3.0V或3.3V器件。上文所述所有器件工作狀態功耗都在幾至幾十mW以下，都可以工作在1.83.6V的電壓範圍內。選用