基于C8051F021和RA8835的液晶顯示系統設計

　　0 引言

　　隨著(zhù)電子產(chǎn)品設計技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品的設計，尤其是人機交互界面的設計日益趨向人性化。這其中的液晶顯示屏以其具有能顯示復雜文字及圖形、顯示面積大小隨意、功耗低、輕薄等優(yōu)點(diǎn)，而得到廣泛的應用。近年來(lái)，隨著(zhù)單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，涌現了多種性能優(yōu)良且成本很低的單片機品種。C8051F系列單片機就是其中之一。在工程應用中，C8051F021可在滿(mǎn)足性能要求的前提下，減少浪費、降低成本。為此，本文給出了一種基于C8051F021和RA8835實(shí)現的低成本液晶顯示方案。

　　1 系統主要器件

　　1．1 C8051F021單片機

　　本系統選用性能優(yōu)良且成本較低的SOC單片機C8051F021作為控制核心。C8051F201是完全集成的混合信號系統級MCU芯片，具有32個(gè)數字I／O引腳。其主要的內部資源有8通道12位ADC，2通道12位DAC，4 KB的RAM，64 KB的FLASH，以及硬件實(shí)現的SPI、SMBus／I2C和兩個(gè)UART串行接口，另外還有時(shí)鐘振蕩器，看門(mén)狗定時(shí)器，VDD監視器，溫度傳感器等；C8051F021的所有模擬和數字外設均可由IDE軟件使能／禁止和配置。它采用與8051兼容的CIP－51微控制器內核。因采用流水線(xiàn)結構，其指令執行速度有了很大的提高。此外，C8051F021還配置有標準的JTAG接口，可在IDE軟件的支持下，對安裝在最終產(chǎn)品上的MCU進(jìn)行非侵入式、全速、在系統調試。C8051F021的封裝為T(mén)QFP－64，可在工業(yè)溫度范圍內(－45℃～+85℃)使用2．7～3．6 V的電壓工作。

　　1．2 RA8835液晶控制芯片

　　RA8835是臺灣瑞佑科技公司推出的新版液晶控制芯片．內含功能強大的I／O緩沖器。RA8835的指令功能豐富，采用四位數據并行發(fā)送，可支持文字和圖形的混合顯示，并可將文字和圖形的三層重疊顯示、水平及垂直卷動(dòng)等動(dòng)態(tài)效果呈現于液晶屏上。RA8835可支持最大為640×256的屏幕顯示分辨率，其內部集成有可支持160個(gè)5×7像素字符的Mask ROM，也可外接CGRAM來(lái)支持64個(gè)8x16像素的字符，或者外接CGROM以支持256個(gè)8×16像素的字符。RA8835與EPSON的S1D13305(SED1335)芯片完全兼容，并且加強了穩定性，且擁有制程較新及耗電較低的優(yōu)勢，可有效降低成本。

　　RA8835的接口擁有功能強大的I／O緩沖器，它主要表現在兩個(gè)方面：

　　其一是MCU訪(fǎng)問(wèn)RA8835不需要判斷其“忙”，RA8835隨時(shí)準備接受MCU的訪(fǎng)問(wèn)，可在內部時(shí)序下及時(shí)地把MCU發(fā)來(lái)的指令、數據傳輸就位：

　　其二是RA8835在接口部分設置了適配In－te18080系列MCU和M6800系列MCU的兩種操作時(shí)序電路，并可通過(guò)引腳的電平設置來(lái)選擇二者之一。RA8835接口部分所屬的引腳如下：

• 　　DB0～DB7：三態(tài)數據總線(xiàn)，可直接掛在MCU的數據總線(xiàn)上；
• 　　CS：片選信號，低電平有效，MCUI訪(fǎng)問(wèn)RA8835時(shí)，應將其置低；
• 　　RD：為8080接口時(shí)，該腳為讀操作信號；
• 　　為M6800接口時(shí)，則為使能信號；
• 　　WR：為8080接口時(shí)，該腳為寫(xiě)操作信號；
• 　　為M6800接口時(shí)，則為是寫(xiě)操作信號；
• 　　A0：I／O緩沖器選擇信號，當A0為0時(shí)，寫(xiě)數據參數和讀忙標志，當A0為1時(shí)，寫(xiě)指令代碼和讀數據；
• 　　RES：復位信號，低電平有效，當重新啟動(dòng)RA8835時(shí)，還需要使用指令SYSTEMSET。
• 　　SEL1、SEL2：接口時(shí)的類(lèi)型選擇信號。

　　2 液晶屏電路設計

　　本系統采用香港信利公司生產(chǎn)的MST-G320240DBSW-213W-E型5．7寸液晶顯示模塊，可顯示的點(diǎn)陣為320x240，藍膜高亮、LED背光、板載5 V負壓、帶RA8835控制芯片。其液晶屏接口電路如圖1所示。

　　圖1中，AD0～AD7可直接連到C8051F021的數據／地址總線(xiàn)(帶5 V上拉，C8051F021的I／O引腳均耐5 V電壓)；RD和WR分別為讀、寫(xiě)線(xiàn)，可連接到C8051F021的讀、寫(xiě)端口(RD：49號引腳，WR：48號引腳；均帶5 V上拉)；RST為上電復位，可連接上電復位電路；CS-LCD為片選輸入；A0為I／O緩沖器選擇。為了避免在無(wú)操作時(shí)液晶背光常亮，減少系統功耗，延長(cháng)液晶使用壽命，本系統利用555電路設計了背光固定延時(shí)關(guān)閉的液晶背光控制電路。該電路選用LM555H搭建單穩態(tài)電路，當連至C8051F021 I／O端口的BLC端有觸發(fā)脈沖時(shí)，555單穩態(tài)電路輸出端TC就會(huì )輸出一定時(shí)長(cháng)的高電平脈沖，此時(shí)T1管導通，液晶背光打開(kāi)，延時(shí)固定的一段時(shí)間后，555輸出端TC轉為低電平，T1管截止，液晶背光關(guān)閉。根據555單穩態(tài)電路輸出脈寬的計算公式，可選擇合適的元件參數。通常當延時(shí)定為30秒時(shí)，電阻R7可選用100 kΩ，電容C21可選用330μF。在工程項目中，有時(shí)由于實(shí)際需要，系統還需擴展實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887和存儲器芯片CAT28C256，此二者的接口與液晶屏接口可共用C8051F021的數據／地址總線(xiàn)用作數據總線(xiàn)，本設計給出的以74HC139為核心的片選電路如圖2所示，其相應的地址如下：

　　LCD：2000H～2001H

　　DS12887：4000H～40FFH

　　C AT28C256：8000H～FFFFH

　　本系統中的CAT28C256單獨占用A0～A14地址總線(xiàn)，同時(shí)A15、A14、A13用作74HC139的譯碼輸入信號線(xiàn)，A0用作液晶屏的I／O緩沖器選擇，由于采用了外MEM低端口復用方式，因此，本系統還設計了以74HC573為核心的地址鎖存電路，其電路如圖3所示。其中，AD0～AD7可接到C8051F021的數據／地址總線(xiàn)，ALE接到C8051F021的ALE端(50號引腳)。

　　3 系統軟件設計

　　在軟件設計時(shí)，可根據RA8835的內部寄存器來(lái)設計RA8835的驅動(dòng)程序。RA8835控制部分是RA8835的核心。它由振蕩器、功能邏輯電路、顯示RA管理電路、字符庫管理電路和產(chǎn)生驅動(dòng)時(shí)序的時(shí)序發(fā)生器等幾部分組成，其振蕩器可工作在1～10 MHz范圍內。RA8835能在很高的工作頻率下迅速地解釋由MCU發(fā)來(lái)的指令代碼，并將參數置入相應的寄存器內，還將觸發(fā)相應的邏輯功能電路?？刂撇糠挚梢怨芾?4 KB顯示RAM、內藏的字符發(fā)生器以及外擴的字符發(fā)生器CGRAM或EXCGROM。一般地，RA8835可將64 KB顯示RAM分成以下兩種顯示特性區：

　　(1)文本顯示特性區

　　具有此特性的顯示RAM區專(zhuān)用于文本方式顯示，訪(fǎng)問(wèn)該區的每個(gè)字節的數據都被認為是字符代碼。RA8835可使用該字符代碼確定字符庫中字符的所在位置，然后將相應的字模數據傳送到液晶顯示模塊，并在液晶屏上出現該字符的8x8點(diǎn)陣塊，即文本顯示RAM區的一個(gè)字節對應液晶屏上的8x8點(diǎn)陣。

　　(2)圖形顯示特性區

　　具有此特性的顯示RAM區專(zhuān)用于圖形方式顯示，訪(fǎng)問(wèn)該區的每個(gè)字節的數據都將被直接送到液晶顯示模塊上，每個(gè)位的電平狀態(tài)決定液晶屏上一個(gè)點(diǎn)的顯示狀態(tài)， “1”為顯示， “0”為不顯示，故圖形顯示RAM區的一個(gè)字節對應液晶屏上的8×1點(diǎn)陣。

　　RA8835中有一組專(zhuān)用寄存器來(lái)管理這兩種特性顯示區，它可以單獨顯示一個(gè)特性區，也可使兩個(gè)特性顯示區通過(guò)某種邏輯關(guān)系合成顯示，顯示方式的設置可通過(guò)軟件指令設置實(shí)現。RA8835有13條指令，多數指令帶有參數，參數值可由用戶(hù)根據所控制的液晶顯示模塊的特性和顯示的需要來(lái)設置。

　　MCU可把指令代碼寫(xiě)入指令輸入緩沖器內(即A0=1時(shí))，指令的參數則隨后通過(guò)數據輸入緩沖器寫(xiě)入(即A0=0 時(shí))。帶有參數的指令代碼的作用之一就是選通相應參數的寄存器，任意一條指令(除SLEEPIN、CSRDIR、CSRR和MERAD外)都是在其附屬參數輸入完成之后才能執行。當寫(xiě)入一條新的指令時(shí)，RA8835一般在舊的指令參數組運行完成后，才等待新的參數的到來(lái)。

　　RA8835在8080方式下的時(shí)序如圖4所示。圖5所示是RA8835的驅動(dòng)程序流程圖。

　　4 結束語(yǔ)

　　本文對基于C8051F021單片機和RA8835液晶控制器的液晶顯示系統設計方法進(jìn)行了探討。給出了對模塊進(jìn)行有效控制的具體接口電路。本系統經(jīng)工程測試證明其性能穩定、設計簡(jiǎn)潔，同時(shí)可為相關(guān)液晶顯示系統的設計提供一種可借鑒的方法。