灰度液晶HD66421的模塊化及其應(yīng)用

   摘要：介紹如何應(yīng)用HD66421液晶板制成通用液晶顯示模塊；結(jié)合Fantasy Studio的AVRISP開(kāi)發(fā)板，給出HD66421在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。

    關(guān)鍵詞：灰度液晶屏 通用液晶顯示模塊 HD66421

20世紀(jì)90年代以來(lái)，小型測(cè)控系統(tǒng)和手持設(shè)備的顯示部分大多由液晶顯示屏擔(dān)當(dāng)，它具有體積小、功耗低等特點(diǎn)。特別值得一提的是點(diǎn)陣液晶屏的使用，可以實(shí)現(xiàn)漢字和簡(jiǎn)單單色圖形的顯示，使手持設(shè)備更具人性化界面，操作更簡(jiǎn)便直觀。隨著液晶顯示器件技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在出現(xiàn)了灰度、偽彩、全彩的液晶顯示屏，使手持設(shè)備成為都市的絢麗亮點(diǎn)。

1 硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于小型測(cè)控系統(tǒng)和低成本手持設(shè)備而言，灰度及彩色液晶模塊的價(jià)格還是有些高。本文介紹的HD66421是1/4VGA分辨率（160×100）的4級(jí)灰度液晶屏單元，售價(jià)只有100元，包括HD66421控制器及160×100的顯示屏并封裝在一起。加上本文中設(shè)計(jì)的電路板至少許元件可以構(gòu)成同現(xiàn)在通用液晶顯示模塊（如：HY1602、HY12864）接口兼容的一個(gè)灰度顯示模塊。下面詳細(xì)介紹這個(gè)顯示模塊。

HD66421是Hitach出品的顯示控制芯片，具有片內(nèi)30Kb的顯示內(nèi)存，最大支持160×100的4級(jí)PWM方式灰度顯示；適用于低電壓應(yīng)用2.2～5.5V需要外部18V的LCD驅(qū)動(dòng)電壓，具M(jìn)PU接口。要想把它做成通用的顯示模塊，要解決2個(gè)問(wèn)題：通用接口的轉(zhuǎn)換、18位的LCD驅(qū)動(dòng)電壓產(chǎn)生，如圖1所示。

圖1

    現(xiàn)在最常用的液晶顯示模塊有字符顯示的HY1602、點(diǎn)陣顯示的HY12864，它們的接口基本兼容。

對(duì)于字節(jié)顯示屏：

1 GND 電源地

2 Vcc 數(shù)字電源+

3 Vee 對(duì)比度控制電壓

4 RS 寄存器選擇

5 R/W 讀寫控制

6 EN 讀寫使能

7～14 DB0～7 數(shù)據(jù)總線

15 A 背光電源+

16 K 背光電源-

對(duì)于點(diǎn)陣顯示屏：

1 GND 電源地

2 Vcc 數(shù)字電源+

3 Vee 對(duì)比度控制電壓

4 D/I 寄存器選擇

5 R/W 讀寫控制

6 EN 讀寫使能

7～14 DB0～7 數(shù)據(jù)總線

15 CS1 芯片1的片選

16 CS2 芯片2的片選

17 RST 復(fù)位

18 Vlcd 液晶驅(qū)動(dòng)電壓

19 A 背光電源+

20 K 背光電源-

    可見(jiàn)，如不考慮字符液晶接口的背光控制15、16腳，兩種接口的數(shù)字部分是兼容的；而HD66421所需的接口如圖1所示，于是設(shè)計(jì)出兼容接口：

1 GND 電源地

2 Vcc 數(shù)字電源+

3 NC（Vout） 空腳（輸出電壓）

4 RS 寄存器選擇

5 WR 寫選通

6 CS 片選

7～14 DB0～7 數(shù)據(jù)總線

15 RD 讀選通

16 BLCS 背光使能

17 RST 復(fù)位

18 NC（Vlcd） 空腳（液晶驅(qū)動(dòng)電壓）

19 A 背光電源+

20 K 背光電源-

HD66421的接口時(shí)序如圖2所示。

根據(jù)HD66421的數(shù)據(jù)手冊(cè)，在顯示模塊的板子上加入如圖1的液晶驅(qū)動(dòng)電壓分配電路；同時(shí)為方便使用，還加入了LCD驅(qū)動(dòng)電壓的產(chǎn)生電路，使用MAX1878芯片產(chǎn)生15V的液晶驅(qū)動(dòng)電壓（也可以從18腳直接輸入Vlcd），還可以產(chǎn)生一個(gè)低壓輸出，可從3腳輸出Vout給外部系統(tǒng)。因?yàn)镠D66421具有內(nèi)部數(shù)字調(diào)節(jié)LCD偏置電壓的功能，所以外接的Vlcd可以接一固定值，無(wú)需調(diào)節(jié)單元。另外，在板上還有1片用于驅(qū)動(dòng)3只白色LED作為背光源的MAX1916。它由16腳VLCS控制點(diǎn)亮，19、20腳是直接驅(qū)動(dòng)3只白色LED的接線；以后還希望能加上用IMP803驅(qū)動(dòng)的EL背光板。圖3是顯示模塊的部分原理圖。

圖3 

2 應(yīng)用實(shí)例

下面結(jié)合Fantasy Studio的AVRISP開(kāi)發(fā)板，用HD66421來(lái)顯示4級(jí)灰度圖像。AVRISP開(kāi)發(fā)板上帶有通用的液晶顯示模塊接口，可以把我們的模塊直接插在上面，但是應(yīng)注意把3、18腳置為NC。在這個(gè)應(yīng)用中，先在PC機(jī)上處理一幅160×100的4級(jí)灰度圖像，使用串口調(diào)試工具發(fā)送到AVRISP開(kāi)發(fā)板，圖像被保存到板上的24C64串行非易失存儲(chǔ)器中（每幅圖像4KB），通過(guò)AVRISP板上的按鍵接制可以顯示出剛下載的圖像。

AVR單片機(jī)對(duì)HD66421的控制訪問(wèn)是通過(guò)通用液晶顯示模塊接口實(shí)現(xiàn)的。AVRISP開(kāi)發(fā)板的連接是如下定義的：

PC0→RS寄存器選擇；

PC1→WR寫選通；

PC2→CS片選；

PA0～7→BD0～7數(shù)據(jù)總線；

PC6→RD讀選通；

PC7→BLCS背光使能；

PC5→RST復(fù)位。

按照HD66421文檔的描述：首先，是上電復(fù)位；然后，R0寄存器PWM、AMP位置位（打開(kāi)外部Vlcd和內(nèi)部運(yùn)放的電源），根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置R0、R1寄存器中CNF、ADC、DTY1、DTY0、INC位，寫數(shù)據(jù)到其它控制參數(shù)寄存器和顯存；最后，設(shè)置R0中的DISP位，打開(kāi)顯示、HD66421的所寄存器如表1所示。

表1 

CS	RS	索引位						寄存器名稱	R/W	數(shù)據(jù)位
		4	3	2	1	0				7	6	5	4	3	2	1	0
1	-	-	-	-	-	-			-
0	0	-	-	-	-	-	IR	索引寄存器	W				IR4	IR3	IR2	IR1	IR0
0	1	0	0	0	0	0	R0	控制寄存器1	W	RMW	DISP	STBY	PWR	AMP	REV	HOLT	ADC
0	1	0	0	0	0	1	R1	控制寄存器2	W	BIS1	BISO	WLS	GFAY	DTY1	DYT0	INC	BLK
0	1	0	0	0	1	0	R2	X地址寄存器	W			XA5	XA4	XA3	XA2	XA1	XA0
0	1	0	0	0	1	1	R3	Y地址寄存器	W		YA6	YA5	YA4	YA3	YA2	TA1	YA0
0	1	0	0	1	0	0	R4	顯存控制寄存器	R/W	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
0	1	0	0	1	0	1	R5	起始行寄存器	W		ST6	ST5	ST4	ST3	ST2	ST1	ST0
0	1	0	0	1	1	0	R6	閃爍起始寄存器	W		BSL6	BSL5	BSL4	BSL3	BSL2	BSL1	BSL0
0	1	0	0	1	1	1	R7	閃爍終止寄存器	W		BEL6	BEL5	BEL4	BEL3	BEL2	BEL1	BEL0
0	1	0	1	0	0	0	R8	閃爍寄存器1	W	BK0	BK1	BK2	BK3	BK4	BK5	BK6	BK7
0	1	0	1	0	0	1	R9	閃爍寄存器2	W	BK9	BK9	BK10	BK11	BK12	BK13	BK14	BK15
0	1	0	1	0	1	0	R10	閃爍寄存器3	W					BK16	BK17	BK18	BK19
0	1	0	1	0	1	1	R11	局部顯示模塊寄存器	W				CLE	PB3	PB2	PB1	PB0
0	1	0	1	1	0	0	R12	灰度色盤1	W				GP14	GP13	GP12	GP11	GP10
0	1	0	1	1	0	1	R13	灰度色盤2	W				GP24	GP23	GP22	GP21	GP20
0	1	0	1	1	1	0	R14	灰度色盤3	W				GP34	GP33	GP32	GP31	GP30
0	1	0	1	1	1	1	R15	灰度色盤4	W				GP44	GP43	GP42	GP41	GP40
0	1	1	0	0	0	0	R16	對(duì)比度控制寄存器	W		CM1	CM0	CC	CC	CC	CC	CC
0	1	1	0	0	0	1	R17	屏選擇寄存器	W						MON	DSEL	PSEL
0	1	1	0	0	1	0	R18	以下保留	-

在整個(gè)操作中，特別要注意如下幾個(gè)寄存器。索引寄存器（1R）

用來(lái)存放寄存器索引號(hào)，從18個(gè)寄存器中選取1個(gè)操作。

控制寄存器1（R0）

RWM讀寫方式選擇

1：僅在寫操作后地址自動(dòng)加1；0：讀寫操作后地址都自動(dòng)1加。

1：開(kāi)顯示；0：關(guān)顯示。

STBY待機(jī)開(kāi)關(guān)

1：進(jìn)入待機(jī)方式；0：普通方式。

PWR外部Vlcd控制

1：打開(kāi)Vlcd;0:關(guān)閉Vlcd。

AMP內(nèi)部運(yùn)放電源

1：打開(kāi)；0：關(guān)閉。

REV翻轉(zhuǎn)顯示

1：翻轉(zhuǎn)；0：普通。

HOLT掛起

1：內(nèi)部操作停止；0：內(nèi)部操作開(kāi)始。

ADC左右翻轉(zhuǎn)

1：翻轉(zhuǎn)；0：普通。

控制寄存器2（R1）

BIS1、BIS0 液晶偏置電壓選擇（1/8對(duì)應(yīng)較低Vlcd，1/11則對(duì)應(yīng)較高的Vlcd）

11：1/8偏置電壓；10：1/9偏置電壓；01：1/10偏置電壓；00：1/11偏置電壓。

VLS數(shù)據(jù)寬度

1：6BIT；0：8BIT。

GRAY灰度選擇

1：4級(jí)固定灰度；0：4個(gè)灰度值可從32級(jí)灰度中選擇。

DTY1、DTY0顯示行數(shù)（應(yīng)該選擇100行）

11：8行；10：64行；01：80行；00：100行

INC 自增1選擇

1：X地址自增1；0：Y地址自增1。

BLK使用閃爍功能

1:打開(kāi)；0：關(guān)閉。

對(duì)比度控制（R16）

CM1、CM0 LCD交替驅(qū)動(dòng)周期（影響不大）

11：Frame;10:7Lines；01：11Lines；00：13Lines

CC4～CC0 對(duì)比度級(jí)別（數(shù)值越小需要Vlcd越低，應(yīng)選擇中間值）

00000：0/31；

00001：1/31；

.

.

.

11110：30/31；

11111；31；

如果以上幾個(gè)寄存器設(shè)置不當(dāng)，就無(wú)法顯示出圖像。

使用VC在PC上編寫了一個(gè)處理圖像的小程序，把160×100的真彩BMP圖像經(jīng)過(guò)誤差分散算法處理，生成用于下載二進(jìn)制數(shù)據(jù)的文件，用串口調(diào)試軟件的文件發(fā)送功能傳送到AVRISP開(kāi)發(fā)板，由AT90S8515芯片內(nèi)的服務(wù)程序接收數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)存到24CXX串行存儲(chǔ)器上（應(yīng)使用24CXX存儲(chǔ)器的PAGE模式來(lái)提高數(shù)據(jù)寫入速度）。因?yàn)槭褂昧?4C256，這樣可以存儲(chǔ)8張圖像，顯示效果很理想。AVRISP開(kāi)發(fā)板的ISP編程接口也非常易用，配合CVAVR C編譯軟件，調(diào)試起來(lái)非常方便。希望和大家交流，我的郵箱zhao_xin@eyou.com。

HD66421應(yīng)用程序包見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版。（使用CVAVRC編譯器）。

3 總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了用HD66421液晶板制成通用液晶顯示模塊的方法，并且實(shí)例具體說(shuō)明了以HD66421為核心的4級(jí)灰度液晶顯示模塊的應(yīng)用，為小型測(cè)控儀器和手持設(shè)備提供了一個(gè)較為廉價(jià)的灰度圖像顯示解決方案。文中的HD66421液晶板可以從http://www.21icsearch.com/TMC.HTM(中國(guó)電子網(wǎng)特買場(chǎng))購(gòu)得；有關(guān)AVRISP開(kāi)發(fā)板請(qǐng)參考http://51kaifa.diy.163.com/avr/avr.html。