圖形LCD在嵌入式應(yīng)用程序中的應(yīng)用

LCD具有廣泛的應(yīng)用，包括便攜式消費(fèi)設(shè)備如手機(jī)，計(jì)算器，手表，MP3播放器;國(guó)內(nèi)設(shè)備如微波爐，電視機(jī)，收音機(jī)，音響設(shè)備，視頻播放器，廚具;汽車，飛機(jī)，船只用的儀器面板;還有其它方方面面的應(yīng)用。LCD重量輕，攜帶方便，價(jià)格低廉，質(zhì)量可靠。他們消耗很小的功率且更容易被眼睛接受。因?yàn)長(zhǎng)CD不使用熒光粉及與大部分舊的CRT顯示器相關(guān)的老化圖像。彩色圖形LCD(GLCDs)正越來(lái)越多地用于便攜式應(yīng)用，如手機(jī)，電子游戲，以及工業(yè)控制和監(jiān)控設(shè)備。

基本上，LCD是由許多充滿液晶的像素組成，它們放在光源(或反射源)前以產(chǎn)生彩色或黑白圖像。LCD的每個(gè)像素在所謂的銦錫氧化物(ITO)透明電極和偏光過(guò)濾器間是均衡的。LCD自身不產(chǎn)生任何光線，他們需要一個(gè)外部的光源。大多數(shù)顯示器由放在LCD面板背后的光源提供光。

基于使用的有效尋址機(jī)制，我們可以把LCD分為無(wú)源矩陣尋址和有源矩陣尋址。無(wú)源矩陣尋址用于早期的顯示器，只有M + N個(gè)控制信號(hào)用于M×N像素顯示屏的尋址。要打開一個(gè)像素，一個(gè)電荷被下放，相應(yīng)的列和相應(yīng)的行接地。這一行和列交點(diǎn)的像素接收到電壓，解開該像素的液晶。當(dāng)我們禁用一個(gè)像素時(shí)，液晶就不能從一個(gè)狀態(tài)到另一狀態(tài)，因?yàn)檫@需要一段時(shí)間。此外，因?yàn)橐粋€(gè)像素相當(dāng)于一個(gè)電容器，兩個(gè)金屬電極由模具材料分開，當(dāng)要?jiǎng)h除一個(gè)電荷時(shí)，它需要一定時(shí)間給電容放電，從而減緩像素響應(yīng)時(shí)間。雖然無(wú)源矩陣尋址簡(jiǎn)單，但是響應(yīng)時(shí)間相當(dāng)緩慢。此外，它也很難準(zhǔn)確地控制充電，當(dāng)像素被解開，它周圍的像素也有部分地解開，致使圖像出現(xiàn)模糊。圖1顯示了無(wú)源矩陣顯示器的功能結(jié)構(gòu)。

有源矩陣尋址(見圖2)基于薄膜晶體管(TFT)快速使電容放電，從而提高響應(yīng)時(shí)間。國(guó)內(nèi)大多數(shù)產(chǎn)品，消費(fèi)設(shè)備和工業(yè)圖形LCD時(shí)下都采用了TFT技術(shù)。一個(gè)特定的像素通過(guò)切換適當(dāng)?shù)男胁⑾路乓粋€(gè)電荷到相應(yīng)的列來(lái)選擇。

由于所有其它行與此列的交點(diǎn)被關(guān)閉，只有指定的像素的電容接收到電荷。通過(guò)控制提供給晶體的電壓值我們可以控制解開的像素量。這樣顯示能加快響應(yīng)時(shí)間且能準(zhǔn)確地控制像素，從而產(chǎn)生了清晰的圖像。TFT顯示屏的制作是復(fù)雜和昂貴的。像素之間的晶體管在LCD玻璃上被高精度蝕刻。

彩色圖形LCD非常受歡迎，尤其是在消費(fèi)電子設(shè)備中。彩色LCD中的一個(gè)像素由紅，綠和藍(lán)三個(gè)子像素彩色濾光片組成。通過(guò)控制施加電壓我們可以修改每個(gè)超過(guò)256色調(diào)強(qiáng)度的子像素。因此，有了三個(gè)子像素，我們可以生成1680萬(wàn)色，需要大量在玻璃上蝕刻的晶體管。

現(xiàn)在有各種技術(shù)用于創(chuàng)建黑白和彩色顯示器，這些技術(shù)基于解開的液晶數(shù)量。一些常用的有：TN(Twisted Nematic)，HTN(High Twisted Nematic)，STN(Super Twisted Nematic)，F(xiàn)STN(Film compensated Super Twisted Nematic)，DTSN(Double Super Twisted Nematic)，CSTN(Colour Super Twisted nematic)和其它一些技術(shù)。GLCD模塊通常連同控制器芯片放置在PCB上，該芯片可以通過(guò)串口或并口連接。一些常用的GLCD控制器有T6963C，KS0108，LR35503，HDM6448等。大多嵌入式編譯器為GLCD顯示和處理圖像提供函數(shù)集形式的軟件庫(kù)。有了這些庫(kù)的幫助，用戶可以顯示位圖圖像，畫圖，畫正方形、矩形、圓形，顯示文本，等等。

本文簡(jiǎn)單介紹了GLCD的特點(diǎn)，并展示了基于TFT-彩色圖形LCD項(xiàng)目如何用專用的軟硬件工具輕松設(shè)計(jì)的。

GLCD軟件工具的應(yīng)用

一個(gè)GLCD項(xiàng)目的開發(fā)需要編程每個(gè)GLCD像素來(lái)創(chuàng)建圖像。這個(gè)過(guò)程通常使用GLCD圖像制作軟件工具實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槭謩?dòng)制作非常繁瑣。該軟件工具使用戶在電腦屏幕上通過(guò)描影或著色創(chuàng)建所需的GLCD圖像，或從一個(gè)文件中導(dǎo)入圖像。

軟件最后通常會(huì)創(chuàng)建許多位圖數(shù)據(jù)來(lái)描繪圖像，而這些數(shù)據(jù)可以加載到目標(biāo)GLCD設(shè)備，以顯示所需的圖像。現(xiàn)在大部分可用的軟件工具都是采用位圖轉(zhuǎn)換格式，可轉(zhuǎn)換一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖像文件為一個(gè)數(shù)據(jù)文件，這些數(shù)據(jù)文件可以用于高層次的編程語(yǔ)言。以下介紹一些流行的GLCD軟件工具。

bitmap2lcd軟件使用戶能夠?qū)胍粡垬?biāo)準(zhǔn)圖形編程格式的黑白圖像到電腦屏幕上，然后創(chuàng)建此圖的GLCD數(shù)據(jù)文件，該數(shù)據(jù)文件可用于嵌入式C，Pascal，Basic或匯編的項(xiàng)目。帶有限制功能的免費(fèi)版本的程序可以從下載。位圖轉(zhuǎn)換軟件可從GLCD工具下載，它可轉(zhuǎn)換位圖和圖標(biāo)為用于嵌入式圖形LCD顯示的C和C + +程序。此程序的優(yōu)點(diǎn)是黑白和彩色圖像都可以操縱。

mikroElektronika公司的GLCDFont Creator是一個(gè)免費(fèi)軟件，它可為圖形LCD創(chuàng)建字體、符號(hào)和圖形圖標(biāo)。這個(gè)軟件的優(yōu)點(diǎn)是，它兼容所有的Windows字體以及那些導(dǎo)入和使用的字體。該軟件受mikroElektronika公司所有的嵌入式編譯器支持，且視覺效果如倒置，描繪輪廓和移們都可應(yīng)用來(lái)設(shè)計(jì)字體。

可視化GLCD軟件是圖形開發(fā)軟件，根據(jù)觸摸屏機(jī)制支持大量黑白顯示。用戶可以通過(guò)放置可視化組件如標(biāo)簽，方框，圈，圖像等在屏幕上，或者通過(guò)啟用或禁用屏幕上的單個(gè)像素建立自己的GLCD圖像。

設(shè)計(jì)完整的GLCD屏幕可以不用任何編程知識(shí)。屏幕上的圖像轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)據(jù)文件后，可以導(dǎo)入并在程序中用來(lái)顯示創(chuàng)建的圖像?？梢暬疓LCD完全受mikroElektronika公司所有的嵌入式編譯器支持，屏幕圖像可以很容易地包含進(jìn)其編譯器。

mikroElektronika開發(fā)的可視化TFT也許是市場(chǎng)上最先進(jìn)的嵌入式圖形液晶顯示編程工具之一。由于這個(gè)軟件用于文中給出的項(xiàng)目，值得看看這個(gè)先進(jìn)的軟件工具的功能。

可視化TFT是一個(gè)基于GUI的彩色圖形LCD開發(fā)軟件，支持觸摸屏設(shè)備，應(yīng)用于現(xiàn)代TFT GLCD的開發(fā)。該軟件可用于創(chuàng)建圖形圖像，通過(guò)用戶創(chuàng)建基于觸摸屏的可放置在屏幕上任意位置的事件驅(qū)動(dòng)對(duì)象來(lái)創(chuàng)建圖形應(yīng)用程序。例如，用戶可以放置一個(gè)按鈕在屏幕上，然后確定按下或點(diǎn)擊按鈕時(shí)應(yīng)采取的行動(dòng)。GLCD圖像代碼和用戶操作模板代碼全部由軟件自動(dòng)創(chuàng)建。用戶只需要編寫用戶操作的程序代碼，例如當(dāng)按鈕被點(diǎn)擊時(shí)的代碼。可視化TFT軟件支持mikroElektronika所有的TFT開發(fā)板。這些板被稱為多媒體(或mikromedia)板，其中有些板應(yīng)用于高端的PIC單片機(jī)。

多媒體板一側(cè)主要包含一個(gè)320×240 TFT彩色顯示屏，另一側(cè)為一個(gè)4層PCB，上面有微控制器，觸摸屏硬件，電源，立體聲MP3解碼器，加速器芯片，閃存存儲(chǔ)器，SD卡接口和一個(gè)迷你USB接口。[!--empirenews.page--]

單片機(jī)的I / O端口被引到板的邊緣，外部設(shè)備(例如傳感器)可以很容易地連接到微控制器。利用可視TFT軟件開發(fā)的代碼可以用嵌入式編譯器(例如mikroC或mikroBASIC)編譯，然后用主板上引導(dǎo)加載程序幫助加載到目標(biāo)多媒體板。

彩色GLCD項(xiàng)目例程

本節(jié)介紹了基于微控制器的彩色圖形項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目是一個(gè)簡(jiǎn)單的秒倒數(shù)計(jì)時(shí)器，利用了Visual TFT圖形開發(fā)軟件。圖3顯示的顯示布局包括：

●一個(gè)數(shù)字軟鍵盤，用于輸入倒計(jì)時(shí)初始值;●START軟按鈕啟動(dòng)倒計(jì)時(shí)的過(guò)程;●CLR軟按鈕清除倒計(jì)時(shí)初始值;●一個(gè)文本框來(lái)顯示倒數(shù)過(guò)程中當(dāng)前值。

GLCD屏幕設(shè)計(jì)使用Visual TFT(VTFT)圖形開發(fā)軟件。此外， VTFT自動(dòng)生成圖形處理代碼。

VTFT軟件已用于開發(fā)mikromedia系列智能彩色TFT板。一個(gè)例子是應(yīng)用于PIC18系列微控制器的Mikromedia板，如圖4所示。這些電路板適用于各種通用的微控制器。

如上所述，除了帶有觸摸屏硬件的320×240像素的彩色圖形LCD，板還包含PIC18F87J50功能強(qiáng)大的單片機(jī)，帶有安裝引導(dǎo)程序軟件的USB接口，MP3音頻處理，SD卡硬件和板載加速度芯片。

一個(gè)典型的圖形應(yīng)用是用戶使用VTFT軟件所提供的各種工具創(chuàng)建GUI屏幕。自動(dòng)生成的圖形和主要點(diǎn)擊的用戶操作代碼通過(guò)已經(jīng)加載到目標(biāo)微控制器的bootloader軟件和免費(fèi)提供的PC端USB接口從PC加載到目標(biāo)微控制器的程序存儲(chǔ)器。

一個(gè)項(xiàng)目可以包含多個(gè)屏幕和布局，一個(gè)應(yīng)用程序可以選擇和顯示任何所需的屏幕。如圖6所示，單片機(jī)端口與GLCD板之間的硬件連接，觸摸屏的硬件配置指定使用VTFT的設(shè)置選項(xiàng)。

該項(xiàng)目的框圖如圖7所示。單片機(jī)端口J連接到GLCD模塊的數(shù)據(jù)端口。同樣，如圖6所示，端口D，G和H的一些引腳連接到GLCD控制引腳。微控制器使用外部8MHz晶體振。時(shí)鐘乘以6倍使工作頻率為48MHz。

圖8在VTFT屏幕顯示了倒數(shù)計(jì)時(shí)器的顯示布局。鍵盤和START/ CLR按鈕使用圓角框按鈕工具創(chuàng)建。這個(gè)工具有這樣的特性：

各種事件驅(qū)動(dòng)程序子程序如“OnClick” ，“OnDown”，“OnUp”等可附加在上面。實(shí)際倒計(jì)時(shí)值每一秒鐘顯示在圓框上。屏幕左上角一個(gè)LOGO格式的圖像描繪了板上圖像的功能。

倒數(shù)計(jì)時(shí)器的操作是這樣的，用戶最初輸入倒數(shù)計(jì)時(shí)值并按下啟動(dòng)按鈕。最初的計(jì)數(shù)值通過(guò)點(diǎn)擊CLR按鈕清除。

顯示屏幕設(shè)計(jì)的代碼由VTFT軟件自動(dòng)生成。用戶操作代碼如代碼處理關(guān)鍵點(diǎn)擊，通過(guò)軟件提供的模板輸入。當(dāng)完成屏幕設(shè)計(jì)時(shí)且產(chǎn)生所需的代碼時(shí)用戶激活編譯器(如mikroBASIC編譯器)。用戶一起編譯所有的程序模塊以生成可以加載到目標(biāo)單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器的程序hex文件。

實(shí)際的程序加載過(guò)程可通過(guò)提供的引導(dǎo)程序或者一個(gè)適用的編程器(例如，mikroProg編程器)完成。圖9顯示用戶程序的操作：處理這個(gè)項(xiàng)目的按鍵點(diǎn)擊并顯示屏上倒計(jì)時(shí)值。這是唯一由用戶開發(fā)的的代碼。

該方案利用MikroBASIC編譯器開發(fā)。mikroBASIC是一種通用集成高層的語(yǔ)言，適用于PIC微控制器的開發(fā)。

該語(yǔ)言提供了大量的庫(kù)函數(shù)，應(yīng)用于連接外圍設(shè)備，如RS232，RS485的I2C，SD卡，LCD，GLCD，以太網(wǎng)等。用戶點(diǎn)擊鍵盤上的數(shù)字時(shí)子程序更新計(jì)算總倒計(jì)時(shí)值。此外，點(diǎn)擊的數(shù)字顯示在屏幕上。子程序strtClick顯示當(dāng)前倒計(jì)時(shí)值，遞減1計(jì)數(shù)，在循環(huán)內(nèi)有一秒的延遲。

雖然圖形LCD的例子在這里的展示非常簡(jiǎn)單，但實(shí)際工程應(yīng)用中圖形LCD領(lǐng)域是無(wú)窮無(wú)盡的，而且可能十分復(fù)雜，但同時(shí)也是使用VTFT軟件的人性化的應(yīng)用。例如，mikromedia板可以連接外部傳感器，執(zhí)行器，或電機(jī)和可以很容易監(jiān)測(cè)或控制的設(shè)備，通過(guò)VTFT軟件的幫助以開發(fā)簡(jiǎn)單的，人性化的，基于圖形的應(yīng)用。mikroElektronika包括許多有用的實(shí)際應(yīng)用，展示了使用VTFT軟件的mikromedia板。