串行接口中文圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊的應(yīng)用

   摘要：介紹一種具有4位/8位并行、2線/3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二極簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊；利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。介紹模塊的性能特點(diǎn)、操作指令及接口方式；以AT89C2051單片機(jī)及2線串行接口方式為例，給出相應(yīng)的硬件電路及顯示子程序。

    關(guān)鍵詞：串/并接口 液晶模塊 中文字庫(kù)

引言

液晶顯示器件由于具有顯示信息豐富、功耗低、體積小、質(zhì)量小、無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用；但液晶顯示模塊復(fù)雜的硬件接口和軟件編程卻令產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員生畏，因而限制了該模塊在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。本文介紹一種具有串/并多種接口方式，且內(nèi)部含有GB2312一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的圖形點(diǎn)陣液晶模塊，使用該模塊可構(gòu)成具有全中文人機(jī)交互圖形界面的液晶顯示系統(tǒng)。

1 性能特點(diǎn)

OCM4X8C是具有串/并接口，具內(nèi)部含有中文字庫(kù)的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。該模塊的控制/驅(qū)動(dòng)器采用臺(tái)灣矽創(chuàng)電子公司的ST7920，因而具有較強(qiáng)的控制顯示功能。OCM4X8C的液晶顯示屏為128×64點(diǎn)陣，可顯示4行、每行8個(gè)漢字。為了便于簡(jiǎn)單、方便地顯示漢字，該模塊具2Mb的中文字型CGROM，該字型ROM中含有8192個(gè)16×16點(diǎn)陣中文字庫(kù)；同時(shí)，為了便于英文和其它常用字符的顯示，具有16Kb的16×8點(diǎn)陣的ASCII字符庫(kù)；為便于構(gòu)造用戶圖形，提供了一個(gè)64×256點(diǎn)陣的GDRAM繪圖區(qū)域，且為了便于構(gòu)造用戶所需字型，提供了4組16×16點(diǎn)陣的造字空間。利用上述功能，OCM4X8C可實(shí)現(xiàn)漢字、ASCII碼、點(diǎn)陣圖形、自造字體的同屏顯示。為便了和多種微處理器、單片機(jī)接口，模塊提供了4位并行、8位并行、2線串行、3線串行多種接口方式。

該模塊具有2.7～5.5V的寬工作電壓范圍，且具有睡眠、正常及低功耗工作模式，可滿足系統(tǒng)各種工作電壓及便攜式儀器低功耗的要求。液晶模塊顯示負(fù)電壓，也由模塊提供，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)。模塊同時(shí)還提供LED背光顯示功能。除此之外，模塊還提供了畫面清除、游標(biāo)顯示/隱藏、游標(biāo)歸位、顯示打開/關(guān)閉、顯示字符閃爍、游標(biāo)移位、顯示移位、垂直畫面旋轉(zhuǎn)、反白顯示、液晶睡眠/喚醒、關(guān)閉顯示等操作指令。

2 模塊引腳定義和用戶指令集

OCM4X8C的引腳說明，如表1所列。

表1 OCM4X8C引腳說明

引  腳	名  稱	方  向	說   明
1	VSS	-	GND（0V）
2	VDD	-	邏輯電源（+5V）
3	V0	-	LCD電源（懸空）
4	RS（CS）	O	H：數(shù)據(jù)，L：指令
5	R/W（SID）	O	H：讀，L：寫
6	E（SCLK）	O	使能
7	DB0	I	數(shù)據(jù)0
8	DB1	I	數(shù)據(jù)1
9	DB2	I	數(shù)據(jù)2
10	DB3	I	數(shù)據(jù)3
11	DB4	I	數(shù)據(jù)4
12	DB5	I	數(shù)據(jù)5
13	DB6	I	數(shù)據(jù)6
14	DB7	I	數(shù)據(jù)7
15	PSB	O	H：并行，L：串行
16	NC	-	空腳
17	RST	O	復(fù)位（低電平有效）
18	NC	-	空腳
19	LEDA	-	背光源正極（LED+5V）
20	LEDK	-	背光源負(fù)極（LED-0V）

用戶使用液晶模塊時(shí)是通過用戶命令來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的顯示或控制功能的。OCM4X8C的用戶命令分為基本命令集和擴(kuò)充命令集，分別如表2、表3所列。

表2 OCM4X8 基本命令集

指  令	指令碼										說  明	執(zhí)行時(shí)間/μs(540kHz)
	RS	RW	DB7	DB6	DB5	DB4	DB3	DB2	DB1	DB0
清除顯示	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	將DDRAM填滿“20H”，并設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)順（AC）到“00H”	4.610 -3
地址歸位	0	0	0	0	0	0	0	0	1	X	設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器（AC）到“00H”，并且將游標(biāo)移到開頭原點(diǎn)位置	4.610 3
進(jìn)入點(diǎn) 設(shè)定	0	0	0	0	0	0	0	1	I/O	S	指定在資料的讀取與寫入時(shí)，設(shè)定游標(biāo)移動(dòng)方向及指定顯示的移位	72
顯示狀態(tài)開/關(guān)	0	0	0	0	0	0	1	D	C	B	D=1：整體顯示ON；C=1：游標(biāo)ON； B=1：游標(biāo)位置ON	72
游標(biāo)或顯示移位 控制	0	0	0	0	0	1	S/C	R/L	X	X	設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)與顯示的移位控制位元。這個(gè)指令并不改變DDRAM的內(nèi)容	72
功能設(shè)定	0	0	0	0	1	DL	X	0RE	X	X	DL=1（必須設(shè)為1）；RE=1：擴(kuò)充指令集動(dòng)作；RE=0：基本指令集動(dòng)作	72
設(shè)定CGRAM 地址	0	0	0	1	AC5	AC4	AC3	AC2	AC1	AC0	設(shè)定CGRAM地址到地址 計(jì)數(shù)器（AC）	72
設(shè)定DDRAM 地址	0	0	1	AC6	AC5	AC4	AC3	AC2	AC1	AC0	設(shè)定DDRAM地址到地址 計(jì)數(shù)器（AC）	72
讀取標(biāo)志（BF）和地址	0	1	BF	AC6	AC5	AC4	AC3	AC2	AC1	AC0	讀取忙標(biāo)志（BF）可以確認(rèn)內(nèi)部動(dòng)作是否完成，同時(shí)可以讀出地址計(jì)數(shù)器（AC）的值	0
寫資料到RAM	1	0	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	寫入資料到內(nèi)部的RAM（DDRAM/CGRAM/IRAM/GDRAM）	72
讀出RAM的值	1	1	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	從內(nèi)部RAM讀取資料（DDRAM/CGRAM/IRAM/GDRAM）	72

表3 OCM4X8C 擴(kuò)充指令集

指 令	指  令  碼										說   明	執(zhí)行時(shí)間/μs（540kHz）
	RS	RW	DB7	DB6	DB5	DB4	DB3	DB2	DB1	DB0
待命模式	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	將DDRAM填滿“20H”，并設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器（AC）到“00H”；	72
卷動(dòng)地址或IRAM地址選擇	0	0	0	0	0	0	0	0	1	SR	SR=1：允許輸入垂直卷動(dòng)地址； SR=0：允許輸入IRAM地址	72
反白選擇	0	0	0	0	0	0	0	1	R1	R0	選擇4行中的任一行作反白顯示，并可決定反白與否	72
睡眠模式	0	0	0	0	0	0	1	SL	X	X	SL=1：脫離睡眠模式； SL=0：進(jìn)科睡眠模式	72
擴(kuò)充功能設(shè)定	0	0	0	0	1	1	X	1 RE	G	0	RE=1：擴(kuò)充指令集動(dòng)作；RE=0基本指令集動(dòng)作；G=1：繪圖顯示ON；G=0：繪圖顯示OFF	72
設(shè)定IRAM地址或卷動(dòng)地址	0	0	0	1	AC5	AC4	AC3	AC2	AC1	AC0	SR=1：AC5AC0為垂直卷動(dòng)地址 SR=0：AC3AC0為ICONIRAM地址	72
設(shè)定繪圖RAM地址	0	0	1	AC6	AC5	AC4	AC3	AC2	AC1	AC0	設(shè)定CGRAM地址到地址計(jì)數(shù)器（AC）	72

3 字符顯示

OCM4X8C按照每個(gè)中文字符16×16點(diǎn)陣將顯示屏分類4行8列，共32個(gè)區(qū)。每個(gè)區(qū)可顯示1個(gè)中文字符或2個(gè)16×8點(diǎn)陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實(shí)現(xiàn)32個(gè)中文字符或64個(gè)ASCII碼字符的顯示。OCM4X8C內(nèi)部提供128×2字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)（DDRAM）。字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示RAM實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)寫入內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示CGROM（中文字庫(kù)）、HCGROM（ASCII碼字庫(kù)）及CGRAM（自定義字形）的內(nèi)容。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：0000～0006H顯示自定義字型，02H～7FH顯示半寬ASCII碼字符，A1A0H～F7FFH顯示8192種GB2312中文字庫(kù)字形。字符顯示RAM在液晶模塊中的地址80H～9FH。字符顯示的RAM的地址與32個(gè)字符顯示區(qū)域有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

4 應(yīng)用說明

用OCM4X8C顯示模塊時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①欲在某一個(gè)位置顯示中文字符時(shí)，應(yīng)先設(shè)定顯示字符位置，即先設(shè)定顯示地址，再寫入中文字符編碼。

②顯示ASCII字符過程與顯示中文字符過程相同。不過在顯示連續(xù)字符時(shí)，只須設(shè)定一次顯示地址，由模塊自動(dòng)對(duì)地址加1指向下一個(gè)字符位置，否則，顯示的字符中將會(huì)有一個(gè)空ASCII字符位置。

③當(dāng)字符編碼為2字節(jié)時(shí)，應(yīng)先寫入高位字節(jié)，再寫入低位字節(jié)。

④模塊在接收指令前，向處理器必須先確認(rèn)模塊內(nèi)部處于非忙狀態(tài)，即讀取BF標(biāo)志時(shí)BF需為“0”，方可接受新的指令。如果在送出一個(gè)指令前不檢查BF標(biāo)志，則在前一個(gè)指令和這個(gè)指令中間必須延遲一段較長(zhǎng)的時(shí)間，即等待前一個(gè)指令確定執(zhí)行完成。指令執(zhí)行的時(shí)間請(qǐng)參考指令表中的指令執(zhí)行時(shí)間說明。

⑤“RE”為基本指令集與擴(kuò)充指令集的選擇控制位。當(dāng)變更“RE”后，以后的指令集將維持在最后的狀態(tài)，除非再次變更“RE”位，否則使用相同指令集時(shí)，無(wú)需每次均重設(shè)“RE”位。

圖2 OCM4X8C的2線串行工作模式操作時(shí)序

5 接口方式與時(shí)序

OCM4X8C具有串/并多種接口方式，方便了模塊與各種單片機(jī)、微處理器的連接。

（1）4/8位并行接口方式

當(dāng)模塊的PSB腳接高電平時(shí)，模塊即進(jìn)入并行接口模式。在并行模式下可由功能設(shè)定指令的“DL”位來(lái)選擇8位或4接口方式，主控制系統(tǒng)將配合“RS”、“RW”、“E”DB0～DB7來(lái)完成指令/數(shù)據(jù)的傳送，其操作時(shí)序與其它并行接口液晶顯示模塊相同。

（2）2/3線串行接口方式

當(dāng)模塊的PSB腳接低電平時(shí)，模塊即進(jìn)入串行接口模式。串行模式使用串行數(shù)據(jù)線SID與串行時(shí)鐘線SCLK來(lái)傳送數(shù)據(jù)，即構(gòu)成2線串行模式。

OCM4X8C還允許同時(shí)接入多個(gè)液晶顯示模塊以完成多路信息顯示功能。此時(shí)，要利用片選端“CS”構(gòu)成3線串行接口方式，當(dāng)“CS”接高電位時(shí)，模塊可正常接收并顯示數(shù)據(jù)，否則模塊顯示將被禁止。通常情況下，當(dāng)系統(tǒng)僅使用一個(gè)液晶顯示模塊時(shí)，“CS”可連接固定的高電平。

模塊2線串行工作操作時(shí)序如圖2所示。

由圖2可以看出，單片機(jī)與液晶模塊之間傳送1字節(jié)的數(shù)據(jù)共需24個(gè)時(shí)鐘脈沖。首先，單片機(jī)要給出數(shù)據(jù)傳輸起始位，這里是以5個(gè)連續(xù)的“1”作數(shù)據(jù)起始位，如模塊接收到連續(xù)的5個(gè)“1”，則內(nèi)部傳輸被重置并且串行傳輸將被同步。緊接著，“RW”位用于選擇數(shù)據(jù)的傳輸方向（讀或?qū)懀癛S”位用于選擇內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器，最后的第8位固定為“0”。在接收到起始位及“RW”和“RW”的第1個(gè)字節(jié)后，下一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)或指令將被分為2個(gè)字節(jié)來(lái)串行傳送或接收。數(shù)據(jù)或指令的高4位，被放在第2個(gè)字節(jié)串行數(shù)據(jù)的高4位，其低4位則置為“0”；數(shù)據(jù)或指令的低4位被放在第3個(gè)字節(jié)的高4位，其低4位也置為“0”，如此完成一個(gè)字節(jié)指令或數(shù)據(jù)的傳送。需要注意的是，當(dāng)有多個(gè)數(shù)據(jù)或指令要傳送時(shí)，必須要等到一個(gè)指令完成執(zhí)行完畢后再傳送下一個(gè)指令或數(shù)據(jù)，否則，會(huì)造成指令或數(shù)據(jù)的丟失。這是因?yàn)橐壕K內(nèi)部沒有發(fā)送/接收緩沖區(qū)。

圖3 AT89C2051與OCM4X8C的2線串行接口電路

6 OCM4X8C應(yīng)用實(shí)例

使用OCM4X8C的2線串行接口方式可大大簡(jiǎn)化液晶顯示模塊與單片機(jī)之間的接口設(shè)計(jì)；同時(shí)，也使液晶顯示模塊顯示漢字變得極為容易，從而改變過去單片機(jī)系統(tǒng)人機(jī)界面不夠友好的弊端。AT89C2051單片機(jī)與OCM4X8C的接口電路如圖3所示。下面給出相應(yīng)顯示程序。

；位定義

SID BIT P1.0 ；串行數(shù)據(jù)線

SCLK BIT P1.1 ；串行時(shí)鐘線

；內(nèi)存數(shù)據(jù)定義

START EQU 30H ；起始字節(jié)

COM EQU 31H ；命令/數(shù)據(jù)

HDATA EQU 32H ；命令/數(shù)據(jù)字節(jié)高位

LDATA EQU 33H ；命令/數(shù)據(jù)字節(jié)低位

ASC EQU 34H ；ASCII數(shù)據(jù)單元

初始化子程序：

INILCM：LCALL DL40MS ；延時(shí)等待內(nèi)部復(fù)位

MOV COM，#30H ；使用8位控制界面

LCALL WRITE

MOV COM，#30H ；使用基本指令集

LCALL WRITE

MOV COM，#0CH

LCALL WRITE ；整體顯示ON

MOV DL1MS

MOV COM，#01H ；清屏

LCALL WRITE

LCALL DL40MS

MOV COM，#06H ；顯示右移

LCALL WRITE

LCALL DL1MS

RET

模塊寫入子程序：

WRITE：MOV A，COM ；送待發(fā)數(shù)據(jù)命令A(yù)

MOV A，#0F0H ；屏蔽低4位

MOV HDATA，A ；將高4位送HDATA單元

MOV A，COM ；取低4位

SWAP A ；高低4位互換

MOV A，#0F0H

MOV LDATA，A ；將低4位送LDATA單元

MOV A，START ；取起始字節(jié)

LCALL SENDBYTE ；發(fā)送

LCALL DL1MS ;延時(shí)1ms

MOV A，HDATA

LCALL SENDBYTE

LCALL DL1MS

MOV A，LDATA

LCALL SENDBYTE

LCALL DL1MS

RET

顯示漢字子程序：

HZDISP：

MOV START，#0F08H 寫入命令

MOV COM，#80H 設(shè)定顯示位置

LCALL WRITE

MOV DPTR，#TABLE 指向文字型代碼表

MOV A，#00H 取漢字代碼低位

LOOP2：MOVC A,A+@DPTR

CJNE A,#0,DISP ;遇“0”結(jié)束顯示

RET 寫完一行則結(jié)束

DISP：MOV START，#0FAH ；寫數(shù)據(jù)

MOV COM，A

LCALL WRITE ；寫入顯示模塊

INC DPTR ；取漢字代碼高位

AJMP LOOP2 ；未顯示完則繼續(xù)

TABLE：DB“中文圖形點(diǎn)陣”，0；漢字代碼表

DB“液晶顯示模塊”，0；

串行字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送子程序：

SENDBYTE：MOV R7，#08H ；發(fā)送8位

LOOP1：RLC A

MOV SID，C ；數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)線

CLR SCLK ；產(chǎn)生同步時(shí)鐘

SETB SCLK

DJNZ R7，LOOP1 ；未發(fā)送完8位繼續(xù)

RET

結(jié)語(yǔ)

由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。