基于C8051 F021和RA8835的液晶顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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0 引言
隨著電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，尤其是人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)日益趨向人性化。這其中的液晶顯示屏以其具有能顯示復(fù)雜文字及圖形、顯示面積大小隨意、功耗低、輕薄等優(yōu)點(diǎn)，而得到廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，涌現(xiàn)了多種性能優(yōu)良且成本很低的單片機(jī)品種。C8051F系列單片機(jī)就是其中之一。在工程應(yīng)用中，C8051F021可在滿足性能要求的前提下，減少浪費(fèi)、降低成本。為此，本文給出了一種基于C8051F021和RA8835實(shí)現(xiàn)的低成本液晶顯示方案。
1 系統(tǒng)主要器件
1．1 C8051F021單片機(jī)
本系統(tǒng)選用性能優(yōu)良且成本較低的SOC單片機(jī)C8051F021作為控制核心。C8051F201是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)MCU芯片，具有32個(gè)數(shù)字I／O引腳。其主要的內(nèi)部資源有8通道12位ADC，2通道12位DAC，4 KB的RAM，64 KB的FLASH，以及硬件實(shí)現(xiàn)的SPI、SMBus／I2C和兩個(gè)UART串行接口，另外還有時(shí)鐘振蕩器，看門狗定時(shí)器，VDD監(jiān)視器，溫度傳感器等；C8051F021的所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可由IDE軟件使能／禁止和配置。它采用與8051兼容的CIP－51微控制器內(nèi)核。因采用流水線結(jié)構(gòu)，其指令執(zhí)行速度有了很大的提高。此外，C8051F021還配置有標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口，可在IDE軟件的支持下，對(duì)安裝在最終產(chǎn)品上的MCU進(jìn)行非侵入式、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。C8051F021的封裝為TQFP－64，可在工業(yè)溫度范圍內(nèi)(－45℃～+85℃)使用2．7～3．6 V的電壓工作。
1．2 RA8835液晶控制芯片
RA8835是臺(tái)灣瑞佑科技公司推出的新版液晶控制芯片．內(nèi)含功能強(qiáng)大的I／O緩沖器。RA8835的指令功能豐富，采用四位數(shù)據(jù)并行發(fā)送，可支持文字和圖形的混合顯示，并可將文字和圖形的三層重疊顯示、水平及垂直卷動(dòng)等動(dòng)態(tài)效果呈現(xiàn)于液晶屏上。RA8835可支持最大為640×256的屏幕顯示分辨率，其內(nèi)部集成有可支持160個(gè)5×7像素字符的Mask ROM，也可外接CGRAM來支持64個(gè)8x16像素的字符，或者外接CGROM以支持256個(gè)8×16像素的字符。RA8835與EPSON的S1D13305(SED1335)芯片完全兼容，并且加強(qiáng)了穩(wěn)定性，且擁有制程較新及耗電較低的優(yōu)勢(shì)，可有效降低成本。
RA8835的接口擁有功能強(qiáng)大的I／O緩沖器，它主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：
其一是MCU訪問RA8835不需要判斷其“忙”，RA8835隨時(shí)準(zhǔn)備接受MCU的訪問，可在內(nèi)部時(shí)序下及時(shí)地把MCU發(fā)來的指令、數(shù)據(jù)傳輸就位：
其二是RA8835在接口部分設(shè)置了適配In－te18080系列MCU和M6800系列MCU的兩種操作時(shí)序電路，并可通過引腳的電平設(shè)置來選擇二者之一。RA8835接口部分所屬的引腳如下：
DB0～DB7：三態(tài)數(shù)據(jù)總線，可直接掛在MCU的數(shù)據(jù)總線上；
CS：片選信號(hào)，低電平有效，MCUI訪問RA8835時(shí)，應(yīng)將其置低；
RD：為8080接口時(shí)，該腳為讀操作信號(hào)；
為M6800接口時(shí)，則為使能信號(hào)；
WR：為8080接口時(shí)，該腳為寫操作信號(hào)；
為M6800接口時(shí)，則為是寫操作信號(hào)；
A0：I／O緩沖器選擇信號(hào)，當(dāng)A0為0時(shí)，寫數(shù)據(jù)參數(shù)和讀忙標(biāo)志，當(dāng)A0為1時(shí)，寫指令代碼和讀數(shù)據(jù)；
RES：復(fù)位信號(hào)，低電平有效，當(dāng)重新啟動(dòng)RA8835時(shí)，還需要使用指令SYSTEMSET。
SEL1、SEL2：接口時(shí)的類型選擇信號(hào)。
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2 液晶屏電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用香港信利公司生產(chǎn)的MST-G320240DBSW-213W-E型5．7寸液晶顯示模塊，可顯示的點(diǎn)陣為320x240，藍(lán)膜高亮、LED背光、板載5 V負(fù)壓、帶RA8835控制芯片。其液晶屏接口電路如圖1所示。
圖1中，AD0～AD7可直接連到C8051F021的數(shù)據(jù)／地址總線(帶5 V上拉，C8051F021的I／O引腳均耐5 V電壓)；RD和WR分別為讀、寫線，可連接到C8051F021的讀、寫端口(RD：49號(hào)引腳，WR：48號(hào)引腳；均帶5 V上拉)；RST為上電復(fù)位，可連接上電復(fù)位電路；CS-LCD為片選輸入；A0為I／O緩沖器選擇。為了避免在無操作時(shí)液晶背光常亮，減少系統(tǒng)功耗，延長(zhǎng)液晶使用壽命，本系統(tǒng)利用555電路設(shè)計(jì)了背光固定延時(shí)關(guān)閉的液晶背光控制電路。該電路選用LM555H搭建單穩(wěn)態(tài)電路，當(dāng)連至C8051F021 I／O端口的BLC端有觸發(fā)脈沖時(shí)，555單穩(wěn)態(tài)電路輸出端TC就會(huì)輸出一定時(shí)長(zhǎng)的高電平脈沖，此時(shí)T1管導(dǎo)通，液晶背光打開，延時(shí)固定的一段時(shí)間后，555輸出端TC轉(zhuǎn)為低電平，T1管截止，液晶背光關(guān)閉。根據(jù)555單穩(wěn)態(tài)電路輸出脈寬的計(jì)算公式，可選擇合適的元件參數(shù)。通常當(dāng)延時(shí)定為30秒時(shí)，電阻R7可選用100 kΩ，電容C21可選用330μF。在工程項(xiàng)目中，有時(shí)由于實(shí)際需要，系統(tǒng)還需擴(kuò)展實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887和存儲(chǔ)器芯片CAT28C256，此二者的接口與液晶屏接口可共用C8051F021的數(shù)據(jù)／地址總線用作數(shù)據(jù)總線，本設(shè)計(jì)給出的以74HC139為核心的片選電路如圖2所示，其相應(yīng)的地址如下：
LCD：2000H～2001H
DS12887：4000H～40FFH
C AT28C256：8000H～FFFFH
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本系統(tǒng)中的CAT28C256單獨(dú)占用A0～A14地址總線，同時(shí)A15、A14、A13用作74HC139的譯碼輸入信號(hào)線，A0用作液晶屏的I／O緩沖器選擇，由于采用了外MEM低端口復(fù)用方式，因此，本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了以74HC573為核心的地址鎖存電路，其電路如圖3所示。其中，AD0～AD7可接到C8051F021的數(shù)據(jù)／地址總線，ALE接到C8051F021的ALE端(50號(hào)引腳)。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)RA8835的內(nèi)部寄存器來設(shè)計(jì)RA8835的驅(qū)動(dòng)程序。RA8835控制部分是RA8835的核心。它由振蕩器、功能邏輯電路、顯示RA管理電路、字符庫(kù)管理電路和產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)時(shí)序的時(shí)序發(fā)生器等幾部分組成，其振蕩器可工作在1～10 MHz范圍內(nèi)。RA8835能在很高的工作頻率下迅速地解釋由MCU發(fā)來的指令代碼，并將參數(shù)置入相應(yīng)的寄存器內(nèi)，還將觸發(fā)相應(yīng)的邏輯功能電路。控制部分可以管理64 KB顯示RAM、內(nèi)藏的字符發(fā)生器以及外擴(kuò)的字符發(fā)生器CGRAM或EXCGROM。一般地，RA8835可將64 KB顯示RAM分成以下兩種顯示特性區(qū)：
(1)文本顯示特性區(qū)
具有此特性的顯示RAM區(qū)專用于文本方式顯示，訪問該區(qū)的每個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)都被認(rèn)為是字符代碼。RA8835可使用該字符代碼確定字符庫(kù)中字符的所在位置，然后將相應(yīng)的字模數(shù)據(jù)傳送到液晶顯示模塊，并在液晶屏上出現(xiàn)該字符的8x8點(diǎn)陣塊，即文本顯示RAM區(qū)的一個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)液晶屏上的8x8點(diǎn)陣。
(2)圖形顯示特性區(qū)
具有此特性的顯示RAM區(qū)專用于圖形方式顯示，訪問該區(qū)的每個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)都將被直接送到液晶顯示模塊上，每個(gè)位的電平狀態(tài)決定液晶屏上一個(gè)點(diǎn)的顯示狀態(tài)， “1”為顯示， “0”為不顯示，故圖形顯示RAM區(qū)的一個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)液晶屏上的8×1點(diǎn)陣。
RA8835中有一組專用寄存器來管理這兩種特性顯示區(qū)，它可以單獨(dú)顯示一個(gè)特性區(qū)，也可使兩個(gè)特性顯示區(qū)通過某種邏輯關(guān)系合成顯示，顯示方式的設(shè)置可通過軟件指令設(shè)置實(shí)現(xiàn)。RA8835有13條指令，多數(shù)指令帶有參數(shù)，參數(shù)值可由用戶根據(jù)所控制的液晶顯示模塊的特性和顯示的需要來設(shè)置。
MCU可把指令代碼寫入指令輸入緩沖器內(nèi)(即A0=1時(shí))，指令的參數(shù)則隨后通過數(shù)據(jù)輸入緩沖器寫入(即A0=0 時(shí))。帶有參數(shù)的指令代碼的作用之一就是選通相應(yīng)參數(shù)的寄存器，任意一條指令(除SLEEPIN、CSRDIR、CSRR和MERAD外)都是在其附屬參數(shù)輸入完成之后才能執(zhí)行。當(dāng)寫入一條新的指令時(shí)，RA8835一般在舊的指令參數(shù)組運(yùn)行完成后，才等待新的參數(shù)的到來。
RA8835在8080方式下的時(shí)序如圖4所示。圖5所示是RA8835的驅(qū)動(dòng)程序流程圖。
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