設(shè)計基于TMS320LF2407的低功耗中文人機(jī)界面

引言

在現(xiàn)代智能儀器設(shè)備中，能顯示漢字的圖形點(diǎn)陣液晶和可以輸入信息的小鍵盤已成為智能設(shè)備的人機(jī)界面中必不可少的組成部分。同時低功耗特性也貫穿于中文人機(jī)界面的設(shè)計始終。近年來，隨著低價格、高性能DSP芯片的出現(xiàn)，DSP已越來越多地被應(yīng)用于數(shù)字化電機(jī)控制、高速信號采集、語音處理、圖像分析處理等領(lǐng)域中，并且日益顯示其巨大的優(yōu)越性。而液晶顯示屏更以其顯示直觀、便于操作的特點(diǎn)被用作各種便攜式系統(tǒng)的顯示前端。傳統(tǒng)的液晶顯示往往采用單片機(jī)控制。但在系統(tǒng)有大量高速實(shí)時數(shù)據(jù)的情況下，單片機(jī)由于受到處理速度的限制就顯得力不從心。為了解決這些問題，本文提出了一種基于高速低功耗的DSP芯片TMS320LF2407控制的液晶顯示屏的設(shè)計，有效地解決以上所遇到的問題。

設(shè)計中，筆者采用TMS320LF2407作為系統(tǒng)的控制芯片，通過選擇合適的液晶顯示模塊在3V電平構(gòu)建了一個低功耗的中文人機(jī)界面。此中文人機(jī)顯示界面是以TMS320LF2407為核心的運(yùn)動控制系統(tǒng)中的重要組成部分。

一、TMS320LF2407　DSP

TMS320LF2407是德州儀器公司(TI)推出的16位定點(diǎn)DSP。它具有TMS320系列DSP的基本功能，還具有以下一些特點(diǎn)：

1、用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V，減少了控制器的功耗。

2、內(nèi)有高達(dá)32K×16位的Flash程序存儲器，高達(dá)2.5K×16位的數(shù)據(jù)/程序RAM，544×16位雙端口RAM(DARAM)，2K×16位的單口RAM(SARAM)。

3、2個事件管理模塊EVA和EAB，事件管理模塊適用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、多級電機(jī)和逆變器。

4、可擴(kuò)展的外部存儲器總共192K×16位，其中程序存儲器空間、數(shù)據(jù)存儲器空間、 I/O尋址空間各為64K×16位。

5、內(nèi)有看門狗定時器(WDT)、10位ADC轉(zhuǎn)換器、控制器區(qū)域網(wǎng)模塊CAN2.0 B、串行通信接口模塊(SCI)、16位串行外部設(shè)備接口模塊(SPI)、基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器。

6、5個外部中斷(兩個電機(jī)驅(qū)動保護(hù)、復(fù)位和兩個可屏蔽中斷);3種低功耗電源管理模式，能獨(dú)立地將外設(shè)器件轉(zhuǎn)入低功耗工作模式。

此外，該芯片有多達(dá)41個可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用I/O腳(GPIO)，用戶可根據(jù)自己的需求進(jìn)行軟件設(shè)置，使之在應(yīng)用中具有極大的靈活性。概括來說，TMS320LF2407具有極低的功耗、強(qiáng)大的處理能力、豐富的片上外圍模塊、方便高效的開發(fā)方式。

二、液晶顯示模塊與接口電路

為實(shí)現(xiàn)友好的中文人機(jī)顯示界面，液晶模塊選用信利公司的MG-12232。該模塊的供電電壓典型值為3V，工作電流典型值為0.3μA，其顯示范圍為122×32點(diǎn)陣。其控制器是兩片SED1520F0A，SED1520F0A可以在3.3V電壓下正常工作，因而避免了與 TMS320LF2407邏輯電平不匹配的問題。

一個SED1520F0A能控制80×16點(diǎn)陣的顯示，其顯示RAM共16行，分2頁，每頁8行，每一頁的數(shù)據(jù)寄存器分別對應(yīng)液晶屏幕上的8行點(diǎn)，當(dāng)設(shè)置頁地址和列地址后就確定了顯示RAM的某一單元。屏幕上的每一列對應(yīng)一個顯示RAM的字節(jié)內(nèi)容，且每一列最下面一位為最高位，最上面一位為 LSB，即該RAM單元字節(jié)數(shù)據(jù)由低位到高位和各個數(shù)據(jù)位對應(yīng)于顯示屏上某一列的由高到低的8個數(shù)據(jù)位。對顯示RAM的一個字節(jié)單元賦值就是對當(dāng)前列的8 行(一頁)像素點(diǎn)是否顯示進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)位為“1”時顯示，為“0”時不顯示。

SED1520F0A與TMS320LF2407的接口信號有(采用M6800時序)：

DB0～DB7：數(shù)據(jù)總線;A0：數(shù)據(jù)/指令選擇信號，A0=1表示數(shù)據(jù)總線上出現(xiàn)的是數(shù)據(jù)，A0=0表示數(shù)據(jù)總線上出現(xiàn)的是指令或讀出的狀態(tài); ：接口時序類型選擇， =1為M6800時序，其操作信號是E、R/W， =0為Intel8080時序。在M6800時序時，R/W=1為讀、R/W=0為寫。E1=1時，選中E1塊，即LCD模塊左半屏工作，E2=1時選中 E2塊，即LCD模塊右半屏工作。

TMS320LF2407與MG-12232模塊的接口電路如圖1所示。TMS320LF2407相應(yīng)的控制引腳都設(shè)為I/O端口方式，用軟件來模擬M6800操作時序。在圖1中，V0是LCD需要的負(fù)電壓驅(qū)動電源輸入端，其外接電阻應(yīng)先用可調(diào)電阻調(diào)試，以免驅(qū)動電壓不合適，造成顯示不可見。

三、鍵盤接口

基于對系統(tǒng)低功耗要求的考慮，鍵盤輸入響應(yīng)程序應(yīng)設(shè)計為中斷方式運(yùn)行的。即有鍵按下時，使DSP外部中斷1(XINT1)產(chǎn)生中斷(可以從休眠狀態(tài)喚醒)，并啟動定時20ms的定時器消抖動去干擾，隨后DSP進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)20ms的定時器產(chǎn)生中斷時再次將DSP從休眠狀態(tài)喚醒，此時掃描鍵盤，確定是否有鍵按下，若有鍵按下，則從IOPB0～I(xiàn)OPB7讀入鍵值，并執(zhí)行該鍵值對應(yīng)的功能程序。執(zhí)行完該程序后，DSP可再次進(jìn)入休眠，處于低功耗狀態(tài)。

四、軟件設(shè)計

主程序流程圖如圖2所示。

在液晶模塊顯示信息之前，必須先對液晶模塊進(jìn)行初始化，其初始化的流程圖如圖3所示。

下面給出了DSP系統(tǒng)初始化程序以及鍵掃描程序。

DSP系統(tǒng)初始化程序：

SYS：SETC INTM ;禁止可屏蔽中斷

CLRC CNF　　 ;B0被配置為數(shù)據(jù)存儲空間

SPLK? #81FEH，SCSR1　 ; 時鐘4倍頻

;CLKIN=6MHZ，CLKOUT=24MHZ

SPLK #0E8H，　;不使能看門狗

LDP? #0

SPLK? #0001H，IMR　;使能中斷第1級INT1

SPLK #0FFFFH，IFR　 ;清全部中斷標(biāo)志

CLRC INTM　;開中斷

RET

液晶初始化程序：

LDP #0E1H　　;DP(7080H～70FFH)

LACL MCRA

AND #000FH? ;配置IOPA[4～7]，IOPB[0～7]為

;一般I/O口功能

SACL PADATDIR

OR #0F000H　　;IOPA[4～7]為輸出方式

AND #0FF0FH樣　　;IOPA[4～7]=0

SACL PADATDIR

LDP #5H

SPLK #00E2H，LCDCMD;復(fù)位命令E2H

CALL COMWE

SPLK #0A4H，LCDCMD;正常顯示驅(qū)動命令A(yù)4H

CALL COMWE

SPLK #0A9H，LCDCMD ;占空比為1/32

CALL COMWE

SPLK #0A0H，LCDCMD;

CALL COMWE

SPLK #0C0H，LCDCMD ;顯示起始行

CALL COMWE

CALL CLEAR

SPLK #0AFH，LCDCMD ;開顯示命令A(yù)FH

CALL COMWE

RET

外部中斷1響應(yīng)以及20ms定時器中斷消抖動后，讀鍵值子程序：

LDP #0E1H　　;DP(7080H～70FFH)

LACL PBDATDIR ;取出鍵值

SACL KEYDATA ;將鍵值送入KEYDATA保存

RET

五 、結(jié)束語

本系統(tǒng)利用TMS320LF2407 DSP、MG-12232圖形點(diǎn)陣液晶模塊和鍵盤構(gòu)建了基于3V電平的低電壓、低功耗的中文人機(jī)界面。實(shí)際試驗中，此中文人機(jī)界面消耗電流不足1mA，這種設(shè)計方案取得了很好的低功耗效果。

參考文獻(xiàn)

1. TMS320LF240X DSP結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用，劉和平，等. 北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

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