LCD顯示模塊并行接口驅(qū)動程序設(shè)計

0 引 言
    人們在日常生活中，LCD占有很大的地位。人們使用的電腦、手機(jī)、車載系統(tǒng)、各種測量設(shè)備、顯示設(shè)備等等，都把LCD作為重要的人機(jī)接口，它把使用者需要的信息及時反應(yīng)出來。目前市場上存在著各種LCD和相對應(yīng)的驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊所帶的驅(qū)動程序都是針對本身模塊開發(fā)的，各種驅(qū)動程序之間通用性差，而且在不同的平臺上很難移植。每換一種LCD產(chǎn)品，都要根據(jù)它的驅(qū)動模塊重寫驅(qū)動程序。這樣產(chǎn)品開發(fā)資源浪費(fèi)，開發(fā)周期長，成本增加。本文將介紹一種LCD圖形液晶驅(qū)動器的使用方法以及程序裁剪、移植和擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)在任意坐標(biāo)上顯示圖形和漢字。這款驅(qū)動器不帶字庫，對需要顯示的漢字和字母通過字模產(chǎn)生器產(chǎn)生數(shù)據(jù)，通過程序設(shè)計把字體在LCD通過描點(diǎn)描述出來(本文所用的字模采用陽碼)。

1 典型圖形LCD驅(qū)動器NHC_313簡介
1．1 驅(qū)動器簡介
    NHC_313驅(qū)動器驅(qū)動最大點(diǎn)陣數(shù)為640(列)×480(行)，顯示顏色為65536色(16位色)。本文所用的LCD為SHARP公司產(chǎn)品，產(chǎn)品型號為LQ104V1DG52。NHC_313有8位復(fù)用并行接口一數(shù)據(jù)總線和控制總線。MCU可以通過總線對LCD進(jìn)行操作，隨時寫顯示存儲器，而不影響顯示效果，即顯示不會出現(xiàn)“雪花”。NHC_313內(nèi)部有兩頁顯示緩存，使用人員可以讓一頁緩存的數(shù)據(jù)在LCD上顯示出來，同時可以對第二頁的緩存進(jìn)行操作。此驅(qū)動器與微處理器接口連接簡單，接口的讀、寫操作兼容8031總線時序。這款驅(qū)動器只是單純的圖形圖像顯示，沒有內(nèi)置字庫、圖形庫。如果設(shè)計人員要顯示漢字，必須要把需要的漢字用字模生成器產(chǎn)生字模的16進(jìn)制文件，然后通過程序控制把需要的字體逐一描到LCD上。驅(qū)動器的控制引腳如下：
    WR：數(shù)據(jù)寫入，低電平有效
    CS：片選端，低電平有效
    A0：地址信號線0
    A1：地址信號線1
    DB0～DB7：數(shù)據(jù)總線
    對NHC_313讀寫的時候采用8031時序，如圖1為NHC_313接口電路8031時序圖，在表1中列出了接口的時序特征參數(shù)。

    當(dāng)驅(qū)動器與8051等I／O口讀寫速度不是很快的MCU連接時，I／O的特性其本上可以滿足表1的時序特征參數(shù)，圖2給出的是MCU和驅(qū)動器無縫連接的接口電路，這種方法是采用IO模擬時序的時候用到的引腳(不止局限于圖中列出的引腳)，本文建議采用I／O口模擬時序的方法控制驅(qū)動器。要注意的是如果I／O的讀寫速度過快則不能滿足接口時序特性參數(shù)。例如采用Silab公司的C8051F340作為NHC_313的MCU，由于C8051F340的內(nèi)部晶振為48MHz，I／O讀寫速度不能很好滿足時序特性(寫周期不能滿足)，所以在程序設(shè)汁中會看到有延時程序。而Atmel 8051系列單片機(jī)I／O可以滿足表1的時序參數(shù)特性，不需要加入延時程序。

    表2為驅(qū)動器命令，由于顯示的像素點(diǎn)數(shù)為640(列)×480(行)，對于8位的I／O不能一次的把行和列的信息完全表示出來，由此設(shè)置了行列的高低地址(8位地址線只能表示0～255的地址信息)。

    對驅(qū)動器進(jìn)行寫操作要遵循以下規(guī)律：
    a)設(shè)定顯示頁和操作頁地址(A1=A0=1，CS=0，WR=0)

    D1-D0設(shè)定列地址高字節(jié)；D2設(shè)定行地址高字節(jié)。開機(jī)時先執(zhí)行此操作再執(zhí)行其他操作。
    b)寫行地址低字節(jié)。(A1=0，A0=1)
    c)寫列地址低字節(jié)字節(jié)。(A1=1，A0=0)
    d)連續(xù)寫兩次8位字節(jié)對應(yīng)一個像素點(diǎn)顏色(A1=0，A0=0)。第一個字節(jié)：

    R4、R3、R2、R1、R0表示紅色灰度；G5、G4、G3、G2、G1、G0表示綠色灰度；B4、B3、B2、B1、B0表示藍(lán)色灰度。如在同一行內(nèi)連續(xù)寫數(shù)據(jù)不用每次重寫行坐標(biāo)和列坐標(biāo)，每一次“寫數(shù)據(jù)”操作后列地址自動加1，即每寫兩個字節(jié)顯示數(shù)據(jù)列地址自動加1。
1．2 關(guān)于液晶屏的簡單說明
    本文中的液晶顯示器顯示的顏色數(shù)量為65536種一16位色，對一個像素點(diǎn)所要顯示的顏色需要用兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)來表示。需要注意的是，LCD的坐標(biāo)系同數(shù)學(xué)上的坐標(biāo)系有所不同，LCD的坐標(biāo)系如圖3所示。

    坐標(biāo)系上的點(diǎn)和LCD的像素點(diǎn)是一一對應(yīng)的，每一個像素點(diǎn)用坐標(biāo)系的橫縱坐標(biāo)唯一標(biāo)識。由于八位的數(shù)據(jù)線只能表示0～255的范圍，所以把LCD分割成了圖3中的幾個區(qū)域，這些區(qū)域保證了橫縱坐標(biāo)范圍在0～255之內(nèi)，通過設(shè)置行列高低地址選擇所要顯示的區(qū)域。每個區(qū)域獨(dú)立為一個小的坐標(biāo)系，如圖3中的F區(qū)域所示，區(qū)域中的點(diǎn)用這個小坐標(biāo)系的坐標(biāo)唯一表示。例如在選擇LCD上點(diǎn)(630，420)，通過整體坐標(biāo)軸把這個點(diǎn)定位到F區(qū)，通過簡單的計算得知此點(diǎn)在F區(qū)域坐標(biāo)下的新坐標(biāo)值為(118，108)。選擇區(qū)域的過程就是設(shè)置行列高低地址的過程，也可以理解為地址的寫入為先寫如高地址，后寫入低地址，且地址的長度為11位，最高位為行列地址選擇位。為了方便理解和使用，本文把地址用區(qū)域來表示。例如選擇F區(qū)域，執(zhí)行操作：A1=A0=1，CS=0，WR=0，然后向控制器寫入D2D1D0=110。

2 程序設(shè)計、移植和剪裁方法
2．1 LCD驅(qū)動器I／O操作基本程序
    對驅(qū)動器控制是完成液晶產(chǎn)品開發(fā)的第一步也是關(guān)鍵部分，下面的程序是采用I／O模擬8031時序方法完成對控制器進(jìn)行控制，通過這個方法有助于理解對控制器控制的操作步驟。圖1為C8051F340同驅(qū)動器的連接方法，本文所有例程編寫都遵循這種連接方式。操作基本程序清單如下：

    上述的dlcd，clcd1，clcd2，clcd3函數(shù)中，如果把控制器的片選信號接到低電平，cs這個管腳在程序可以略去；假如P4端口和其他端口相連接，cs管腳要通過I／O口控制驅(qū)動器是否選通。注意函數(shù)中的延遲函數(shù)：數(shù)據(jù)出現(xiàn)在端口上要經(jīng)過T6的時間在wr的上升沿把數(shù)據(jù)寫入控制器。
2．2 LCD高級程序設(shè)計
    函數(shù)draw_point功能：把有顏色的點(diǎn)在LCD指定位置顯示出來。函數(shù)參數(shù)意義(參考圖3)：
    word_which_display：設(shè)置顯示頁；
    word_which_write：設(shè)置操作頁；
    word_x，：新坐標(biāo)O'在原坐標(biāo)O下橫坐標(biāo)；
    word_y：新坐標(biāo)O'在原坐標(biāo)O下縱坐標(biāo)；
    line_x：點(diǎn)G在坐標(biāo)系O'下橫坐標(biāo)
    line_y：點(diǎn)G在坐標(biāo)系O'下縱坐標(biāo)
    yanse1，yanse2：連續(xù)寫入的8位像素字節(jié)
    說明：顯示頁的設(shè)置是為了顯示兩頁緩存中的一頁數(shù)據(jù)到LCD上，操作頁的設(shè)置是為了把數(shù)據(jù)寫入到兩頁緩存當(dāng)中的一頁。如果顯示頁為第1頁，操作頁為第0頁，此時LCD顯示的是第一頁的緩存的數(shù)據(jù)，此時把數(shù)據(jù)寫入到第0頁緩存中，寫入的數(shù)據(jù)在LCD上不被顯示；如果顯示頁為第0頁，操作頁為第0頁，此時LCD顯示的是第0頁的緩存的數(shù)據(jù)，此時把數(shù)據(jù)寫入到第0頁緩存中，寫入的數(shù)據(jù)可以在LCD上實(shí)時的顯示出來。程序依據(jù)圖3中對坐標(biāo)軸設(shè)計方法和LCD區(qū)域劃分手段判斷點(diǎn)G在新坐標(biāo)系O'中坐標(biāo)值。在程序中一定要注意每寫兩個字節(jié)顯示數(shù)據(jù)列地址(列坐標(biāo))自動加1。為此設(shè)計如下函數(shù)：

    這個函數(shù)功能比較多樣化，是用新坐標(biāo)系O'來確認(rèn)點(diǎn)G的坐標(biāo)。執(zhí)行函數(shù)draw_point(0，0，511，255，8，9，0xf8，0x07)結(jié)果為，當(dāng)前顯示第0頁，點(diǎn)為紅色且被置到第0頁。新坐標(biāo)O'在原坐標(biāo)O的(511，255)處，點(diǎn)G在坐標(biāo)系O'的位置為(8，9)，也就是被置到圖3中的F區(qū)；如果執(zhí)行函數(shù)draw_point(0，0，0，0，、520，364，0xf8，0x07)，那么此點(diǎn)和上一個點(diǎn)將重合，此時坐標(biāo)系O’和原坐標(biāo)O重合。
    函數(shù)display_word功能：把字體寫入到控制器緩沖區(qū)指定位置中，并控制字體是否顯示。函數(shù)參數(shù)意義：
    word：顯示字體字庫的首地址；
    word_line，word_row：字庫行數(shù)和列數(shù)(列數(shù)等于字模的列數(shù)／8)；
    word1，word2：字體顯示的顏色的16進(jìn)制表示；
    backdrop1，backdrop2：字體和背景的顏色其他參數(shù)含義同clear_region。函數(shù)原型和參數(shù)如下：

2．3 其他主要函數(shù)編寫說明
    清屏程序：可以通過draw_point函數(shù)編寫得到，建議清屏函數(shù)具有清理任何緩存頁中的數(shù)據(jù)并控制數(shù)據(jù)顯示的功能。如函數(shù)及參數(shù)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)
在這個函數(shù)中，參數(shù)word_row：清理的矩形區(qū)域距離word_x的長度；參數(shù)word_line：清理的矩形區(qū)域距離word_y的長度；參數(shù)with color：清理區(qū)域的顏色。此函數(shù)所清理的是矩形區(qū)域。函數(shù)改寫可以采用連續(xù)置點(diǎn)的方法，通過draw_piont函數(shù)連續(xù)的向清屏區(qū)域內(nèi)置入一定顏色的點(diǎn)。由于篇幅所限，本文不給出程序清單。
    畫線程序：把LCD上任意兩點(diǎn)連接成直線。設(shè)LCD上兩點(diǎn)坐標(biāo)M(x1，y1)和N(x2，y2)，得斜率由于x方向地增量△x=1，則△y=k。通過循環(huán)置點(diǎn)就可以得到直線。
    本文所用的函數(shù)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)
參數(shù)功能：x1，y1：LCD上任意一點(diǎn)M的坐標(biāo)
    x2，y2：LCD上任意一點(diǎn)N的坐標(biāo)
    colour：連線的顏色
    同種LCD驅(qū)動器可應(yīng)用在不同的MCU上，如果采用I／O模擬時序的方法，需改動管腳設(shè)置并注意讀寫的時間要求。如本文的程序在8051單片機(jī)上運(yùn)行時候基本程序中的不需要加延時，在C8051F單片機(jī)(晶振48MHz)上需要加延時。另外MCU和LCD驅(qū)動器必須共地處理，否則可能會產(chǎn)生不必要的干擾。
    對驅(qū)動器的控制還可以采用直接訪問外部存儲器的方法，這個時候相當(dāng)于向固定的寄存器寫數(shù)據(jù)和控制字，接口程序如下：

   
    如果向外部存儲器寫數(shù)據(jù)，采用dlcd=0x04的形式，它的含義是把數(shù)0x04存儲到外部地址為0x0000中。使用此方法要注意MCU的EMIF的接口讀寫時序。有一些控制器的功能更豐富一些，如clcd1=0x81，驅(qū)動器會執(zhí)行0x81所代表的功能。本文使用的是C8051F340單片機(jī)，這款單片機(jī)有自帶的EMIF接口，在使用之前需要對其進(jìn)行配置：
    P1SKIP=0x80；／／跳過WR和RD引腳
    XBR1=0x41；／／Enable crossbar and enable
／／EMIF工作在地址／數(shù)據(jù)復(fù)用方式
／／只用外部存儲器
／／ALE高和ALE低脈沖寬度=4個SYSCLK周期EMI0CF=0x0c；
／／地址建立時間=0個SYSCLK周期。
／／／WR和／RD脈沖寬度=2個SYSCLK周期。
／／地址保持時間=1個SYSCLK周期
    EMI0TC=0X05；

3 使用舉例及顯示效果
    如圖4是使用本文程序設(shè)計的飛機(jī)操縱性能檢測評估儀操作使用界面，界面中左邊的箭頭可以通過按鍵控制下上下移動，并進(jìn)入到相應(yīng)的操作界面。

    首先要了解，LCD顯示圖像的實(shí)質(zhì)是在屏幕上置入一定顏色的點(diǎn)，曲線y=f(x)也基于這個原理產(chǎn)生，當(dāng)x軸連續(xù)時且函數(shù)值y幅度很小的時候在LCD上顯示的圖形是連續(xù)的，當(dāng)幅度很大時會產(chǎn)生幅度離散的圖形，如果可以把兩個離散的點(diǎn)用一條線連上，那么離散圖形可以變得連續(xù)，圖4中有正弦函數(shù)顯示的事例。程序?qū)嵗缦拢?br />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 結(jié)束語
    上述控制程序是當(dāng)今通用的使用方法?？刂乞?qū)動器的函數(shù)如顯示字體、清屏幕和置點(diǎn)等都要人為編寫，但這更有助于對LCD顯示的過程的理解?，F(xiàn)如今市場上LCD驅(qū)動器的品種多，且有很大一部分控制起來要優(yōu)于本文所使用的驅(qū)動器，本文的目的旨在給予大家一種通用有效的方法，希望在以后遇到LCD驅(qū)動器的時候能快速入門，縮短開發(fā)周期，節(jié)約成本。本文中所有列舉出來的函數(shù)都經(jīng)過C8051F340單片機(jī)的測試和偉福的硬件仿真。