采用內(nèi)存接液晶顯示模塊設(shè)計(jì)

點(diǎn)陣式液晶接口簡(jiǎn)單，能以點(diǎn)陣或圖形方式顯示出各種信息，因此在各種電子設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。但是，它的接口必須遵循一定的硬件和時(shí)序規(guī)范，根據(jù)不同的液晶驅(qū)動(dòng)器，可能需要發(fā)出不同的命令進(jìn)行控制才能顯示數(shù)據(jù)。而且命令的執(zhí)行需要耗費(fèi)一定時(shí)間，在系統(tǒng)大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的情況下，如果直接控制液晶顯示，可能會(huì)消耗過(guò)多的時(shí)間，從而影響數(shù)據(jù)的處理。因此，由于某種需要必須采用不同的液晶模塊，這就需要修改軟件。為了解決這些問(wèn)題，文提出采用內(nèi)存接口的液晶顯示模塊，在現(xiàn)有點(diǎn)陣式液晶顯示屏上附加一個(gè)MCU（Micro-Controller Unit微處理器）及相關(guān)器件，利用內(nèi)存與外部控制器進(jìn)行接口，從而解決了統(tǒng)一接口和顯示速度的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思想

我們知道，人眼有視覺(jué)暫留現(xiàn)象，每0.1秒時(shí)間內(nèi)變化一次的影像看上去會(huì)認(rèn)為是連續(xù)的，而且只在0.1秒之內(nèi)變化的影像人眼很難察覺(jué)到。根據(jù)這一物理現(xiàn)象，我們采用內(nèi)存與外部控制器接口設(shè)計(jì)一種液晶接口模塊，外部控制器將欲顯示的數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入接口內(nèi)存，根據(jù)接口刷新液晶的顯示。刷新率在每秒10次以上，就可達(dá)到連續(xù)顯示的目的。當(dāng)然，刷新率越高人眼就越能感覺(jué)圖像變化的連續(xù)與流暢。

1.2 硬件設(shè)計(jì)

采用內(nèi)存與外部控制器接口，具有統(tǒng)一的硬件接口規(guī)范。因?yàn)橥獠靠刂破骱湍K內(nèi)的MCU需要同時(shí)讀寫(xiě)內(nèi)存，接口內(nèi)存采用帶有BUSY線的2K雙RAM IDT 7132，MCU選用常用的AT89C51，液晶模塊為市面普及的采用HITACHI公司HD61202液晶控制器的單5V供電的128×64點(diǎn)陣液晶。液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)必須具備很強(qiáng)的通用性，可以被廣泛應(yīng)用到各種系統(tǒng)中。目前系統(tǒng)一般為3V電平或5V電平系統(tǒng)，因此液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)也必須同時(shí)考慮應(yīng)用于這兩種系統(tǒng)。液晶顯示模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。外部控制器將欲顯示的數(shù)據(jù)寫(xiě)入雙口RAM，MCU則不斷掃描內(nèi)存，根據(jù)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，不斷刷新液晶顯示屏上的顯示。綜合考慮液晶和系統(tǒng)操作的時(shí)序，AT89C51單片機(jī)運(yùn)行在12MHz時(shí)鐘下，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的刷新率達(dá)到每秒18次。

外部控制器的數(shù)據(jù)、地址、控制總線通過(guò)接插件引入液晶顯示模塊。因?yàn)殡p口RAM IDT7132的輸入輸出為T(mén)TL電平，BUSY信號(hào)為開(kāi)漏極輸出，因此無(wú)論是3V還是5V的系統(tǒng)，地址和控制總線可以直接引入。而數(shù)據(jù)總線因?yàn)槭请p向系統(tǒng)，如果直接與雙口RAM連接，在雙口RAM輸出數(shù)據(jù)的時(shí)候可能會(huì)對(duì)3V系統(tǒng)造成損害，因此設(shè)計(jì)一個(gè)總線驅(qū)動(dòng)器，采用74LVC245進(jìn)行總線電平轉(zhuǎn)換。 74LVC245在3V供電時(shí)，輸入5V的電壓信號(hào)這樣就實(shí)現(xiàn)了與3V和5V電平系統(tǒng)的接口。

雙口RAM的BUSY信號(hào)是用來(lái)標(biāo)示雙口RAM的兩個(gè)口同時(shí)在訪問(wèn)相同的內(nèi)存單元，而且至少有一個(gè)口處于寫(xiě)該單元狀態(tài)。雙口RAM通過(guò)仲裁邏輯使后訪問(wèn)該單元的BUSY信號(hào)有效，并屏蔽該口的操作，直到?jīng)]有訪問(wèn)，競(jìng)爭(zhēng)BUSY信號(hào)才變?yōu)闊o(wú)效。通過(guò)檢測(cè)BUSY信號(hào)可有效地確保內(nèi)存讀寫(xiě)的安全。

模塊內(nèi)采用27C040保存16×8的256個(gè)ASCII字符點(diǎn)陣的16×16點(diǎn)陣的漢字庫(kù)，方便用戶(hù)使用。

考慮到液晶背光電流較大，加入了液晶背光的控制，可根據(jù)需要開(kāi)關(guān)背光。

1.3 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分涉及接口操作、點(diǎn)陣操作及液晶操作等，這里僅對(duì)接口有關(guān)部分進(jìn)行介紹。

1.3.1 接口內(nèi)存分配

接口內(nèi)存的分配如表1所示。

表1 接口內(nèi)存分配表

液晶屏幕上共有128×64=8192點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)用內(nèi)存中的一位為0或1來(lái)表示點(diǎn)亮或熄滅。在雙口RAM中分配0000H～03FFH的內(nèi)存用來(lái)直接與屏幕上的點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，稱(chēng)為直接顯示映射區(qū)。這樣，用戶(hù)只需將欲顯示的點(diǎn)陣寫(xiě)入內(nèi)存中的指定地址，就可在屏幕上指定位置直接顯示出來(lái)。

另外，為方便使用，還設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的命令接口，分配0400～0507H的空間作為命令接口的內(nèi)存，具體分配詳見(jiàn)表1。其中，0400H～04FEH的內(nèi)存也作為字符顯示映射區(qū)，在設(shè)置了顯示模式后，將欲顯示的字符寫(xiě)入該區(qū)域的指定地址，即可在屏幕指定位置顯示出該字符。

1.3.2 命令接口簡(jiǎn)介

外部控制器將命令按照預(yù)定格式寫(xiě)入命令接口的內(nèi)存。顯示模塊的單片機(jī)檢測(cè)到有命令時(shí)，首先將命令讀出，將命令字地址內(nèi)容變?yōu)?0H，并將該命令字最高位置為 1寫(xiě)入命令結(jié)果地址內(nèi)，表示該命令正在被執(zhí)行。當(dāng)命令執(zhí)行完后，命令執(zhí)行的結(jié)果（規(guī)定最高位為0）寫(xiě)入命令結(jié)果地址。這樣，外部控制器可以通過(guò)檢測(cè)命令字地址的內(nèi)容和命令執(zhí)行結(jié)果來(lái)確認(rèn)顯示模塊當(dāng)前的工作狀態(tài)，發(fā)布命令。基本命令字如表2所示，當(dāng)然根據(jù)具體應(yīng)用還可增加如繪制各種圖形、填充等的命令字。

表2 命令字及其參數(shù)

1.3.3 接口模塊工作方式

設(shè)計(jì)了兩種顯示模式：顯示模式1和顯示模式2。在顯示模式1時(shí)，MCU不斷掃描顯示映射區(qū)并檢查雙口RAM中用戶(hù)寫(xiě)入的命令。在顯示模式2時(shí)，MCU不斷監(jiān)測(cè)字符顯示映射區(qū)的變化，將用戶(hù)寫(xiě)入的字符轉(zhuǎn)化成點(diǎn)陣，寫(xiě)入直接顯示映射區(qū)，然后掃描顯示映射區(qū)進(jìn)行顯示。此時(shí)MCU只執(zhí)行改變顯示模式或初始化命令。其它的命令一概忽略。這樣外部控制器就不需要了解具體的液晶操作，操作液晶像讀寫(xiě)內(nèi)存一樣簡(jiǎn)單快捷，因此外部控制器可以處理大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

2 應(yīng)用實(shí)例

液晶顯示模塊在我們?cè)O(shè)計(jì)的一套藍(lán)牙系統(tǒng)中得到了成功應(yīng)用，藍(lán)牙模塊采用Ericsson Rok 101，主控制器采用TI公司的MSP430F149。通過(guò)藍(lán)牙傳送的動(dòng)畫(huà)和所有控制信息均在液晶顯示模塊上顯示，效果很流暢，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

本文提出的液晶顯示模塊采用內(nèi)存和外部控制器進(jìn)行接口，具有統(tǒng)一的接口規(guī)范。外部控制器將欲顯示的內(nèi)容直接寫(xiě)入液晶顯示模塊提供的內(nèi)存接口即可實(shí)現(xiàn)顯示，不需要直接進(jìn)行繁復(fù)費(fèi)時(shí)的液晶控制和點(diǎn)陣處理操作，有利于控制器對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。目前市面上有大屏幕的彩色液晶采用了類(lèi)似方案，但價(jià)格昂貴。對(duì)一般應(yīng)用來(lái)說(shuō)，本文提出的液晶顯示模塊具有很強(qiáng)的通用性，而且增加的硬件成本不到單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)一塊點(diǎn)陣式液晶的20%，因此可廣泛應(yīng)用。