基于ADSP2181為主控CPU實(shí)現(xiàn)與液晶模塊的總線接口設(shè)計(jì)

引言

常用液晶顯示模塊的種類有筆段式、字符式和圖形式等，可方便地用于各種嵌入式系統(tǒng)的液晶顯示。字符式液晶顯示模塊SMC1602B是長沙太陽人電子有限公司的8位并行接口、內(nèi)藏控制器HD44780的背光式兩行液晶顯示模塊。

本文使用的DSP是AD公司的一種低價(jià)格、高性能的16位定點(diǎn)運(yùn)算DSP—ADSP2181。它集成度高，在ADSP21XX基礎(chǔ)上，把24x16KB的程序存儲器，16x16KB的數(shù)據(jù)存儲器，兩路串行接口和兩路DMA都集成在一個(gè)芯片上，運(yùn)行速度快，指令周期可達(dá)25ns。它具有2048個(gè)存儲單元的Ｉ／Ｏ口，支持并行的外圍設(shè)備以及相應(yīng)的可編程等待狀態(tài)發(fā)生器，適合與不同速度的外設(shè)接口，可擴(kuò)展性強(qiáng)。

SMC1602B的原理

字符式液晶顯示模塊SMC1602B由一塊5x7點(diǎn)陣液晶屏和控制芯片HD44780及其輔助電路組成。它可以顯示字母、數(shù)字、符號等，顯示容量為16x2 個(gè)字符，芯片工作電壓為4.5~5.5V，工作電流為2mA（5V），模塊最佳工作電壓為5V，字符尺寸為4.95x7.95（W×H）mm。

接口信號說明

SMC1602B液晶顯示模塊具有16條接口信號線，包括8條三態(tài)數(shù)據(jù)線，使能信號線E，讀寫選擇信號線R/W，命令/數(shù)據(jù)選擇信號線RS等，其詳細(xì)的接口信號說明如表1所示。

其中，VL為液晶屏的參考電源，外接可調(diào)電阻可用來調(diào)節(jié)液晶屏的對比度。R/W為讀寫選擇信號，R/W＝1為讀狀態(tài)，R/W＝0為寫狀態(tài)。RS為寄存器選擇信號，RS＝1為指令寄存器，RS＝0為數(shù)據(jù)寄存器。E為使能信號，讀狀態(tài)在高電平有效，寫狀態(tài)在高脈沖下降沿有效。這三條控制線用于主控CPU訪問模塊內(nèi)部控制器HD44780使用。

讀寫操作時(shí)序

SMC1602B模塊接口控制時(shí)序適合M6800系列MPU，具有較寬的適應(yīng)能力，其具體讀、寫操作時(shí)序如圖1所示。

RAM地址映射圖

模塊SMC1602B內(nèi)部的控制器是日立公司的HD44780，它是專用于字符顯示的液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)集成電路，集驅(qū)動(dòng)器與控制器于一體，內(nèi)藏有顯示緩沖區(qū) DDRAM和用戶自定義的字符發(fā)生器CGRAM。其中，顯示緩沖區(qū)DDRAM是用來存儲顯示字符代碼的，共有80x8位（80個(gè)字節(jié)），CPU可對 DDRAM進(jìn)行讀、寫操作，讀、寫單元的地址由內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器AC提供。DDRAM各個(gè)單元均對應(yīng)著顯示屏上的各個(gè)字符位，他們的對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。即使顯示屏沒有這么大，但他們的對應(yīng)關(guān)系依然存在，由HD44780內(nèi)定的，是不可更改的。因此，當(dāng)需要在屏幕上某行某列顯示某個(gè)字符時(shí)，CPU只需將字符對應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入顯示DDRAM相應(yīng)的地址處即可，該模塊會自動(dòng)將顯示DDRAM內(nèi)容送往液晶屏，完成相應(yīng)的顯示。可見，SMC1602B模塊能根據(jù)主控 CPU寫入到該模塊的各種命令字及顯示RAM數(shù)據(jù)，自行對液晶屏進(jìn)行一系列操作，而不再需要主控CPU的參與。

指令說明

液晶模塊SMC1602B具有特定的指令，指令格式非常簡單，主控CPU只需通過接口將指令寫入到液晶模塊就可設(shè)置工作方式，或者控制液晶模塊實(shí)現(xiàn)某種功能。常用的指令如表2所示。

狀態(tài)字說明

液晶顯示模塊SMC1602B內(nèi)有一個(gè)忙標(biāo)志位STA7，它反映了控制器HD44780內(nèi)部運(yùn)行時(shí)序狀態(tài)。當(dāng)STA7＝1時(shí)，表示內(nèi)部操作正在運(yùn)行，不能接受外部數(shù)據(jù)；當(dāng)STA7＝0時(shí)，表示已準(zhǔn)備好接收，可以隨時(shí)接收CPU發(fā)來的數(shù)據(jù)和命令，這是SMC1602B向CPU發(fā)出的唯一聯(lián)絡(luò)信號。CPU對模塊的讀操作（RS＝0，R/W＝1），讀出來的狀態(tài)字是忙標(biāo)志位與7位當(dāng)前數(shù)據(jù)地址指針值的組合，其格式如表3所示。因此，對控制器每次進(jìn)行讀寫操作之前，都必須進(jìn)行讀寫檢測，確保STA7為0。

ADSP2181與SMC1602B硬件接口設(shè)計(jì)

一般地，主控CPU與SMC1602B液晶模塊的硬件接口有總線方式和模擬口線方式兩種，這里，我們以ADSP2181作為主控CPU，使用總線接口方式，如圖3所示。通過數(shù)據(jù)總線與控制總線，直接采用I/O設(shè)備訪問形式控制該液晶顯示模塊。

根據(jù)液晶模塊的讀寫時(shí)序要求，使能信號E由適合的邏輯器件組合控制，同時(shí)也可增加適當(dāng)?shù)挠布訒r(shí)。由于液晶顯示模塊SMC1602B是8位μP接口的，故只須將ADSP2181的低8位數(shù)據(jù)總線與之相連即可。工作時(shí)，地址線A9為低電平，同時(shí)，地址線A1和A0分別控制模塊的讀寫選擇信號R/W與命令數(shù)據(jù)選擇信號RS，相應(yīng)的操作即可直接對DSP的I/O存儲器空間進(jìn)行。根據(jù)接口電路設(shè)計(jì)，相應(yīng)的I/O操作口地址有四種：寫指令為IO（0X000），寫數(shù)據(jù)為IO（0X001），讀狀態(tài)為IO（0X010），讀數(shù)據(jù)為IO（0X011）。

ADSP2181與SMC1602B軟件接口設(shè)計(jì)

相對快速的DSP而言，SMC1602B是一慢速的外設(shè)，但ADSP2181內(nèi)置有可編程等待狀態(tài)產(chǎn)生器，等狀態(tài)控制寄存器映射于數(shù)據(jù)存儲區(qū)DM （0X3FFE）。在CPU讀寫I/O端口時(shí)，通過增加0~7個(gè)等待狀態(tài)，可以加長CPU等待外部I/O口響應(yīng)的時(shí)間，完全滿足SMC1602B的時(shí)序要求。另外，在連續(xù)向液晶模塊寫數(shù)據(jù)時(shí)，為了解決LCD反應(yīng)太慢的問題，在連續(xù)寫之間調(diào)用了延時(shí)5ms子程序。在系統(tǒng)DSP程序中，液晶顯示模塊子程序流程圖如圖4所示，其中，對LCD讀寫位于I/O存儲器地址0X000~0X003。

結(jié)語

本文以ADSP2181為主控CPU，實(shí)現(xiàn)了與液晶模塊SMC1602B的接口，較好地解決了兩者之間的速度匹配問題，類似地，51系列、96系列、 M6800系列等單片機(jī)以及其他系列的DSP器件都可以實(shí)現(xiàn)液晶顯示。以液晶模塊SMC1602B作為某測控系統(tǒng)的顯示部分，具有工作電壓低，顯示清晰可靠，受干擾小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也要注意到其反應(yīng)較慢的缺陷。

責(zé)任編輯：gt