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LCD显示模块并行接口驱动程序设计
张芝贤,王明贺, 张正吉, 邱伟华, 刘筠筠
摘要: 本文介绍一种LCD图形液晶驱动器的使用方法以及程序裁剪、移植和扩展,实现在任意坐标上显示图形和汉字。这款驱动器不带字库,对需要显示的汉字和字母通过字模产生器产生数据, 通过程序设计把字体在LCD通过描点描述出来。
Abstract:
Key words :

0 引 言
人们在日常生活中,LCD占有很大的地位。人们使用的电脑、手机、车载系统、各种测量设备、显示设备等等,都把LCD作为重要的人机接口,它把使用者需要 的信息及时反应出来。目前市场上存在着各种LCD和相对应的驱动模块,驱动模块所带的驱动程序都是针对本身模块开发的,各种驱动程序之间通用性差,而且在 不同的平台上很难移植。每换一种LCD产品,都要根据它的驱动模块重写驱动程序。这样产品开发资源浪费,开发周期长,成本增加。本文将介绍一种LCD图形 液晶驱动器的使用方法以及程序裁剪、移植和扩展,实现在任意坐标上显示图形和汉字。这款驱动器不带字库,对需要显示的汉字和字母通过字模产生器产生数据, 通过程序设计把字体在LCD通过描点描述出来(本文所用的字模采用阳码)。


1 典型图形LCD驱动器NHC_313简介
1.1 驱动器简介
NHC_313驱动器驱动最大点阵数为640(列)×480(行),显示颜色为65536色(16位色)。本文所用的LCD为SHARP公司产品,产品型 号为LQ104V1DG52。NHC_313有8位复用并行接口一数据总线和控制总线。MCU可以通过总线对LCD进行操作,随时写显示存储器,而不影响 显示效果,即显示不会出现“雪花”。NHC_313内部有两页显示缓存,使用人员可以让一页缓存的数据在LCD上显示出来,同时可以对第二页的缓存进行操 作。此驱动器与微处理器接口连接简单,接口的读、写操作兼容8031总线时序。这款驱动器只是单纯的图形图像显示,没有内置字库、图形库。如果设计人员要 显示汉字,必须要把需要的汉字用字模生成器产生字模的16进制文件,然后通过程序控制把需要的字体逐一描到LCD上。驱动器的控制引脚如下:
WR:数据写入,低电平有效
CS:片选端,低电平有效
A0:地址信号线0
A1:地址信号线1
DB0~DB7:数据总线
对NHC_313读写的时候采用8031时序,如图1为NHC_313接口电路8031时序图,在表1中列出了接口的时序特征参数。

    当驱动器与8051等I/O口读写速度不是很快的MCU连接时,I/O的特性其本上可以满足表1的时序特征参数,图2给出的是MCU和驱动器无缝连接的接 口电路,这种方法是采用IO模拟时序的时候用到的引脚(不止局限于图中列出的引脚),本文建议采用I/O口模拟时序的方法控制驱动器。要注意的是如果 I/O的读写速度过快则不能满足接口时序特性参数。例如采用Silab公司的C8051F340作为NHC_313的MCU,由于C8051F340的内 部晶振为48MHz,I/O读写速度不能很好满足时序特性(写周期不能满足),所以在程序设汁中会看到有延时程序。而Atmel 8051系列单片机I/O可以满足表1的时序参数特性,不需要加入延时程序。

    表2为驱动器命令,由于显示的像素点数为640(列)×480(行),对于8位的I/O不能一次的把行和列的信息完全表示出来,由此设置了行列的高低地址(8位地址线只能表示0~255的地址信息)。

    对驱动器进行写操作要遵循以下规律:
a)设定显示页和操作页地址(A1=A0=1,CS=0,WR=0)

    D1-D0设定列地址高字节;D2设定行地址高字节。开机时先执行此操作再执行其他操作。
b)写行地址低字节。(A1=0,A0=1)
c)写列地址低字节字节。(A1=1,A0=0)
d)连续写两次8位字节对应一个像素点颜色(A1=0,A0=0)。第一个字节:

    R4、R3、R2、R1、R0表示红色灰度;G5、G4、G3、G2、G1、G0表示绿色灰度;B4、B3、B2、B1、B0表示蓝色灰度。如在同一行内 连续写数据不用每次重写行坐标和列坐标,每一次“写数据”操作后列地址自动加1,即每写两个字节显示数据列地址自动加1。
1.2 关于液晶屏的简单说明
本文中的液晶显示器显示的颜色数量为65536种一16位色,对一个像素点所要显示的颜色需要用两个字节的数据来表示。需要注意的是,LCD的坐标系同数学上的坐标系有所不同,LCD的坐标系如图3所示。

    坐标系上的点和LCD的像素点是一一对应的,每一个像素点用坐标系的横纵坐标唯一标识。由于八位的数据线只能表示0~255的范围,所以把LCD分割成了 图3中的几个区域,这些区域保证了横纵坐标范围在0~255之内,通过设置行列高低地址选择所要显示的区域。每个区域独立为一个小的坐标系,如图3中的F 区域所示,区域中的点用这个小坐标系的坐标唯一表示。例如在选择LCD上点(630,420),通过整体坐标轴把这个点定位到F区,通过简单的计算得知此 点在F区域坐标下的新坐标值为(118,108)。选择区域的过程就是设置行列高低地址的过程,也可以理解为地址的写入为先写如高地址,后写入低地址,且 地址的长度为11位,最高位为行列地址选择位。为了方便理解和使用,本文把地址用区域来表示。例如选择F区域,执行操 作:A1=A0=1,CS=0,WR=0,然后向控制器写入D2D1D0=110。

2 程序设计、移植和剪裁方法
2.1 LCD驱动器I/O操作基本程序
对驱动器控制是完成液晶产品开发的第一步也是关键部分,下面的程序是采用I/O模拟8031时序方法完成对控制器进行控制,通过这个方法有助于理解对控制 器控制的操作步骤。图1为C8051F340同驱动器的连接方法,本文所有例程编写都遵循这种连接方式。操作基本程序清单如下:


上述的dlcd,clcd1,clcd2,clcd3函数中,如果把控制器的片选信号接到低电平,cs这个管脚在程序可以略去;假如P4端口和其他端口相 连接,cs管脚要通过I/O口控制驱动器是否选通。注意函数中的延迟函数:数据出现在端口上要经过T6的时间在wr的上升沿把数据写入控制器。
2.2 LCD高级程序设计
函数draw_point功能:把有颜色的点在LCD指定位置显示出来。函数参数意义(参考图3):
word_which_display:设置显示页;
word_which_write:设置操作页;
word_x,:新坐标O'在原坐标O下横坐标;
word_y:新坐标O'在原坐标O下纵坐标;
line_x:点G在坐标系O'下横坐标
line_y:点G在坐标系O'下纵坐标
yanse1,yanse2:连续写入的8位像素字节
说明:显示页的设置是为了显示两页缓存中的一页数据到LCD上,操作页的设置是为了把数据写入到两页缓存当中的一页。如果显示页为第1页,操作页为第0 页,此时LCD显示的是第一页的缓存的数据,此时把数据写入到第0页缓存中,写入的数据在LCD上不被显示;如果显示页为第0页,操作页为第0页,此时 LCD显示的是第0页的缓存的数据,此时把数据写入到第0页缓存中,写入的数据可以在LCD上实时的显示出来。程序依据图3中对坐标轴设计方法和LCD区 域划分手段判断点G在新坐标系O'中坐标值。在程序中一定要注意每写两个字节显示数据列地址(列坐标)自动加1。为此设计如下函数:


这个函数功能比较多样化,是用新坐标系O'来确认点G的坐标。执行函数draw_point(0,0,511,255,8,9,0xf8,0x07)结果 为,当前显示第0页,点为红色且被置到第0页。新坐标O'在原坐标O的(511,255)处,点G在坐标系O'的位置为(8,9),也就是被置到图3中的 F区;如果执行函数draw_point(0,0,0,0,、520,364,0xf8,0x07),那么此点和上一个点将重合,此时坐标系O’和原坐标 O重合。

函数display_word功能:把字体写入到控制器缓冲区指定位置中,并控制字体是否显示。函数参数意义:
word:显示字体字库的首地址;
word_line,word_row:字库行数和列数(列数等于字模的列数/8);
word1,word2:字体显示的颜色的16进制表示;
backdrop1,backdrop2:字体和背景的颜色其他参数含义同clear_region。函数原型和参数如下:


2.3 其他主要函数编写说明
清屏程序:可以通过draw_point函数编写得到,建议清屏函数具有清理任何缓存页中的数据并控制数据显示的功能。如函数及参数列表如下:
void clear_region(char word_which_display,char
word_which_write,int word_x,int word_y,
unsigned int word_row,unsigned int
word_line,unsigned char with_color)
在 这个函数中,参数word_row:清理的矩形区域距离word_x的长度;参数word_line:清理的矩形区域距离word_y的长度;参数 with color:清理区域的颜色。此函数所清理的是矩形区域。函数改写可以采用连续置点的方法,通过draw_piont函数连续的向清屏区域内置入一定颜色 的点。由于篇幅所限,本文不给出程序清单。
画线程序:把LCD上任意两点连接成直线。设LCD上两点坐标M(x1,y1)和N(x2,y2),得斜率由于x方向地增量△x=1,则△y=k。通过循环置点就可以得到直线。
本文所用的函数如下:
void draw_line(char word_which_display,char word_which_write,unsigned int x1,unsigned int y1,int x2,int y2,char colour)
参数功能:x1,y1:LCD上任意一点M的坐标
x2,y2:LCD上任意一点N的坐标
colour:连线的颜色
同种LCD驱动器可应用在不同的MCU上,如果采用I/O模拟时序的方法,需改动管脚设置并注意读写的时间要求。如本文的程序在8051单片机上运行时候 基本程序中的不需要加延时,在C8051F单片机(晶振48MHz)上需要加延时。另外MCU和LCD驱动器必须共地处理,否则可能会产生不必要的干扰。
对驱动器的控制还可以采用直接访问外部存储器的方法,这个时候相当于向固定的寄存器写数据和控制字,接口程序如下:

   
如果向外部存储器写数据,采用dlcd=0x04的形式,它的含义是把数0x04存储到外部地址为0x0000中。使用此方法要注意MCU的EMIF的接 口读写时序。有一些控制器的功能更丰富一些,如clcd1=0x81,驱动器会执行0x81所代表的功能。本文使用的是C8051F340单片机,这款单 片机有自带的EMIF接口,在使用之前需要对其进行配置:
P1SKIP=0x80;//跳过WR和RD引脚
XBR1=0x41;//Enable crossbar and enable
//EMIF工作在地址/数据复用方式
//只用外部存储器
//ALE高和ALE低脉冲宽度=4个SYSCLK周期EMI0CF=0x0c;
//地址建立时间=0个SYSCLK周期。
///WR和/RD脉冲宽度=2个SYSCLK周期。
//地址保持时间=1个SYSCLK周期
EMI0TC=0X05;


3 使用举例及显示效果
如图4是使用本文程序设计的飞机操纵性能检测评估仪操作使用界面,界面中左边的箭头可以通过按键控制下上下移动,并进入到相应的操作界面。

    首先要了解,LCD显示图像的实质是在屏幕上置入一定颜色的点,曲线y=f(x)也基于这个原理产生,当x轴连续时且函数值y幅度很小的时候在LCD上显 示的图形是连续的,当幅度很大时会产生幅度离散的图形,如果可以把两个离散的点用一条线连上,那么离散图形可以变得连续,图4中有正弦函数显示的事例。程 序实例如下:
for(i=0;i<640;i++)
{y1=200*sin(0.05*i);y2=200*sin(0.05*(i+1));
draw_line(0,0,0,240,y1,y1-y2,i,’g’);}


4 结束语
上述控制程序是当今通用的使用方法。控制驱动器的函数如显示字体、清屏幕和置点等都要人为编写,但这更有助于对LCD显示的过程的理解。现如今市场上 LCD驱动器的品种多,且有很大一部分控制起来要优于本文所使用的驱动器,本文的目的旨在给予大家一种通用有效的方法,希望在以后遇到LCD驱动器的时候 能快速入门,缩短开发周期,节约成本。本文中所有列举出来的函数都经过C8051F340单片机的测试和伟福的硬件仿真。

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