基于ARM處理器的LCD編程設(shè)計(jì)

隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，新型的儀器儀表呈現(xiàn)出操作簡(jiǎn)單、便攜化的趨勢(shì)。LCD模塊能夠滿足嵌入式系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的要求，它可以顯示漢字、字符和圖形，同時(shí)還具有低壓、低功耗、體積小、重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用十分廣泛。

液晶顯示模塊(LCM)是由控制器、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器、顯示存儲(chǔ)器和液晶顯示屏等器件通過PCB組裝成一體的低成本輸出設(shè)備，被廣泛用于各種儀器儀表等設(shè)備中。其核心部件LCD控制器是可編程接口芯片，它一方面提供與微控制器(MCU)的接口，一方面連接行/列驅(qū)動(dòng)器。用戶對(duì)LCD控制器編程就是實(shí)現(xiàn)對(duì)LCM的操作控制。LCD控制器的功能是接收計(jì)算機(jī)發(fā)來的指令和數(shù)據(jù)，并向計(jì)算機(jī)反饋所需的數(shù)據(jù)信息。

T6963控制模塊

T6963控制器型液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)由液晶顯示控制器T6963及其外圍電路、行驅(qū)動(dòng)器組、列驅(qū)動(dòng)器組和液晶驅(qū)動(dòng)偏電壓電路組成。T6963C是一種內(nèi)置控制器的圖形LCD，其面向顯示存儲(chǔ)器的引腳有8根數(shù)據(jù)線(D7~D0)、16根地址線(AD15~AD0)和4根控制線，最多能管理64KB大小的顯示存儲(chǔ)器。T6963C將顯示存儲(chǔ)器分成3個(gè)區(qū)，分別是文本顯示緩沖區(qū)、圖形顯示緩沖區(qū)和字符產(chǎn)生器RAM(CGRAM)區(qū)。

采用圖形顯示方式時(shí)，液晶屏顯示單元的單位是8×1點(diǎn)陣(稱為一個(gè)圖形顯示單位)。每個(gè)圖形顯示單位對(duì)應(yīng)圖形顯示緩沖區(qū)中的一個(gè)存儲(chǔ)單元。將點(diǎn)陣狀態(tài)信息寫入這個(gè)存儲(chǔ)單元，則對(duì)應(yīng)的位置就會(huì)顯示出圖形。

采用文本顯示方式時(shí)，液晶屏顯示信息的單位是8×8點(diǎn)陣(稱為一個(gè)文本顯示單位)。每個(gè)文本顯示單位對(duì)應(yīng)文本顯示緩沖區(qū)中的8個(gè)連續(xù)存儲(chǔ)單元。但采用文本顯示方式時(shí)，寫入文本顯示緩沖區(qū)的不是點(diǎn)陣狀態(tài)信息，而是字符代碼，其點(diǎn)陣狀態(tài)信息(8×8)(即字模)存放在CGRAM中。當(dāng)8×8的點(diǎn)陣不足以描述一個(gè)符號(hào)時(shí)，則通常用多個(gè)字符的組合來描述。例如，一般采用16×16的點(diǎn)陣來描述漢字，將該點(diǎn)陣分為4個(gè)8×8的點(diǎn)陣，用4個(gè)字符代碼描述一個(gè)漢字，根據(jù)這4個(gè)部分的位置關(guān)系將4條代碼寫入相應(yīng)的文本顯示緩沖區(qū)。T6963C片內(nèi)還包含一個(gè)字模庫(kù)CGROM，固化了數(shù)字、英文字母和常用符號(hào)等128個(gè)字符的點(diǎn)陣狀態(tài)信息。

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1. 處理器

本文系統(tǒng)中的處理器選用的是ARM7系列AT91SAM7S64，該器件具有64KB的高速Flash、16KB的SRAM以及豐富的外設(shè)資源，因而可以給系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大的硬件支持。

它包含的主要功能單元是：

PDC(Peripheral Data Controller，外設(shè)數(shù)據(jù)控制器)，可以通過該控制器管理SPI接口和串口。串口作為本系統(tǒng)各部分之間通信的主要手段，而SPI接口作為ARM處理器和A/D、D/A模塊之間通信和控制的主要手段。

AIC(Advanced Interrupt Controller，先進(jìn)中斷控制器)，可以通過該控制器產(chǎn)生計(jì)時(shí)器中斷和串口中斷，計(jì)時(shí)器中斷可作為本系統(tǒng)分時(shí)作業(yè)編程的主要手段，而串口中斷是數(shù)據(jù)通信的處理手段。

PIOA(Parallel Input/Output Controller，并行輸入/輸出控制器)，可以通過該控制器管理ARM系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備，同時(shí)本系統(tǒng)也使用PIOA來控制LCD。

其它功能單元包括看門狗、電源控制器等?？梢酝ㄟ^編程對(duì)這些控制器進(jìn)行管理，在IAR開發(fā)環(huán)境下采用C語言進(jìn)行編程，并通過JTAG調(diào)試接口下載到板上FLASH中運(yùn)行調(diào)試。

2. 液晶屏連接方式

T6963液晶顯示模塊與處理器的連接方式通常有兩種：直接訪問方式和間接控制方式。直接訪問方式是指處理器以訪問存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備的方式控制液晶控制模塊工作，模塊的數(shù)據(jù)線與處理器的數(shù)據(jù)總線連接，片選及寄存器選擇由處理器的地址總線提供，讀和寫操作由處理器的讀寫操作信號(hào)控制；而在間接控制方式中，處理器通過自身或系統(tǒng)的并行接口與液晶控制模塊相連，處理器通過I/O接口的操作間接實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的控制。

本系統(tǒng)采用的是直接訪問方式，如圖1所示。使用ARM處理器AT91SAM7S64的引腳完全可編程和復(fù)用功能，以4路模擬顯示模塊控制信號(hào)，8路作為數(shù)據(jù)線。這樣即充分發(fā)揮了T91SAM7S64處理器功能強(qiáng)大、資源豐富的優(yōu)點(diǎn)，又簡(jiǎn)化了控制并易于實(shí)現(xiàn)編程。

圖1：ARM與LCD的接口示意圖

軟件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)對(duì)圖形顯示方式進(jìn)行編程。圖形顯示方式可顯示任何形狀的圖形(包括字符)，在該方式下，T6963C還可以提供對(duì)“位”的操作，即通過命令控制液晶屏上的任意一點(diǎn)是否顯示。每個(gè)點(diǎn)的顯示狀態(tài)用一位二進(jìn)制信息表示，當(dāng)這一位信息為“1”時(shí)顯示屏上相應(yīng)的點(diǎn)就顯示，為“0”時(shí)則不顯示。

但由于本設(shè)計(jì)中采用的是32位ARM處理器，而不是8位的51系列，因此在直接控制方式下的編程過程中，應(yīng)注意數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1. T6963指令集及時(shí)序

T6963擁有一系列操作指令，通過這些指令可以實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏的控制。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)T6963的指令系統(tǒng)以及時(shí)序信號(hào)波形圖等進(jìn)行編程。T6963指令系統(tǒng)見表1。液晶顯示模塊的控制引腳和讀寫信號(hào)的控制關(guān)系如圖2所示。

表1：T6963指令表。

圖2：T6963信號(hào)時(shí)序圖。

2. 程序流程圖

通常液晶顯示編程的過程是：首先編寫狀態(tài)查詢、寫指令、寫數(shù)據(jù)、讀數(shù)據(jù)等子程序；然后編寫清屏、畫點(diǎn)等基本子程序；在此基礎(chǔ)上編寫程序以顯示字符、數(shù)字、漢字及復(fù)雜的圖形等。每條指令的執(zhí)行都是先送入?yún)?shù)，再送入指令代碼，因此每次操作之前最好先進(jìn)行狀態(tài)字檢測(cè)。

通過對(duì)內(nèi)置T6963點(diǎn)陣式液晶顯示的軟件設(shè)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)該液晶顯示控制模塊的控制語句簡(jiǎn)單、調(diào)試方便。T6963C內(nèi)部通過一根地址線來確定兩個(gè)寄存器，當(dāng)?shù)刂肪€為低電平，選擇DATA寄存器；當(dāng)?shù)刂肪€為高電平，則選擇COMMAND/STATUS寄存器。在對(duì)T6963C發(fā)送每條指令或參數(shù)前，必須先讀取COMMAND/STATUS寄存器以檢查T6963C的狀態(tài)字。狀態(tài)字節(jié)的含義如下：

STA0：1/0，指令讀寫狀態(tài)為準(zhǔn)備好/忙；

STA1：1/0，數(shù)據(jù)讀寫狀態(tài)為準(zhǔn)備好/忙；

STA2：1/0，數(shù)據(jù)自動(dòng)讀狀態(tài)為準(zhǔn)備好/忙；

STA3：1/0，數(shù)據(jù)自動(dòng)寫狀態(tài)為準(zhǔn)備好/忙；

STA4：未用；

STA5：1/0，控制器運(yùn)行檢測(cè)可能/不能；

STA6：1/0，屏讀/拷貝狀態(tài)為出錯(cuò)/正確；

STA7：1/0，閃爍狀態(tài)檢測(cè)為正常顯示/關(guān)顯示。

由于各狀態(tài)位的含義不同，因此在不同的場(chǎng)合應(yīng)檢測(cè)不同的狀態(tài)位。在CPU對(duì)T6963C中每一字節(jié)的指令或數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫前，應(yīng)先將STA0和STA1同時(shí)置為“準(zhǔn)備好”狀態(tài)。T6963C模塊的控制指令可帶有0個(gè)、1個(gè)或2個(gè)參數(shù)。在執(zhí)行每條指令時(shí)都是先送入?yún)?shù)(如果有的話)，再送入指令代碼。當(dāng)向T6963C讀、寫數(shù)據(jù)或?qū)懭朊顣r(shí)，必須嚴(yán)格遵循T6963C的時(shí)序。如果送入的參數(shù)多于規(guī)定個(gè)數(shù)，則認(rèn)為最后一次送入的有效。每次操作之前必須先進(jìn)行狀態(tài)字檢測(cè)。圖3a給出了顯示操作的流程框圖。

圖3：(a) 顯示操作流程框圖；(b) 雙參數(shù)指令傳輸過程。

以上每個(gè)步驟又需要完成以下流程：對(duì)于無參數(shù)或自動(dòng)指令，以上過程僅執(zhí)行1次，單參數(shù)指令需執(zhí)行2次，而雙參數(shù)指令則需執(zhí)行3次(前2次傳參數(shù)，最后1次傳指令)。圖3b以雙參數(shù)指令為例給出了指令傳輸過程。

檢測(cè)程序如下：

//指令、數(shù)據(jù)讀寫狀態(tài)檢查

void RWCheck()

{

unsigned int dat = 0;

do

{

*AT91C_PIOB_CODR=CS;

*AT91C_PIOA_ODSR = DATA_BUS;

*AT91C_PIOB_SODR = A0;

*AT91C_PIOB_CODR = RD;

delay_bus();

dat=*AT91C_PIOA_PDSR;//讀出當(dāng)前PIO管腳狀態(tài)

dat = 0x00600000dat;//取出需要的數(shù)據(jù)位，看STA0，STA1是否準(zhǔn)備好

delay_bus();

*AT91C_PIOA_SODR = RD;

delay_bus();

*AT91C_PIOA_SODR=CS;

}

3. 漢字顯示

以本系統(tǒng)的顯示模塊LCM240128為例，液晶顯示屏上橫向的8個(gè)點(diǎn)是一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，某位為1則對(duì)應(yīng)點(diǎn)變亮，對(duì)于240×128的顯示模塊來說，每行為240點(diǎn)，每列為128點(diǎn)。每個(gè)字節(jié)在顯示緩沖區(qū)中均有對(duì)應(yīng)的地址，液晶屏幕的左上角橫向8個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)液晶模塊顯示緩沖區(qū)的首地址。最常見的顯示方式有兩種，以常用的16×16點(diǎn)陣漢字為例，一種是先將左半部16個(gè)字節(jié)寫入顯示緩沖區(qū)，再寫入右半部的16個(gè)字節(jié)；另一種則先寫入上半部的16個(gè)字節(jié)，再寫入下半部的16個(gè)字節(jié)。然后單片機(jī)通過接口電路，按照規(guī)定的時(shí)序?qū)⒋@示漢字字模的所有字節(jié)按液晶控制器規(guī)定的方式，在預(yù)定位置寫入液晶控制器緩沖區(qū)。程序如下：

void ShowHZ(unsigned int lin，unsigned int column，unsigned int hzcode)

{

unsigned char i;

unsigned int StartAddr = 0;

StartAddr=lin*LineChar + column; //定位起始行

for(i=0;i16;i++)

{

OutPortCom3((unsigned char)(StartAddr)， (unsigned char)(StartAddr>>8)， 0x24);

OutPortCom2( HZTable[hzcode][i*2]， 0xc0); //左半部 地址加一

OutPortCom2( HZTable[hzcode][i*2+1]， 0xc4); //右半部 字模地址加一

StartAddr=StartAddr + LineChar;

}

}

4. 圖形顯示

固定格式的圖形圖像顯示與在圖形方式下顯示漢字類似，即先確定點(diǎn)陣信息，再送入顯示位置對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)中。實(shí)際上，每個(gè)漢字都是一幅圖像，只是在處理坐標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)有所不同。與漢字顯示的主要區(qū)別是：圖形顯示中數(shù)據(jù)需逐點(diǎn)生成并按一定算法逐點(diǎn)送入緩沖區(qū)單元；為獲得良好的顯示效果，標(biāo)準(zhǔn)圖元(直線、圓、橢圓等)可利用圖形學(xué)中的某些生成算法。由于硬件要求一次掃1行，因此必須先找到該點(diǎn)所在的行地址，然后在字節(jié)內(nèi)計(jì)算點(diǎn)的位置，將該位置1；若是擦除，則將該位置0。畫點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)其它圖形的基礎(chǔ)，利用畫點(diǎn)程序，只需按照?qǐng)D形學(xué)算法控制坐標(biāo)變量x、y并移位，然后逐一畫點(diǎn)，就能組成任何圖形。

5. 動(dòng)態(tài)顯示

當(dāng)動(dòng)態(tài)顯示圖形時(shí)，用T6963C控制器的命令和功能編程，獲得變參數(shù)的各種基本圖形函數(shù)，以顯示不同的圖形，在動(dòng)態(tài)圖形顯示之前將固定的圖形采用屏拷貝方式保存下來，動(dòng)態(tài)圖形顯示結(jié)束時(shí)恢復(fù)原來的圖形。漢字字符和數(shù)字字符的固定顯示在初始化過程中完成，動(dòng)態(tài)顯示則直接用覆蓋的方式完成。

無論漢字、數(shù)字、英文字符或圖形，液晶顯示控制器都視為在規(guī)定區(qū)域根據(jù)給定數(shù)據(jù)控制各個(gè)點(diǎn)的顯示，它們的顯示控制原理并沒有本質(zhì)區(qū)別，這樣在編程時(shí)就可以將所有顯示內(nèi)容都當(dāng)作圖形處理。驅(qū)動(dòng)程序采用C語言編寫，具有模塊化的結(jié)構(gòu)和代碼可移植性，且通用性較好。

本文小結(jié)

采用點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊將使顯示更直觀、界面更豐富。直接訪問方式的驅(qū)動(dòng)程序比間接控制方式更精簡(jiǎn)一些，程序的運(yùn)行效率也較高。本文中的程序采用C語言編寫，通用性強(qiáng)、移植方便。該方法及程序在系統(tǒng)顯示部分中，顯示清晰、工作穩(wěn)定。具有模塊化結(jié)構(gòu)和代碼可移植性，且通用性較好，在嵌入式系統(tǒng)中有一定代表性和廣泛用途。