《電子技術應用》
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基于C8051F021和RA8835的液晶顯示系統(tǒng)設計
摘要: 在工程應用中,C8051F021可在滿足性能要求的前提下,減少浪費、降低成本。為此,本文給出了一種基于C8051F021和RA8835實現(xiàn)的低成本液晶顯示方案。
Abstract:
Key words :

  0 引言

  隨著電子產(chǎn)品設計技術的不斷發(fā)展,電子產(chǎn)品的設計,尤其是人機交互界面的設計日益趨向人性化。這其中的液晶顯示屏以其具有能顯示復雜文字及圖形、顯示面積大小隨意、功耗低、輕薄等優(yōu)點,而得到廣泛的應用。近年來,隨著單片機技術的飛速發(fā)展,涌現(xiàn)了多種性能優(yōu)良且成本很低的單片機品種。C8051F系列單片機就是其中之一。在工程應用中,C8051F021可在滿足性能要求的前提下,減少浪費、降低成本。為此,本文給出了一種基于C8051F021和RA8835實現(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

  本系統(tǒng)選用性能優(yōu)良且成本較低的SOC單片機C8051F021作為控制核心。C8051F201是完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU芯片,具有32個數(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,以及硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus/I2C和兩個UART串行接口,另外還有時鐘振蕩器,看門狗定時器,VDD監(jiān)視器,溫度傳感器等;C8051F021的所有模擬和數(shù)字外設均可由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。因采用流水線結構,其指令執(zhí)行速度有了很大的提高。此外,C8051F021還配置有標準的JTAG接口,可在IDE軟件的支持下,對安裝在最終產(chǎn)品上的MCU進行非侵入式、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是臺灣瑞佑科技公司推出的新版液晶控制芯片.內(nèi)含功能強大的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、水平及垂直卷動等動態(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5×7像素字符的Mask ROM,也可外接CGRAM來支持64個8x16像素的字符,或者外接CGROM以支持256個8×16像素的字符。RA8835與EPSON的S1D13305(SED1335)芯片完全兼容,并且加強了穩(wěn)定性,且擁有制程較新及耗電較低的優(yōu)勢,可有效降低成本。

  RA8835的接口擁有功能強大的I/O緩沖器,它主要表現(xiàn)在兩個方面:

  其一是MCU訪問RA8835不需要判斷其“忙”,RA8835隨時準備接受MCU的訪問,可在內(nèi)部時序下及時地把MCU發(fā)來的指令、數(shù)據(jù)傳輸就位:

  其二是RA8835在接口部分設置了適配In-te18080系列MCU和M6800系列MCU的兩種操作時序電路,并可通過引腳的電平設置來選擇二者之一。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,低電平有效,MCUI訪問RA8835時,應將其置低;
  •   RD:為8080接口時,該腳為讀操作信號;
  •   為M6800接口時,則為使能信號;
  •   WR:為8080接口時,該腳為寫操作信號;
  •   為M6800接口時,則為是寫操作信號;
  •   A0:I/O緩沖器選擇信號,當A0為0時,寫數(shù)據(jù)參數(shù)和讀忙標志,當A0為1時,寫指令代碼和讀數(shù)據(jù);
  •   RES:復位信號,低電平有效,當重新啟動RA8835時,還需要使用指令SYSTEMSET。
  •   SEL1、SEL2:接口時的類型選擇信號。

  2 液晶屏電路設計

  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,可顯示的點陣為320x240,藍膜高亮、LED背光、板載5 V負壓、帶RA8835控制芯片。其液晶屏接口電路如圖1所示。

液晶屏接口電路

  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號引腳,WR:48號引腳;均帶5 V上拉);RST為上電復位,可連接上電復位電路;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液晶背光常亮,減少系統(tǒng)功耗,延長液晶使用壽命,本系統(tǒng)利用555電路設計了背光固定延時關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,當連至C8051F021 I/O端口的BLC端有觸發(fā)脈沖時,555單穩(wěn)態(tài)電路輸出端TC就會輸出一定時長的高電平脈沖,此時T1管導通,液晶背光打開,延時固定的一段時間后,555輸出端TC轉為低電平,T1管截止,液晶背光關閉。根據(jù)555單穩(wěn)態(tài)電路輸出脈寬的計算公式,可選擇合適的元件參數(shù)。通常當延時定為30秒時,電阻R7可選用100 kΩ,電容C21可選用330μF。在工程項目中,有時由于實際需要,系統(tǒng)還需擴展實時時鐘芯片DS12887和存儲器芯片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,本設計給出的以74HC139為核心的片選電路如圖2所示,其相應的地址如下:

 

  LCD:2000H~2001H

  DS12887:4000H~40FFH

  C AT28C256:8000H~FFFFH

以74HC139為核心的片選電路

  本系統(tǒng)中的CAT28C256單獨占用A0~A14地址總線,同時A15、A14、A13用作74HC139的譯碼輸入信號線,A0用作液晶屏的I/O緩沖器選擇,由于采用了外MEM低端口復用方式,因此,本系統(tǒng)還設計了以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號引腳)。

地址鎖存電路

  3 系統(tǒng)軟件設計

  在軟件設計時,可根據(jù)RA8835的內(nèi)部寄存器來設計RA8835的驅動程序。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、字符庫管理電路和產(chǎn)生驅動時序的時序發(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)置入相應的寄存器內(nèi),還將觸發(fā)相應的邏輯功能電路??刂撇糠挚梢怨芾?4 KB顯示RAM、內(nèi)藏的字符發(fā)生器以及外擴的字符發(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)的每個字節(jié)的數(shù)據(jù)都被認為是字符代碼。RA8835可使用該字符代碼確定字符庫中字符的所在位置,然后將相應的字模數(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點陣塊,即文本顯示RAM區(qū)的一個字節(jié)對應液晶屏上的8x8點陣。

  (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)的每個字節(jié)的數(shù)據(jù)都將被直接送到液晶顯示模塊上,每個位的電平狀態(tài)決定液晶屏上一個點的顯示狀態(tài), “1”為顯示, “0”為不顯示,故圖形顯示RAM區(qū)的一個字節(jié)對應液晶屏上的8×1點陣。

  RA8835中有一組專用寄存器來管理這兩種特性顯示區(qū),它可以單獨顯示一個特性區(qū),也可使兩個特性顯示區(qū)通過某種邏輯關系合成顯示,顯示方式的設置可通過軟件指令設置實現(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置。

  MCU可把指令代碼寫入指令輸入緩沖器內(nèi)(即A0=1時),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)。帶有參數(shù)的指令代碼的作用之一就是選通相應參數(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。當寫入一條新的指令時,RA8835一般在舊的指令參數(shù)組運行完成后,才等待新的參數(shù)的到來。

  RA8835在8080方式下的時序如圖4所示。圖5所示是RA8835的驅動程序流程圖。

RA8835在8080方式下的時序

RA8835的驅動程序流程圖

系統(tǒng)顯示效果圖

  4 結束語

  本文對基于C8051F021單片機和RA8835液晶控制器的液晶顯示系統(tǒng)設計方法進行了探討。給出了對模塊進行有效控制的具體接口電路。本系統(tǒng)經(jīng)工程測試證明其性能穩(wěn)定、設計簡潔,同時可為相關液晶顯示系統(tǒng)的設計提供一種可借鑒的方法。

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