基于DSP的液晶顯示若干問(wèn)題的探討

1 引言

信息時(shí)代，信息的獲取最終要通過(guò)顯示來(lái)實(shí)現人機交換，隨著(zhù)電子產(chǎn)品集成化的發(fā)展趨勢，液晶顯示屏在便攜式儀器中實(shí)現圖形和文本混合顯示應用愈加廣泛[1，2]。DSP作為控制處理器以其高速、高精度性能廣泛應用于數據采集系統。因此采用DSP控制器實(shí)現液晶顯示越來(lái)越普遍。但是在實(shí)際應用中常會(huì )出現電壓匹配、抗干擾、PCB布線(xiàn)和響應速度、時(shí)序匹配等諸多問(wèn)題，本文針對出現的這些問(wèn)題提出具體解決方案，并給出編程實(shí)例。

2 硬件結構

TMS320LF2407A是TI公司推出的一款高性能定點(diǎn)DSP控制器。液晶顯示模塊采用的驅動(dòng)控制器為KS0108B及其兼容顯示控制驅動(dòng)器。圖1為液晶顯示模塊與DSP的硬件電路，系統主要由DSP控制器、隔離緩沖電路和液晶顯示模塊3部分組成。隔離緩沖電路由兩片74LS245組成。調節滑動(dòng)電阻R1可以調節液晶顯示對比度。

3 相關(guān)問(wèn)題及解決方案

3．1 電壓匹配

DSP的數據、地址、控制總線(xiàn)通過(guò)接口信號線(xiàn)連接至液晶顯示模塊。DSP的I／O端口工作電壓為3．3 V，由于DSP有時(shí)將數據寫(xiě)入控制器，有時(shí)又從控制器讀數據，因此數據總線(xiàn)是雙向的。如果直接把兩者連接，數據的流向可能會(huì )對3．3 V系統造成損害，所以本設計中DSP和液晶模塊通過(guò)兩片74LS245進(jìn)行連接，74LS245具有隔離作用。74LS245(1)連接DSP對液晶輸出模塊的控制信號．信號為單向，引腳DIR始終置為"1"，使得控制信號由741S245的A口流向B口。而74LS245(2)連接DSP與液晶模塊的數據線(xiàn)，數據為雙向，因此引腳DIR則由DSP的IS的反來(lái)控制數據的流向。由于DSP輸出的信號電壓均為3．3 V，而液晶模塊的驅動(dòng)電壓為5 V，所以需要在74LS245和液晶模塊之間加入上拉電阻，這樣才能與LCD控制器準備接收的數據相匹配。

3．2 抗干擾

LCD顯示屏常置于儀表的面板上，通過(guò)一條扁平電纜連接至主控板。測控儀表內部的電磁干擾對LCD的工作有一定的影響[3,4]，如果該儀表工作于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，惡劣的環(huán)境對于液晶屏的工作更為不利，這就需要在設計中采用各種抗干擾措施。本系統采取的主要抗干擾措施如下：

(1)設計LCD模塊的接口時(shí)，在VSS和VDD之間接一只0．1μF的去耦電容，接10μF或20μF電容濾波，提高電源輸入的穩定性。

(2)LCD模塊的工作電流很小，為幾毫安，但其背光部分所需要的電流遠大于其工作電流，因此在設計中需將工作電源和背光電源分別布線(xiàn)。

(3)為避免其他不明干擾源對液晶顯示的影響，采用軟件掩飾顯示不正常的問(wèn)題，即定期對液晶屏復位(通過(guò)RES的反引腳)，保證液晶顯示屏長(cháng)期工作的穩定性。如果不允許液晶屏定期復位，可以檢測LCD內部工作寄存器和顯示RAM，一旦發(fā)現LCD不正常，可以對LCD復位。

3．3 PCB布線(xiàn)

所有電路設計的最后一步就是印制電路板(PCB)的布線(xiàn)，如果這部分設計不當，PCB會(huì )發(fā)射出過(guò)量的電磁干擾(EMI)，使整個(gè)電路工作不正常。在電能質(zhì)量監控裝置中，DSP輸出的信號頻率高達幾兆赫茲甚至幾十兆赫茲，因此任何一條PCB布線(xiàn)都可能成為天線(xiàn)。布線(xiàn)的長(cháng)和寬都會(huì )影響線(xiàn)路電阻和電感量，進(jìn)而影響系統的響應速度。同時(shí)高頻信號傳輸線(xiàn)路過(guò)長(cháng)會(huì )引起信號失真，導致顯示不正常。因此在布線(xiàn)時(shí)，液晶模式和DSP之間所有傳輸信號的布線(xiàn)都應盡可能的短且寬，這樣可以減少其分布參數和相互間的電磁干擾，保證高頻信號高質(zhì)量傳輸，從而保證電路正常工作。

3．4響應速度

在傳統液晶顯示控制電路的軟件編程中，由于液晶顯示模塊的上電復位過(guò)程遲于控制器的復位時(shí)間，所以在程序上電執行液晶模塊初始化程序之前需要先運行一段延時(shí)程序，而且一般每次對液晶模塊控制器的控制端口、數據端口進(jìn)行讀、寫(xiě)操作時(shí)，必須調用延時(shí)子程序，否則將無(wú)法正常顯示。筆者在進(jìn)行初步開(kāi)發(fā)時(shí)，遵循了上述開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，增加了一定的延時(shí)程序，這時(shí)便出現了響應速度的問(wèn)題。雖然DSP的運行速度相當快，但是每段延時(shí)程序累積起來(lái)，再加上循環(huán)程序的運行需要，整個(gè)系統響應速度將會(huì )很慢，甚至會(huì )被誤認為顯示不成功，這樣對于電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監控系統而言是不允許的，因此在設計過(guò)程中不斷地縮短延時(shí)時(shí)間，最后不需要添加任何延時(shí)程序也能進(jìn)行正常的顯示，所以在對液晶模塊編程時(shí)要根據實(shí)際情況設計延時(shí)程序，以保證系統的響應速度。

3．5時(shí)序匹配

在顯示系統中，由于DSP控制器的運算速度非?？?，機器周期很短(25 ns，工作頻率40 MHz)。在這種情況下，液晶的控制器難與其同步(0CM12864模塊讀寫(xiě)數據的時(shí)序如圖2所示，時(shí)序參數如表1所示)。本系統采用的解決方案是在DSP數據接口與LCD數據接口之間使用三態(tài)總線(xiàn)收發(fā)器74LS245進(jìn)行數據緩沖。同時(shí)在軟件設計方面根據兩者時(shí)序關(guān)系，在程序中加入DSP等待狀態(tài)周期(根據工作頻率的不同改變程序中的參數來(lái)滿(mǎn)足時(shí)序要求)，延長(cháng)DSP輸出信號的持續時(shí)間。

4 字符顯示軟件設計

字符顯示函數DISP的形參ARRAY、PAGE、COL及TYPE分別代表定義的字模數組、頁(yè)面物理地址、列物理地址及顯示類(lèi)型(漢字TYPE=16，數字字母TYPE=8)。程序中PAGE的范圍為0～7。使用物理地址，該值與第0頁(yè)指令代碼0xOB8相"或"后。就可得到期望頁(yè)面的指令代碼，從而提高了編程效率。同樣的，COL范圍0～127也使用了物理地址，在每寫(xiě)一列數據前，軟件都會(huì )判斷當列所在的物理位置，以調用左屏或右屏的驅動(dòng)子程序，與第0列指令代碼0x40相"或"后即可得到設置列地址的指令代碼。至于寫(xiě)反顯字符只需將DATA取反(即～DATA)寫(xiě)入相應I／O口即可。字符顯示流程如圖3所示，下面給出具體程序：

5 結束語(yǔ)

本文提出基于DSP的液晶顯示設計過(guò)程中出現的問(wèn)題及其解決方案，并給出具體的電路設計和編程實(shí)例，論證了所提出的解決方案的有效性。