基于DSP和CPLD的液晶模塊的設計

引言
DSP芯片具有高速的信息處理能力、較好的系統支持、硬件配置強等優(yōu)良技術(shù)和較低的價(jià)格特性。嵌入式系統的實(shí)時(shí)性好、占用資源少、功能強、可靠性高、模塊化結構、便于移植和定制的特點(diǎn)。基于 DSP平臺的嵌入式系統具備上述兩者的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于一些帶各種便攜式系統終端 LCD且需要大量數據要處理的系統。
近年來(lái)，DSP已經(jīng)越來(lái)越多地被應用于數據采集、語(yǔ)音處理、圖像分析與處理等領(lǐng)域中，并且日益顯示出巨大的優(yōu)越性。而液晶顯示屏更以其顯示直觀(guān)、功耗低、便于操作的特點(diǎn)被用作各種便攜式的顯示前端。本文介紹了一種基于DSP 和 CPLD的液晶模塊的設計與實(shí)現方法，解決快速處理器與慢速外設的匹配問(wèn)題。 1系統總體設計
該顯示系統主要由DSP、CPLD、電平轉換和 LCD模塊四部分組成，如圖 1所示，

該系統中，DSP采用 TI公司的 TMS320F2812處理器。采用高性能靜態(tài)的 CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為 3.3V，降低了控制器的功耗；150MIPS的執行速度使得指令周期縮短為
6.67ns，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力；可以進(jìn)行 16×16和 32×32的乘加操作，可以方便的進(jìn)行FFT、FIR濾波等數字信號處理算法；具有多達 56個(gè)通用、雙向數字 I/O引腳，能方便的實(shí)現各種 I/O操作。
CPLD 采用 Altera公司 MAX7000系列的 EPM7128SQC100，3.3V供電，不存在 DSP及 LCD電平兼容的問(wèn)題，采用 CMOS E2PROM工藝，傳輸延遲僅為5ns；具有 68個(gè)用戶(hù)可編程的 IO 口，為系統定義輸入、輸出和雙向口提供了極大的方便； EPM7128同時(shí)還提供了 JTAG接口，可進(jìn)行 ISP編程，極大地方便了用戶(hù)。本文采用CPLD 的主要目的是：對于 LCD顯示，將 DSP中的數據發(fā)送到CPLD，然后 DSP去做其它的事情，而后續的顯示任務(wù)由 CPLD完成，CPLD 將在 LCD允許的速度下對其進(jìn)行操作即可達到顯示的目的。

LCD 模塊采用成都飛宇達的 FYD12864-0402B，內置 ST7920液晶控制器。它是一種具有 4位/8位并行、 2線(xiàn)或 3線(xiàn)串行多種接口方式，內含中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊。其顯示分辨率為 128*64，內置 8192個(gè) 16*16點(diǎn)漢字和 128個(gè) 16*8點(diǎn) ASCII字符集，強大的字庫省去了很多自行編碼的麻煩；可以顯示中文字型、數字符號、英文字母以及圖形等，利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單方便的操作指令，可構成友好的中文人機交互界面。
硬件接口設計
由于 DSP屬于高速器件， LCD為慢速外設，DSP對讀寫(xiě)周期較慢的 LCD進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，可采用以下兩種方式來(lái)解決 DSP與 LCD的時(shí)序匹配問(wèn)題：直接訪(fǎng)問(wèn)和間接訪(fǎng)問(wèn)。直接訪(fǎng)問(wèn)是將 DSP的讀寫(xiě)信號與 LCD接口的讀寫(xiě)信號直接相連，將 LCD的 8位數據線(xiàn)與 DSP的低 8位數據線(xiàn)相連（在 CPLD內部硬件編程完成），時(shí)序由 DSP內部讀寫(xiě)邏輯控制。由于 LCD的讀寫(xiě)周期較 DSP慢，要使兩者的時(shí)序匹配，還必須進(jìn)行一些時(shí)序方面的處理。間接訪(fǎng)問(wèn)用 DSP的 I/O口間接控制慢速設備，可以通過(guò)軟件控制 DSP的 I/O口來(lái)實(shí)現與慢速外設的時(shí)序匹配。該方法無(wú)需通過(guò)硬件擴展即可實(shí)現與任意慢速外設的時(shí)序匹配。在該顯示系統中，由于 CPLD的可在線(xiàn)硬件編程能力，這 2 種方法均可實(shí)現。這里采用第一種接法。 DSP與 LCD的硬件接口電路圖如圖 2所示。

LCD 各引腳說(shuō)明如下：RS為高電平時(shí)，DB7―DB0顯示數據；RS為低電平時(shí)，DB7―DB0顯示指令數。R/W為高電平時(shí)，數據被讀到DB7―DB0； R/W為低電平時(shí)，DB7―DB0的數據被寫(xiě)到IR或 DR。E為使能信號線(xiàn)。當 E為高電平時(shí)，配合 R進(jìn)行讀數據或指令，當 E為低電平時(shí)，配合/W進(jìn)行寫(xiě)數據或指令。PSB為高電平時(shí)，表示 8位或四位并口方式；PSB為低電平時(shí)，表示串口方式。RESET為復位信號輸入端，低電平有效。DB7―DB0為三態(tài)數據線(xiàn)。 其中 RS與 R/W配合決定控制界面的四種模式：

另外，由于 FYD12864用 5V供電，所以液晶的 8位數據線(xiàn)不能直接與 DSP的外部擴展數據總線(xiàn)相連。本系統中采用 74ALVC16245來(lái)進(jìn)行電平轉換， 74ALVC16245是 16位的電源 轉換芯片，采用 3.3V供電，該芯片有兩個(gè)方向控制引腳（ DIR1和 DIR2），DIR1由 CPLD的 I/O引腳供給，當 DSP從液晶讀取數據時(shí)，DIR1為低電平，數據的傳輸方向是從液晶到 DSP；當 DSP往液晶寫(xiě)數據時(shí)，DIR1為高電平，數據傳輸方向是從 DSP到液晶。DIR2與 VCC相連，由 CPLD的 I/O引腳控制 LCD。 3 軟件編程及實(shí)例
本系統中，CPLD部分采用 VHDL進(jìn)行編程，主程序采用 C語(yǔ)言進(jìn)行編程，便于程序的移植，并使其具有較高的可讀性。首先解決 DSP與 LCD的時(shí)序匹配問(wèn)題，時(shí)序匹配是 DSP控制 LCD最關(guān)鍵的問(wèn)題，其實(shí)質(zhì)是如何編寫(xiě)程序對 LCD的指令寄存器和數據寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，接口時(shí)序如圖 3和圖 4所示，

使用該顯示模塊時(shí)應注意以下幾點(diǎn)：
（1）欲在某一個(gè)位置顯示中文字符時(shí)，應先設定顯示字符位置，即先設定顯示地址，再寫(xiě)入中文字母編碼。（2）顯示 ASCII字符過(guò)程與顯示中文字符過(guò)程相同。不過(guò)在顯示連續字符時(shí)，只須設定一次顯示地址，由模塊自動(dòng)對地址加 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）當字符編碼為兩字節時(shí)，應先寫(xiě)入高位字節，再寫(xiě)入低位字節。（4）模塊在接收指令前，處理器必須先確認模塊內部處于非忙狀態(tài)，則讀取BF標志，BF需為“0”，方可接收新的指令。如果在送出一個(gè)指令前不檢查 BF標志，則在前一個(gè)指令和這個(gè)指令中間必須延遲一段較長(cháng)的時(shí)間，即等待前一個(gè)指令確定執行完成。
通過(guò)初始化液晶顯示屏以及調用字庫顯示漢字和字符來(lái)具體說(shuō)明 DSP控制液晶顯示屏的設計思想。系統硬件上電復位后,首先完成 DSP的初始化，然后根據用戶(hù)系統的需要對控制器的各項指令代碼及其參數進(jìn)行設置,以完成液晶模塊的參數以及顯示方式等一系列過(guò)程的初始化。液晶模塊具體編程如下：
#include DSP28_Device.h

unsigned int * LcdComL = (unsigned int *) 0x5100;//命令寄存器低地址

unsigned int * LcdComH = (unsigned int *) 0x5200;//命令寄存器高地址

unsigned int * LcdDatL = (unsigned int *) 0x5300;//數據寄存器低地址

unsigned int * LcdDatH = (unsigned int *) 0x5400;//數據寄存器高地址

void WriteLcdCom(unsigned char c);//寫(xiě)命令

void WriteLcdDat(unsigned char d);//寫(xiě)數據

void delay(unsigned int t);//延時(shí)

void main(void)//主程序

{ InitSysCtrl();//初始化系統
DINT;// 關(guān)中斷

IER = 0x0000;

IFR = 0x0000;

InitPieCtrl();//初始化

PIE InitPieVectTable(); //初始化

PIE中斷矢量表

InitPeripherals();//初始化外設
LcdComL = 0x00;//初始化命令寄存器
LcdDatL = 0x00;//初始化數據寄存器

WriteLcdCom(0x01);//清除顯示屏

WriteLcdCom(0x0e);//顯示狀態(tài)打開(kāi)

WriteLcdCom(0x30);//LCD選擇為 8位并行數據傳輸方式

比如要在顯示屏第一行顯示“檢測物質(zhì)：Theanol”

WriteLcdCom(0x80); //寫(xiě)第一個(gè)字符的地址

WriteLcdDat(0xbc); //第一個(gè)漢字“檢”的高字節

WriteLcdDat(0xec);//“檢”的低字節

WriteLcdDat(0xb2);//漢字“測”高字節

WriteLcdDat(0xe2);//“測”低字節

WriteLcdDat(0xce);//漢字“物”高字節

WriteLcdDat(0xef);//漢字“物”低字節

WriteLcdDat(0xd6);//漢字“質(zhì)”高字節

WriteLcdDat(0xca);“質(zhì)”低字節

WriteLcdDat(0x3a);//冒號“： ”

WriteLcdDat(0x45);//字符“ T”

WriteLcdDat(0x74);//字符“ h”

… for(;;);

} void WriteLcdCom(unsigned char c) { * LcdComH = c;
* LcdComL=c；
delay(5000); } void WriteLcdDat(unsigned char d) { * LcdDatH = d;
* LcdDatL = d;
delay(5000); } void delay(unsigned int t) { while(t>0)
t--; }
以上程序均在 DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 CCS中調試通過(guò)，LCD顯示屏上可以正常顯示連續的漢字、字符以及圖形等，在實(shí)際的嵌入式數據采集系統中得以應用。通過(guò)移植本文的程序，修改其中一些命令，可以完成更加復雜的功能，并且具有縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，加快產(chǎn)品上市等優(yōu)點(diǎn)，因此非常適合便攜式設備的界面顯示系統。
結論
本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：以 DSP為核心處理器，利用 CPLD來(lái)進(jìn)行邏輯轉換和控制，實(shí)現高速CPU處理器和低速外設接口的時(shí)序匹配，同時(shí)采用了移植性能和可讀性能高的 C程序設計，無(wú)需插入等待周期，在實(shí)際的嵌入式系統中成功運行，為快速處理器與慢速外設的接口設計提供了一種借鑒的方法。