灰度液晶HD66421的模塊化及其應(yīng)用
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關(guān)鍵詞：灰度液晶屏 通用液晶顯示模塊 HD66421
20世紀(jì)90年代以來，小型測控系統(tǒng)和手持設(shè)備的顯示部分大多由液晶顯示屏擔(dān)當(dāng)，它具有體積小、功耗低等特點(diǎn)。特別值得一提的是點(diǎn)陣液晶屏的使用，可以實(shí)現(xiàn)漢字和簡單單色圖形的顯示，使手持設(shè)備更具人性化界面，操作更簡便直觀。隨著液晶顯示器件技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在出現(xiàn)了灰度、偽彩、全彩的液晶顯示屏，使手持設(shè)備成為都市的絢麗亮點(diǎn)。
1 硬件設(shè)計(jì)
對于小型測控系統(tǒng)和低成本手持設(shè)備而言，灰度及彩色液晶模塊的價(jià)格還是有些高。本文介紹的HD66421是1/4VGA分辨率（160100）的4級灰度液晶屏單元，售價(jià)只有100元，包括HD66421控制器及160100的顯示屏并封裝在一起。加上本文中設(shè)計(jì)的電路板至少許元件可以構(gòu)成同現(xiàn)在通用液晶顯示模塊（如：HY1602、HY12864）接口兼容的一個(gè)灰度顯示模塊。下面詳細(xì)介紹這個(gè)顯示模塊。
HD66421是Hitach出品的顯示控制芯片，具有片內(nèi)30Kb的顯示內(nèi)存，最大支持160100的4級PWM方式灰度顯示；適用于低電壓應(yīng)用2.2～5.5V需要外部18V的LCD驅(qū)動(dòng)電壓，具M(jìn)PU接口。要想把它做成通用的顯示模塊，要解決2個(gè)問題：通用接口的轉(zhuǎn)換、18位的LCD驅(qū)動(dòng)電壓產(chǎn)生，如圖1所示。
圖1
現(xiàn)在最常用的液晶顯示模塊有字符顯示的HY1602、點(diǎn)陣顯示的HY12864，它們的接口基本兼容。
對于字節(jié)顯示屏：
1 GND 電源地
2 Vcc 數(shù)字電源+
3 Vee 對比度控制電壓
4 RS 寄存器選擇
5 R/W 讀寫控制
6 EN 讀寫使能
7～14 DB0～7 數(shù)據(jù)總線
15 A 背光電源+
16 K 背光電源-
對于點(diǎn)陣顯示屏：
1 GND 電源地
2 Vcc 數(shù)字電源+
3 Vee 對比度控制電壓
4 D/I 寄存器選擇
5 R/W 讀寫控制
6 EN 讀寫使能
7～14 DB0～7 數(shù)據(jù)總線
15 CS1 芯片1的片選
16 CS2 芯片2的片選
17 RST 復(fù)位
18 Vlcd 液晶驅(qū)動(dòng)電壓
19 A 背光電源+
20 K 背光電源-
1 GND 電源地
2 Vcc 數(shù)字電源+
3 NC（Vout） 空腳（輸出電壓）
4 RS 寄存器選擇
5 WR 寫選通
6 CS 片選
7～14 DB0～7 數(shù)據(jù)總線
15 RD 讀選通
16 BLCS 背光使能
17 RST 復(fù)位
18 NC（Vlcd） 空腳（液晶驅(qū)動(dòng)電壓）
19 A 背光電源+
20 K 背光電源-
HD66421的接口時(shí)序如圖2所示。
根據(jù)HD66421的數(shù)據(jù)手冊，在顯示模塊的板子上加入如圖1的液晶驅(qū)動(dòng)電壓分配電路；同時(shí)為方便使用，還加入了LCD驅(qū)動(dòng)電壓的產(chǎn)生電路，使用MAX1878芯片產(chǎn)生15V的液晶驅(qū)動(dòng)電壓（也可以從18腳直接輸入Vlcd），還可以產(chǎn)生一個(gè)低壓輸出，可從3腳輸出Vout給外部系統(tǒng)。因?yàn)镠D66421具有內(nèi)部數(shù)字調(diào)節(jié)LCD偏置電壓的功能，所以外接的Vlcd可以接一固定值，無需調(diào)節(jié)單元。另外，在板上還有1片用于驅(qū)動(dòng)3只白色LED作為背光源的MAX1916。它由16腳VLCS控制點(diǎn)亮，19、20腳是直接驅(qū)動(dòng)3只白色LED的接線；以后還希望能加上用IMP803驅(qū)動(dòng)的EL背光板。圖3是顯示模塊的部分原理圖。
圖3
2 應(yīng)用實(shí)例
下面結(jié)合Fantasy Studio的AVRISP開發(fā)板，用HD66421來顯示4級灰度圖像。AVRISP開發(fā)板上帶有通用的液晶顯示模塊接口，可以把我們的模塊直接插在上面，但是應(yīng)注意把3、18腳置為NC。在這個(gè)應(yīng)用中，先在PC機(jī)上處理一幅160100的4級灰度圖像，使用串口調(diào)試工具發(fā)送到AVRISP開發(fā)板，圖像被保存到板上的24C64串行非易失存儲器中（每幅圖像4KB），通過AVRISP板上的按鍵接制可以顯示出剛下載的圖像。
AVR單片機(jī)對HD66421的控制訪問是通過通用液晶顯示模塊接口實(shí)現(xiàn)的。AVRISP開發(fā)板的連接是如下定義的：
PC0→RS寄存器選擇；
PC1→WR寫選通；
PC2→CS片選；
PA0～7→BD0～7數(shù)據(jù)總線；
PC6→RD讀選通；
PC7→BLCS背光使能；
PC5→RST復(fù)位。
按照HD66421文檔的描述：首先，是上電復(fù)位；然后，R0寄存器PWM、AMP位置位（打開外部Vlcd和內(nèi)部運(yùn)放的電源），根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置R0、R1寄存器中CNF、ADC、DTY1、DTY0、INC位，寫數(shù)據(jù)到其它控制參數(shù)寄存器和顯存；最后，設(shè)置R0中的DISP位，打開顯示、HD66421的所寄存器如表1所示。
表1
| CS | RS | 索引位 | 寄存器名稱 | R/W | 數(shù)據(jù)位 | ||||||||||||
| 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | |||||
| 1 | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||||
| 0 | 0 | - | - | - | - | - | IR | 索引寄存器 | W | IR4 | IR3 | IR2 | IR1 | IR0 | |||
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | R0 | 控制寄存器1 | W | RMW | DISP | STBY | PWR | AMP | REV | HOLT | ADC |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | R1 | 控制寄存器2 | W | BIS1 | BISO | WLS | GFAY | DTY1 | DYT0 | INC | BLK |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | R2 | X地址寄存器 | W | XA5 | XA4 | XA3 | XA2 | XA1 | XA0 | ||
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | R3 | Y地址寄存器 | W | YA6 | YA5 | YA4 | YA3 | YA2 | TA1 | YA0 | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | R4 | 顯存控制寄存器 | R/W | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | R5 | 起始行寄存器 | W | ST6 | ST5 | ST4 | ST3 | ST2 | ST1 | ST0 | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | R6 | 閃爍起始寄存器 | W | BSL6 | BSL5 | BSL4 | BSL3 | BSL2 | BSL1 | BSL0 | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | R7 | 閃爍終止寄存器 | W | BEL6 | BEL5 | BEL4 | BEL3 | BEL2 | BEL1 | BEL0 | |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | R8 | 閃爍寄存器1 | W | BK0 | BK1 | BK2 | BK3 | BK4 | BK5 | BK6 | BK7 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | R9 | 閃爍寄存器2 | W | BK9 | BK9 | BK10 | BK11 | BK12 | BK13 | BK14 | BK15 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | R10 | 閃爍寄存器3 | W | BK16 | BK17 | BK18 | BK19 | ||||
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | R11 | 局部顯示模塊寄存器 | W | CLE | PB3 | PB2 | PB1 | PB0 | |||
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | R12 | 灰度色盤1 | W | GP14 | GP13 | GP12 | GP11 | GP10 | |||
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | R13 | 灰度色盤2 | W | GP24 | GP23 | GP22 | GP21 | GP20 | |||
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | R14 | 灰度色盤3 | W | GP34 | GP33 | GP32 | GP31 | GP30 | |||
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | R15 | 灰度色盤4 | W | GP44 | GP43 | GP42 | GP41 | GP40 | |||
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | R16 | 對比度控制寄存器 | W | CM1 | CM0 | CC | CC | CC | CC | CC | |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | R17 | 屏選擇寄存器 | W | MON | DSEL | PSEL | |||||
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | R18 | 以下保留 | - | ||||||||
在整個(gè)操作中，特別要注意如下幾個(gè)寄存器。索引寄存器（1R）
用來存放寄存器索引號，從18個(gè)寄存器中選取1個(gè)操作。
控制寄存器1（R0）
RWM讀寫方式選擇
1：僅在寫操作后地址自動(dòng)加1；0：讀寫操作后地址都自動(dòng)1加。
1：開顯示；0：關(guān)顯示。
STBY待機(jī)開關(guān)
1：進(jìn)入待機(jī)方式；0：普通方式。
PWR外部Vlcd控制
1：打開Vlcd;0:關(guān)閉Vlcd。
AMP內(nèi)部運(yùn)放電源
1：打開；0：關(guān)閉。
REV翻轉(zhuǎn)顯示
1：翻轉(zhuǎn)；0：普通。
HOLT掛起
1：內(nèi)部操作停止；0：內(nèi)部操作開始。
ADC左右翻轉(zhuǎn)
1：翻轉(zhuǎn)；0：普通。
控制寄存器2（R1）
BIS1、BIS0 液晶偏置電壓選擇（1/8對應(yīng)較低Vlcd，1/11則對應(yīng)較高的Vlcd）
11：1/8偏置電壓；10：1/9偏置電壓；01：1/10偏置電壓；00：1/11偏置電壓。
VLS數(shù)據(jù)寬度
1：6BIT；0：8BIT。
GRAY灰度選擇
1：4級固定灰度；0：4個(gè)灰度值可從32級灰度中選擇。
DTY1、DTY0顯示行數(shù)（應(yīng)該選擇100行）
11：8行；10：64行；01：80行；00：100行
INC 自增1選擇
1：X地址自增1；0：Y地址自增1。
BLK使用閃爍功能
1:打開；0：關(guān)閉。
對比度控制（R16）
CM1、CM0 LCD交替驅(qū)動(dòng)周期（影響不大）
11：Frame;10:7Lines；01：11Lines；00：13Lines
CC4～CC0 對比度級別（數(shù)值越小需要Vlcd越低，應(yīng)選擇中間值）
00000：0/31；
00001：1/31；
.
.
.
11110：30/31；
11111；31；
如果以上幾個(gè)寄存器設(shè)置不當(dāng)，就無法顯示出圖像。
使用VC在PC上編寫了一個(gè)處理圖像的小程序，把160100的真彩BMP圖像經(jīng)過誤差分散算法處理，生成用于下載二進(jìn)制數(shù)據(jù)的文件，用串口調(diào)試軟件的文件發(fā)送功能傳送到AVRISP開發(fā)板，由AT90S8515芯片內(nèi)的服務(wù)程序接收數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)存到24CXX串行存儲器上（應(yīng)使用24CXX存儲器的PAGE模式來提高數(shù)據(jù)寫入速度）。因?yàn)槭褂昧?4C256，這樣可以存儲8張圖像，顯示效果很理想。AVRISP開發(fā)板的ISP編程接口也非常易用，配合CVAVR C編譯軟件，調(diào)試起來非常方便。希望和大家交流，我的郵箱zhao_xin@eyou.com。
HD66421應(yīng)用程序包見網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版。（使用CVAVRC編譯器）。
3 總結(jié)
本文詳細(xì)介紹了用HD66421液晶板制成通用液晶顯示模塊的方法，并且實(shí)例具體說明了以HD66421為核心的4級灰度液晶顯示模塊的應(yīng)用，為小型測控儀器和手持設(shè)備提供了一個(gè)較為廉價(jià)的灰度圖像顯示解決方案。文中的HD66421液晶板可以從http://www.21icsearch.com/TMC.HTM(中國電子網(wǎng)特買場)購得；有關(guān)AVRISP開發(fā)板請參考http://51kaifa.diy.163.com/avr/avr.html。
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