基于液晶模塊的動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)顯示設計

摘要： 以中文液晶顯示模塊CM320240-7為例， 給出了使用LCD顯示模塊CM320240-7來(lái)實(shí)現文本、圖形和實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示的系統設計方法。

0 引言

為了提高顯示程序的可讀性和可維護性， 軟件程序通常采用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。從總體上說(shuō)， 液晶顯示軟件的編程主要分為主程序、液晶顯示模塊、鍵盤(pán)輸入模塊和通信模塊等。其中主程序主要完成初始化、鍵盤(pán)掃描等； 鍵盤(pán)輸入模塊主要完成各功能鍵的按鍵響應； 液晶模塊主要完成菜單界面的切換顯示； 通信模塊主要實(shí)現數據的接收與發(fā)送。本文重點(diǎn)介紹液晶顯示部分的內容。

液晶顯示的內容主要是一些用戶(hù)關(guān)心的實(shí)時(shí)參數和狀態(tài)， 其基本操作流程為： 初始化、清屏、顯示。初始化主要是復位液晶， 等待對液晶進(jìn)行操作； 清屏主要是清除掉液晶屏上所顯示的內容， 為下一次顯示的內容做準備； 顯示主要是顯示當前想要顯示的內容。

1 中文液晶顯示模塊CM320240-7

中文液晶顯示模塊CM320240-7是一個(gè)中英文文字與繪圖模式的點(diǎn)矩陣液晶顯示模塊， 其內建有12Kbyte的ROM字型碼， 可以顯示中文字型，數字符號， 英日歐文等字母。同時(shí)， 該模塊還內建雙圖層的顯示內存， 可支持文字與繪圖兩種混合顯示模式。并可提供全角(16×16) 與半角(×8)文字顯示模式。CM320240-7的最大特點(diǎn)就是在強光照射下， 用戶(hù)依然可以清晰地看到屏幕上顯示的內容， 因而非常適合在戶(hù)外使用。

CM320240-7可以很方便地與ARM9相連接。它具有24個(gè)管腳， 其中有8位數據線(xiàn)(DB0～DB7)，6 位控制線(xiàn)(RS-數據/命令控制， WR-讀寫(xiě)控制，CS2-片選2， CS1-片選1， EN-使能端， /RST-復位端， ) ， 4 位電源線(xiàn)( AVSS， AVDD， VSS，VDD)， 2位狀態(tài)線(xiàn)(BUSY-用以回應模塊內部的執行使用狀況， INT-用以回應模塊內部的中斷狀況)， 同時(shí)包括背光源正、負端(LED+、LED-)，LCD驅動(dòng)電源輸入端和輸出端(V0、VEE)。

2 字符和漢字的顯示

對于點(diǎn)陣液晶顯示器來(lái)說(shuō)， 漢顯菜單的設計就是如何通過(guò)編程將漢字按一定的格式在屏幕上顯示出來(lái)。

在LCD上顯示字符和漢字之前， 通常都需要先提取點(diǎn)陣碼。由于要顯示的漢字和字符非常多， 而且它們是任意的， 因而必須要有常用的字符和漢字字庫。由于A(yíng)SCⅡ字符字庫比較小， 一般的字模軟件就可以生成， 故筆者使用的軟件是任意點(diǎn)陣字體生成器， 其操作界面如圖1所示。

圖1 任意點(diǎn)陣字體生成器的操作界面

任意點(diǎn)陣字體生成器軟件界面風(fēng)格簡(jiǎn)潔， 操作簡(jiǎn)便。常用漢字和字符的ASCⅡ碼保存在以.dat為后綴的文件里。故以打開(kāi)文件的方式就可取得漢字和字符的ASCⅡ碼， 其操作語(yǔ)句如下：

fp_ST_16_08_ASC =fopen ( /mnt/Nand1/ST_16_08_ASC.Dat , r)

有關(guān)在文本和圖形顯示方式下寫(xiě)入字符和漢字的方法， 在與顯示有關(guān)的相關(guān)資料中已經(jīng)介紹得很清楚。這里給出的是一個(gè)在本程序中用到的顯示漢字的函數。通過(guò)這個(gè)函數， 可以將想要顯示的任意漢字和字符顯示在液晶屏幕的任意位置上。具體如下：

static void HanZi ( U32 x, U8 y, U8 *data, U8size, U8 reverse_log)

其中， x為橫坐標， y為縱坐標， *data為數據內容， size為字體， reverse_log為反白標記。

3 圖形曲線(xiàn)的顯示

3.1 描點(diǎn)

對屏幕上每一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行繪制是繪圖的基本條件。在用液晶顯示器顯示圖形曲線(xiàn)時(shí)， 首先要給屏幕上的每一個(gè)點(diǎn)分配一個(gè)二維的坐標。對于CM320240-7所用的320×240點(diǎn)陣液晶， 其左上角第一個(gè)點(diǎn)的坐標為(0， 0)， 右下角最后一個(gè)點(diǎn)的坐標為(319， 239)。這樣， 根據二維坐標就可以計算出各點(diǎn)所對應的內存單元， 并給其賦值“1”。而中文液晶顯示模塊在顯示圖形的時(shí)候，一般是以字符映像(Bit Map) 的方式寫(xiě)入RAM，若RAM的某個(gè)位置被填滿(mǎn)為“1”， 其LCD面板相對應的位置就會(huì )被顯示出黑點(diǎn)。因此， 在RAM上所存儲的像素資料， 就會(huì )對應到顯示屏幕(LCD)上， 從而構成文字、符號或圖形等顯示效果。為了便于運算， 可將每8個(gè)點(diǎn)的狀態(tài)存放在一個(gè)字節的內存單元中， 圖2給出了顯示數據從RAM到LCD顯示的映射方式。由此可見(jiàn)， 全屏的320×240個(gè)點(diǎn)的狀態(tài)將存放在(320 ／ 8) ×240=40×240個(gè)字節的內存單元中。

圖2 顯示數據從RAM到LCD顯示的映射方式

填充某一矩形區域的函數為Box_full (U16x_1， U16 y_1， U16 x_2， U16 y_2) ， 其中，(x_1， y_1)， (x_2， y_2) 為所填充的矩形區域的左上角和右下角的坐標。描一個(gè)點(diǎn)就相當于填充一個(gè)點(diǎn)陣區域。

清除某矩形區域的函數為Box_eraser (U16x_1， U16 y_1， U16 x_2， U16 y_2) ， 其中，(x_1， y_1)， (x_2， y_2) 分別為所清除的矩形區域的左上角和右下角的坐標。消除一個(gè)點(diǎn)即清除一個(gè)點(diǎn)陣區域。通過(guò)這個(gè)函數可以很方便地清空某個(gè)矩形區域的內容， 例如清除圖形區域， 或清除需要改變的數據區域等。

3.2 畫(huà)線(xiàn)

曲線(xiàn)可以視為是由若干直線(xiàn)段首尾相連而成。繪制直線(xiàn)是繪制曲線(xiàn)的基礎， 所以首先考慮直線(xiàn)的繪制方法。一般的斜線(xiàn)段也可以看作是由若干水平或垂直的線(xiàn)段首尾連接而成的， 而對于水平直線(xiàn)和垂直直線(xiàn)這兩種特殊情況， 則相當于填充某矩形區域， 這可以用前面提到的Box_full() 函數來(lái)完成。因此， 曲線(xiàn)的繪制全部都可以轉換為直線(xiàn)的繪制， 而其關(guān)鍵就在于確定各個(gè)水平或垂直線(xiàn)段首尾兩個(gè)端點(diǎn)的坐標。下面將重點(diǎn)介紹繪制直線(xiàn)的算法。

處理曲線(xiàn)段首尾兩個(gè)端點(diǎn)的方法相對比較簡(jiǎn)單， 即每個(gè)端點(diǎn)都沿X軸正向繪制2個(gè)相同Y值的像素點(diǎn)， Y為當前點(diǎn)所對應的縱坐標。對于兩端點(diǎn)之間剩余的3個(gè)像素點(diǎn)， 可分以下三種情況進(jìn)行討論。

首先， 當y_0等于y_past時(shí)， 很顯然， 兩端點(diǎn)之間是一條水平線(xiàn)， 其線(xiàn)形如圖3 (1) 所示。其函數描述為： Box_full (x_0-3,y_0,x_0+1,y_0)。

圖3 幾種情況下線(xiàn)段的繪制情形

其次， 如果y_0大于y_past， 此時(shí)將分為以下4種情況進(jìn)行討論：

第一， 當y_0-y_past=1時(shí)， 其情形如圖3 (2)所示。其函數描述為：

Box_full (x_0-1,y_0,x_0+1,y_0) ;

Box_full (x_0-3,y_past,x_0-2,y_past) ;

第二， 當y_0-y_past=2時(shí)， 其情況如圖3 (3)所示。函數描述為：

Box_full (x_0,y_0,x_0+1,y_0) ;

Box_full (x_0-3,y_0+1,x_0-1,y_0+1) ;

第三， 當y_0-y_past=3時(shí)， 其情況如圖3 (4)所示。函數描述為：

Box_full (x_0-1,y_0+1,x_0-1,y_0+1) ;

Box_full ( x_0 -3,y_past -1,x_0 -2,y_past -1) ;

Box_full (x_0,y_0,x_0+1,y_0) ;

第四， 當y_0-y_past=4時(shí)， 其情況如圖3 (5)和(6) 所示。函數描述為：

Box_full (x_0,y_0,x_0+1,y_0) ;

Box_full (x_0-1,y_0+1,x_0-1,y_0+1) ;

Box_full ( x_0 -3,y_past -1,x_0 -3,y_past -1) ;

Box_full (x_0-2,y_0+2,x_0-2,y_past-2) ;

而當y_0小于y_past時(shí)， 其分析方法與y_0大于y_past時(shí)相似， 這里不再重復。

3.3 動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)的顯示

圖4所示是實(shí)現動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)顯示的顯示界面。

圖4 動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)的界面顯示

實(shí)際上， 該界面可劃分為以下3種顯示區域： 文本區、數字區、圖形區。文本區是指圖中的文字部分， 用于說(shuō)明和提示； 數字區是指圖中的數字部分， 用于顯示一些實(shí)時(shí)的數據， 例如時(shí)間、直流值、交流值、存儲器容量等； 圖形區則是指界面中間顯示波形的部分， 主要用于顯示實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)波形。

在確定實(shí)時(shí)曲線(xiàn)點(diǎn)地址時(shí)， 其二維坐標的任意一點(diǎn)都是由橫坐標和縱坐標來(lái)確定的。對于橫坐標， 它們是一組等間隔的整數， 因此， 每畫(huà)完當前一個(gè)點(diǎn)后， 再在其水平坐標加上某一固定的整數， 即可得到下一個(gè)要畫(huà)的點(diǎn)的水平坐標。例如， 若橫坐標間隔為5， 則橫坐標X就依次加5。

對于縱坐標則相對復雜些， 假設A/D轉換后得到的數據為y， Y為所求點(diǎn)在動(dòng)態(tài)顯示區中所在的行， 橫軸所在的行為H， 則Y=H- (int) (y×20)。

20實(shí)際上是為了方便運算而取的一個(gè)幅值， 該值可以根據不同的數據情況來(lái)設定其大小。

為了在液晶屏幕上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示曲線(xiàn)， 刷新是一個(gè)很重要的環(huán)節。傳統的刷新方法是不斷地刷新每個(gè)顯示單元。顯示的控制過(guò)程實(shí)際上就是對圖形區RAM 數據的控制過(guò)程， 從左到右按單位掃描時(shí)間逐一置動(dòng)態(tài)圖形區RAM 中的顯示數據， 直到掃描到LCD 最右邊時(shí)， 再清除所有動(dòng)態(tài)圖形區RAM的數據， 之后， 又按單位掃描時(shí)間從左到右繼續逐一置動(dòng)態(tài)圖形區RAM 中的顯示數據， 并以逐點(diǎn)顯示方式來(lái)實(shí)現整幅圖形的刷新。由于圖形顯示數據的運算量大、讀寫(xiě)次數較多， 液晶屏的讀操作要連續進(jìn)行兩次， 第一次讀操作將地址輸出讀到一個(gè)無(wú)效數據， 第二次讀操作才讀到有效數據。所以， 用這種方法實(shí)現的顯示會(huì )感到刷新不及時(shí)、視覺(jué)效果較差。本文采用靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM) 的映射方式， 即在(SRAM) 中開(kāi)辟一個(gè)與液晶屏動(dòng)態(tài)圖形變化區域相同容量的存儲區域， 并使圖形的刷新全部在(SRAM) 中進(jìn)行， 然后重新寫(xiě)屏。由于采用的是相同的地址指針， 從而減少了ARM地址指針切換所帶來(lái)的延遲， 這樣就使得圖形曲線(xiàn)更新的動(dòng)態(tài)性能大大提高。除此之外， 本文還采用了指定有變化的部分刷新的方法， 即讓沒(méi)有變化的部分保留原樣， 而不采取任何操作， 只改變有變化的部分。因此， 刷新的效率也大大地提高了。刷新操作的具體程序如下：

對于波形動(dòng)態(tài)顯示的效果， 現假設一整屏波形顯示56個(gè)數據， 那么第一屏應依次描點(diǎn)， 即從X軸最左邊起， 一個(gè)單位時(shí)間描一個(gè)點(diǎn)且描一個(gè)點(diǎn)刷新一次。當第一屏描滿(mǎn)， 即56個(gè)點(diǎn)全部描完時(shí)， 圖形區域將顯示一個(gè)完整的波形。之后從第二屏開(kāi)始， 將一次性顯示滿(mǎn)屏的56個(gè)點(diǎn)， 然后再刷新。其中第56個(gè)點(diǎn)， 即最新的點(diǎn)顯示在圖形區域的最右邊， 它的縱坐標是最新讀到的數據轉換值。左邊的55個(gè)點(diǎn)的縱坐標是之前顯示的舊的55個(gè)點(diǎn)的縱坐標。之后， 繪制每一屏的方法都與繪制第二屏的相同。通過(guò)這種方法， 波形將呈現不斷往前平移的效果， 從而實(shí)現一個(gè)連續波形的動(dòng)態(tài)顯示。

4 結束語(yǔ)

本文所討論的液晶顯示應用技術(shù)的實(shí)現方法， 已在工程實(shí)踐中表明是可行的， 并且運行比較穩定。