振動信號波形在圖形型液晶模塊上的實現(xiàn)

1　GDM12864E簡介及其與MPU的接口

1．1　GDM12864E簡介

點(diǎn)陣圖形型液晶顯示模塊GDM12864E內(nèi)嵌ST7920型中文字型點(diǎn)陣LCD控制／驅(qū)動器，通過對控制／驅(qū)動器寫指令，可以顯示數(shù)字、字母、漢字以及自定義圖形?？刂疲?qū)動器ST7920的ROM中包括8192個16×16點(diǎn)的中文字型，以及128個16×8點(diǎn)半寬的數(shù)字、字母字型；RAM中包括 1個128×64點(diǎn)的軟件繪圖區(qū)域（GDRAM）和4個16×16點(diǎn)的軟件造字區(qū)域（CGRAM）。

GDM12864E模塊共有20個引腳。 1－VSS，系統(tǒng)地；2－VDD，系統(tǒng)電源（＋5V）；3－VO，顯示對比度調(diào)節(jié)；4－RS，數(shù)據(jù)／指令寄存器選擇信號；5－RW，讀／寫模塊數(shù)據(jù)選擇信號；6－E，使能信號端，上升沿（前沿）鎖存選擇信號，下降沿（后沿）讀／寫數(shù)據(jù)或命令：7～14為8位數(shù)據(jù)輸入／輸出總線；15～18為空；19－A，LED背光的電源正極：20－K，LED背光的電源地。

1．2　GDM12864E與80C196KC的接口

單片機(jī)與顯示模塊的接口就是單片機(jī)與顯示模塊的控制／驅(qū)動器ST7920的接口。ST7920與單片機(jī)的連接方式有兩種：直接訪問方式和間接訪問方式。這里采用直接訪問方式，即將LCD顯示模塊的接口作為單片機(jī)的一段片外存儲器，通過對該段存儲單元的存取操作來實現(xiàn)對液晶顯示模塊的控制。硬件接口如圖1 所示。

在圖1中，單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)總線工作在8位方式。AD0～AD7分時復(fù)用作數(shù)據(jù)總線和地址總線的低8位，作為數(shù)據(jù)線時直接與液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)口連接。單片機(jī)的高位地址線A10接至數(shù)據(jù)／指令寄存器選擇信號端RS，A11接至讀／寫模塊數(shù)據(jù)選擇信號端RW。A10和A11組合成的四種狀態(tài)所對應(yīng)的功能如表 1所示。

E的上升沿（前沿）鎖存所選擇的信號，下降沿（后沿）執(zhí)行讀／寫數(shù)據(jù)或命令。工作時序如圖2所示。其中，對于控制／驅(qū)動器ST7920，使能信號E的寬度必須大于450ns。當(dāng)晶振頻率選為12MHz時，80C196KC單片機(jī)讀／寫信號WR／RD的寬度是550ns，能夠滿足要求。16MHz晶振不能滿足要求。

1．3　顯示模塊占用地址的分配

這里將LCD顯示模塊作為單片機(jī)的一段外部存儲單元，由接口電路知，LCD占用片外地址范圍1000H～1FFFH。其中，對片外單元 1000H～13FFH只能進(jìn)行寫操作，向LCD模塊發(fā)送指令；對片外單元1400H～17FFH只能進(jìn)行寫操作，向顯示緩沖區(qū)某個單元寫數(shù)據(jù)；對片外單元1800H～1BFFH只能進(jìn)行讀操作，讀取LCD的忙碌標(biāo)志；對片外單元1C00H～1FFFH只能進(jìn)行讀操作，讀取顯示緩沖區(qū)中某個單元的內(nèi)容。這樣做的好處是程序精簡，從而提高顯示速度。
　　例如：LDB　R1，＃08H
　　STB　R1，1000H

完成對關(guān)顯示命令08H的傳送，其中地址1000H更換成段1000H～13FFH中其他單元地址同樣有效。
　　LDB　R1，1800H

將忙碌標(biāo)志讀到R1中。同樣，地址1800H更換成段1800H～1BFFH中其他單元的地址同樣有效。

2　波形顯示的軟件設(shè)計

在控制／驅(qū)動器ST7920中存在一個與液晶屏面相對應(yīng)的顯示緩沖區(qū)。利用LCD模塊顯示波形，最關(guān)鍵的就是確定該緩沖區(qū)的存儲單元同液晶屏面上像素的對應(yīng)關(guān)系。有了這個對應(yīng)關(guān)系后，我們就可以通過將某個存儲單元中的某一位置為1來實現(xiàn)在液晶屏上畫出對應(yīng)的一點(diǎn)。該緩沖區(qū)共有64行×16列＝1024 個存儲單元（每個單元8位），每一單元同液晶屏面上的水平連續(xù)的8個像素相對應(yīng)，顯示緩沖區(qū)中的每個存儲單元的地址分為水平地址和垂直地址，該地址對應(yīng)到液晶平面上就是連續(xù)8個像素的水平坐標(biāo)和垂直坐標(biāo)。

在測試儀的軟件設(shè)計中，每次連續(xù)采集2K個數(shù)據(jù)存放在RAM中的8000H～87FFH單元內(nèi)。而液晶顯示器每次只能顯示128個點(diǎn)，因此，我們可以通過改變在RAM中的讀數(shù)間隔來控制信號波形的橫向顯示，即每顯示完一個數(shù)據(jù)，RAM地址加 N（N的最大值16）。通過改變N的大小來實現(xiàn)對信號波形在水平方向上的拉伸或壓縮，以便于觀察。

以顯示水平方向上從左至右第a（a的范圍是1～128）個點(diǎn)為例。

第一步：從RAM中地址是8000H＋（a－1）＊N的單元中讀取采樣值k（10位采樣精度）。

第二步：根據(jù)a的值計算液晶屏上a點(diǎn)在顯示緩沖區(qū)中對應(yīng)的位所在字節(jié)的水平地址x＝80H＋a／8，其中a／8取商的整數(shù)部分。

第三步：根據(jù)采樣值k計算a點(diǎn)在顯示緩沖區(qū)中對應(yīng)的位所在字節(jié)的垂直地址y＝80H＋64＊k／1024，其中k／1024取商的整數(shù)部分。

第四步：計算在上兩步所確定的顯示緩沖字節(jié)中需要存放的內(nèi)容。取a／8的余數(shù)c，將8位二進(jìn)制數(shù)10000000B向右移位c－1（c等于0時取c為 9）次得到d。為了避免該點(diǎn)所在緩沖字節(jié)中的其他位被改變，需要事先將該緩沖字節(jié)的內(nèi)容讀出來（ST7920有此功能）與d取或后作為最終需要存放的內(nèi)容 e。

第五步：將e存放到二三兩步所確定的緩沖字節(jié)中，點(diǎn)亮a點(diǎn)。

第六步：如果a點(diǎn)與前一點(diǎn)的幅值差距大于1，那么就會造成波形顯示的不連續(xù)，影響視覺效果。解決此問題的辦法是：每顯示完一點(diǎn)后，判斷它與前一點(diǎn)的幅值差距f，若f大于1就在兩點(diǎn)間的豎直方向上連續(xù)插入f－1個點(diǎn)（若硬件允許，插入點(diǎn)的灰度低一些，效果更好）。為達(dá)到幅值差為正和負(fù)時插入點(diǎn)在水平方向上的對稱，可這樣解決：若當(dāng)前點(diǎn)在前一點(diǎn)的上方就取前一點(diǎn)的水平坐標(biāo)作為插入點(diǎn)的水平坐標(biāo)，若當(dāng)前點(diǎn)在前一點(diǎn)的下方，則取當(dāng)前點(diǎn)的水平坐標(biāo)作為插入點(diǎn)的水平坐標(biāo)。

以上就是顯示每個點(diǎn)所需的步驟，在具體編程時只需將上面步驟循環(huán)128次即可在液晶屏面上畫出信號波形。由于篇幅有限，這里不再提供具體程序。

3　結(jié)束語

本文設(shè)計的信號波形顯示方法，在軸承振動信號測試儀的研制中已經(jīng)得到成功驗證。該設(shè)計方法在硬件上有兩大特點(diǎn)。一是將LCD模塊的控制線與單片機(jī)的地址線相連，單片機(jī)輸出地址時就可完成對LCD模塊的功能選擇，無需單獨(dú)向控制線送數(shù)據(jù)。二是利用讀寫信號產(chǎn)生LCD的使能脈沖。該設(shè)計方法在軟件上的特點(diǎn)是程序簡單，顯示速度快。這對解決智能型LCD模塊繪圖速度慢的問題很有幫助。這種設(shè)計方法在繪圖速度上優(yōu)于其他方法，具有很好的實用價值。

參考文獻(xiàn)
［1］李維，郭強(qiáng)，周云仙．液晶顯示應(yīng)用手冊［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2003．
［2］劉復(fù)華．8XC196KX單片機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2002．