基于C8051F020和USB的OLED控制系統設計

1 引言
與傳統的液晶顯示屏相比，OLED顯示模塊具有高亮度、高對比度、寬視角、響應速度快、功耗低等特點(diǎn)。因此，隨著(zhù)電子產(chǎn)品高度集成化的發(fā)展，OLED顯示模塊在移動(dòng)終端、工業(yè)控制、便攜式電子產(chǎn)品等領(lǐng)域應用十分廣泛。本文介紹了一種將USB技術(shù)應用于OLED顯示控制系統中的設計，該系統以C8051F020為核心控制器件。由于USB具有安裝方便、高速、靈活、低成本、易擴展、支持熱插拔等優(yōu)點(diǎn)，使得本系統可以輕松地實(shí)現在線(xiàn)數據更新，并通過(guò)外擴的Flash實(shí)現系統的脫機顯示。
2 系統簡(jiǎn)介
系統的工作和組成原理如圖1所示。
如圖1所示，整個(gè)系統由單片機、OLED顯示模塊、USB模塊、外擴數據存儲器模塊組成。核心控制芯片是Silicon公司的C8051F020,這是一款功能強大的單片機；用來(lái)在線(xiàn)更新顯示數據的USB模塊，它以CH375V作為接口控制芯片，支持USB主機和USB設備兩種方式；AMD公司的閃存AM29LV081B作為單片機外部擴展數據存儲器。96×64像素的全彩色OLED顯示屏，它的驅動(dòng)IC采用Solomon公司的SSD1332。

硬件設計
3.1 主要芯片介紹
（1）核心控制芯片C8051F020 單片機C8051F020是完全集成的混合信號系統級SCM芯片，具有64個(gè)數字I/O引腳，具有片內VDD監視器、看門(mén)狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器，是真正能獨立工作的片上系統，所有模擬和數字外設均可由用戶(hù)固件配置為使能/禁止和配置。Flash存儲器還具有在系統重新編程能力，可用于非易失性數據存儲，并允許現場(chǎng)更新8051固件。
（2）USB接口芯片CH375

CH375是一個(gè)USB總線(xiàn)的通用接口芯片，支持USB-HOST主機和USB-DEVICE/SLAVE設備兩種方式。在本地端，CH375具有8位數據總線(xiàn)和讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機等控制器的系統總線(xiàn)上。在USB主機方式下，CH375還提供了串行通訊方式，通過(guò)串行輸入、串行輸出和中斷輸出與單片機等相連接。
CH375的USB主機方式支持常用的USB全速設備，外部單片機可以通過(guò)CH375按照相應的USB協(xié)議與USB設備通訊。CH375還內置了處理Mass-Storage海量存儲設備的專(zhuān)用通訊協(xié)議的固件，外部單片機可以直接以扇區為基本單位讀寫(xiě)常用的USB存儲設備。
3.2 USB模塊硬件電路設計
本文在C8051F020的使用中需要配置交叉開(kāi)關(guān)，為了方便控制OLED的顯示和系統的控制操作，除了CH375必需的一個(gè)中斷外，還配置了兩個(gè)定時(shí)器中斷T1和T2以及一個(gè)外部中斷。將USB連接產(chǎn)生的中斷設置分配到INT0#，再多一個(gè)外部中斷INT1#。還考慮到CH375支持串行通信，所以將其和單片機的串口通信也設計在內，使用TX0和RX0。但是在串行方式下工作，數據傳輸速度慢，所以本文的研究采取并行接口。根據單片機優(yōu)先權交叉開(kāi)關(guān)譯碼表，按照優(yōu)先級別，TX0使用P0.0，RX0使用P0.1，INT0#使用P0.2，T1使用P0.3，INT1#使用P0.4，由于P0.5～0.7由外部數據存儲器接口驅動(dòng)，所以T2使用P1.0。圖2為USB模塊的連接電路圖。

CH375芯片的RD#和WR#分別連接到單片機的讀選通輸出引腳RD#(P0.6)和寫(xiě)選通輸出引腳WR#(P0.7)。CS#由地址譯碼電路驅動(dòng)，用于當單片機具有多個(gè)外圍器件時(shí)進(jìn)行設備選擇。INT#輸出的中斷請求是低電平有效，連接到單片機的中斷輸入引腳P0.2，單片機使用中斷方式獲知中斷請求。當WR#為高電平并且CS#和RD#及A0都為低電平時(shí)，CH375中的數據通過(guò)D7～D0輸出；當RD#為高電平并且CS#和WR#及A0都為低電平時(shí)，D7～D0上的數據被寫(xiě)入CH375芯片中；當RD#為高電平并且CS#和WR#都為低電平而A0為高電平時(shí)，D7～D0上的數據被作為命令碼寫(xiě)入CH375芯片中。
3.3 外部數據存儲模塊
對于全彩的 96×64像素的 OLED屏，每個(gè)像素由兩個(gè)字節組成，顯示一幅圖片需要的內存空間為 96×64×2=12.288KB，而本文采用的單片機內部只有 64KB的 Flash存儲器，最多只能顯示 5幅圖片，如果要顯示圖像是不可能的，所以必須在外部擴展數據存儲器，使之能夠顯示動(dòng)態(tài)圖像。圖 3為外擴的 Flash與單片機的連接框圖。

本文的外部存儲器接口工作在復用方式，通過(guò)配置 PRTSEL（EMIOCF.5）的狀態(tài)決定 EMIF工作在低端口或是高端口錯誤！未找到引用源。。本文對外部存儲器Flash的讀寫(xiě)采用高端口（P4～P7）。地址總線(xiàn)A19～16使用P4.4～P4.1腳，地址總線(xiàn)A15～8使用 P6口，地址總線(xiàn)低 8位A7～0與數據總線(xiàn)復用 P7口，ALE使用P4.5，RD#使用P4.6，WR#使用 P4.7。
在復用方式下工作時(shí)，要用一個(gè)外部鎖存器保持 RAM地址的低 8位。本文的外部鎖存器選74LS373。它由ALE（地址鎖存使能）信號控制，ALE信號由單片機外部存儲器接口邏輯驅動(dòng)。在復用方式工作時(shí)，可以根據 ALE信號的狀態(tài)分兩個(gè)階段，在第一個(gè)階段，ALE為高電平，鎖存器選通，鎖存器的 Q輸出與 D輸入狀態(tài)相同，P7輸出為地址總線(xiàn)的低 8位。ALE由高變低標志第二階段開(kāi)始，鎖存器的輸出保持不變，即與鎖存器的輸入無(wú)關(guān)。在第二階段稍后，當RD#（P4.6）或 WR#（P4.7）有效時(shí)，數據總線(xiàn)控制 P7端口的狀態(tài)。
3.4 OLED顯示模塊
此模塊的驅動(dòng)電路核心部分應用 Solomon公司的SSD1332芯片，在驅動(dòng)電路獲得控制信號和顯示數據后，由芯片 SSD1332產(chǎn)生 OLED所需的行驅動(dòng)和列驅動(dòng)的信號，驅動(dòng)OLED，并把顯示數據傳送到 OLED顯示。
4 讀取顯示數據程序設計
本文研究的該部分的程序主要是顯示數據的采集，它是通過(guò)中斷響應方式進(jìn)行的。CH375的中斷信號INT#連接單片機的INT0，設置成外部中斷，配置為下降沿觸發(fā)輸入，由IT0（TCON.0）和IT1（TCON.2）的設置決定，IE0（TCON.1）為外部中斷INT0的中斷標志，產(chǎn)生中斷后即CPU在轉向ISR時(shí)自動(dòng)清除響應的中斷標志。該中斷的初始化程序如下： void INT_Init(void) {
EA = 1; //中斷總允許
EX0 = 1; //INT0中斷允許
IT0 = 1; //INT0設置為下降沿觸發(fā)
PX0 = 1; //INT0(/UINT)設置為高優(yōu)先級，可中斷其他正在執行的中斷程序 }
程序中將 CH375中斷信號設為最高優(yōu)先級，一旦有 U盤(pán)插入，立即產(chǎn)生中斷，之后進(jìn)入中斷程序入口，執行中斷程序，進(jìn)行文件數據的讀取操作。軟件實(shí)現如錯誤！未找到引用源。所示，首先調用CH375DiskConnect()查詢(xún)是否真的有 U盤(pán)插入，否則的話(huà)立即返回主程序，繼續執行原來(lái)的程序，如果有 U盤(pán)插入，接著(zhù)調用CH375Init()，進(jìn)行初始化復位；然后判斷 U盤(pán)是否準備好，等待其準備好后，即可調用函數CH375FileOpen()，根據參數（一般是文件名和完整的路徑名）打開(kāi)指定的文件。文件如果不能正常打開(kāi)，可能文件并不存在，立即返回主程序，結束本次讀取，也可以通過(guò)調用CH375FileEnumer()查詢(xún)文件是否存在。文件正常打開(kāi)后，調用 CH375ByteLocate()函數執行指針定位，以字節為單位移動(dòng)當前文件指針，進(jìn)入字節模式。然后調用CH375ByteRead()，以字節為基本單位從當前文件讀取數據。全部讀完后，調用CH375FileClose()關(guān)閉文件，并返回主程序，最后完成數據的讀取。
5結論
本文所設計的系統能夠實(shí)現文字、圖片和圖像的動(dòng)靜態(tài)顯示。并將USB接口設計在內，實(shí)現嵌入式USB主機，使系統可以作為USB主機與U盤(pán)通信，通過(guò)讀U盤(pán)來(lái)完成顯示數據的更新，使嵌入式系統和移動(dòng)存儲設備能夠在脫離PC機的情況下進(jìn)行數據交換。增強了電路系統的實(shí)用性，擴大了其應用范圍。