LCD顯示模塊并行接口驅(qū)動程序設計

0 引 言

人們在日常生活中，LCD占有很大的地位。人們使用的電腦、手機、車載系統(tǒng)、各種測量設備、顯示設備等等，都把LCD作為重要的人機接口，它把使用者需要的信息及時反應出來。目前市場上存在著各種LCD和相對應的驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊所帶的驅(qū)動程序都是針對本身模塊開發(fā)的，各種驅(qū)動程序之間通用性差，而且在不同的平臺上很難移植。每換一種LCD產(chǎn)品，都要根據(jù)它的驅(qū)動模塊重寫驅(qū)動程序。這樣產(chǎn)品開發(fā)資源浪費，開發(fā)周期長，成本增加。本文將介紹一種LCD圖形液晶驅(qū)動器的使用方法以及程序裁剪、移植和擴展，實現(xiàn)在任意坐標上顯示圖形和漢字。這款驅(qū)動器不帶字庫，對需要顯示的漢字和字母通過字模產(chǎn)生器產(chǎn)生數(shù)據(jù)，通過程序設計把字體在LCD通過描點描述出來(本文所用的字模采用陽碼)。

1 典型圖形LCD驅(qū)動器NHC_313簡介

1．1 驅(qū)動器簡介

NHC_313驅(qū)動器驅(qū)動最大點陣數(shù)為640(列)×480(行)，顯示顏色為65536色(16位色)。本文所用的LCD為SHARP公司產(chǎn)品，產(chǎn)品型號為LQ104V1DG52。NHC_313有8位復用并行接口一數(shù)據(jù)總線和控制總線。MCU可以通過總線對LCD進行操作，隨時寫顯示存儲器，而不影響顯示效果，即顯示不會出現(xiàn)“雪花”。NHC_313內(nèi)部有兩頁顯示緩存，使用人員可以讓一頁緩存的數(shù)據(jù)在LCD上顯示出來，同時可以對第二頁的緩存進行操作。此驅(qū)動器與微處理器接口連接簡單，接口的讀、寫操作兼容8031總線時序。這款驅(qū)動器只是單純的圖形圖像顯示，沒有內(nèi)置字庫、圖形庫。如果設計人員要顯示漢字，必須要把需要的漢字用字模生成器產(chǎn)生字模的16進制文件，然后通過程序控制把需要的字體逐一描到LCD上。驅(qū)動器的控制引腳如下：

WR：數(shù)據(jù)寫入，低電平有效

CS：片選端，低電平有效

A0：地址信號線0

A1：地址信號線1

DB0～DB7：數(shù)據(jù)總線

對NHC_313讀寫的時候采用8031時序，如圖1為NHC_313接口電路8031時序圖，在表1中列出了接口的時序特征參數(shù)。

當驅(qū)動器與8051等I／O口讀寫速度不是很快的MCU連接時，I／O的特性其本上可以滿足表1的時序特征參數(shù)，圖2給出的是MCU和驅(qū)動器無縫連接的接口電路，這種方法是采用IO模擬時序的時候用到的引腳(不止局限于圖中列出的引腳)，本文建議采用I／O口模擬時序的方法控制驅(qū)動器。要注意的是如果I／O的讀寫速度過快則不能滿足接口時序特性參數(shù)。例如采用Silab公司的C8051F340作為NHC_313的MCU，由于C8051F340的內(nèi)部晶振為48MHz，I／O讀寫速度不能很好滿足時序特性(寫周期不能滿足)，所以在程序設汁中會看到有延時程序。而Atmel 8051系列單片機I／O可以滿足表1的時序參數(shù)特性，不需要加入延時程序。

表2為驅(qū)動器命令，由于顯示的像素點數(shù)為640(列)×480(行)，對于8位的I／O不能一次的把行和列的信息完全表示出來，由此設置了行列的高低地址(8位地址線只能表示0～255的地址信息)。

對驅(qū)動器進行寫操作要遵循以下規(guī)律：

a)設定顯示頁和操作頁地址(A1=A0=1，CS=0，WR=0)

D1-D0設定列地址高字節(jié)；D2設定行地址高字節(jié)。開機時先執(zhí)行此操作再執(zhí)行其他操作。

b)寫行地址低字節(jié)。(A1=0，A0=1)

c)寫列地址低字節(jié)字節(jié)。(A1=1，A0=0)

d)連續(xù)寫兩次8位字節(jié)對應一個像素點顏色(A1=0，A0=0)。第一個字節(jié)：

R4、R3、R2、R1、R0表示紅色灰度；G5、G4、G3、G2、G1、G0表示綠色灰度；B4、B3、B2、B1、B0表示藍色灰度。如在同一行內(nèi)連續(xù)寫數(shù)據(jù)不用每次重寫行坐標和列坐標，每一次“寫數(shù)據(jù)”操作后列地址自動加1，即每寫兩個字節(jié)顯示數(shù)據(jù)列地址自動加1。

1．2 關于液晶屏的簡單說明

本文中的液晶顯示器顯示的顏色數(shù)量為65536種一16位色，對一個像素點所要顯示的顏色需要用兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)來表示。需要注意的是，LCD的坐標系同數(shù)學上的坐標系有所不同，LCD的坐標系如圖3所示。

坐標系上的點和LCD的像素點是一一對應的，每一個像素點用坐標系的橫縱坐標唯一標識。由于八位的數(shù)據(jù)線只能表示0～255的范圍，所以把LCD分割成了圖3中的幾個區(qū)域，這些區(qū)域保證了橫縱坐標范圍在0～255之內(nèi)，通過設置行列高低地址選擇所要顯示的區(qū)域。每個區(qū)域獨立為一個小的坐標系，如圖3中的F區(qū)域所示，區(qū)域中的點用這個小坐標系的坐標唯一表示。例如在選擇LCD上點(630，420)，通過整體坐標軸把這個點定位到F區(qū)，通過簡單的計算得知此點在F區(qū)域坐標下的新坐標值為(118，108)。選擇區(qū)域的過程就是設置行列高低地址的過程，也可以理解為地址的寫入為先寫如高地址，后寫入低地址，且地址的長度為11位，最高位為行列地址選擇位。為了方便理解和使用，本文把地址用區(qū)域來表示。例如選擇F區(qū)域，執(zhí)行操作：A1=A0=1，CS=0，WR=0，然后向控制器寫入D2D1D0=110。

2 程序設計、移植和剪裁方法

2．1 LCD驅(qū)動器I／O操作基本程序

對驅(qū)動器控制是完成液晶產(chǎn)品開發(fā)的第一步也是關鍵部分，下面的程序是采用I／O模擬8031時序方法完成對控制器進行控制，通過這個方法有助于理解對控制器控制的操作步驟。圖1為C8051F340同驅(qū)動器的連接方法，本文所有例程編寫都遵循這種連接方式。操作基本程序清單如下：

上述的dlcd，clcd1，clcd2，clcd3函數(shù)中，如果把控制器的片選信號接到低電平，cs這個管腳在程序可以略去；假如P4端口和其他端口相連接，cs管腳要通過I／O口控制驅(qū)動器是否選通。注意函數(shù)中的延遲函數(shù)：數(shù)據(jù)出現(xiàn)在端口上要經(jīng)過T6的時間在wr的上升沿把數(shù)據(jù)寫入控制器。

2．2 LCD高級程序設計

函數(shù)draw_point功能：把有顏色的點在LCD指定位置顯示出來。函數(shù)參數(shù)意義(參考圖3)：

word_which_display：設置顯示頁；

word_which_write：設置操作頁；

word_x，：新坐標O'在原坐標O下橫坐標；

word_y：新坐標O'在原坐標O下縱坐標；

line_x：點G在坐標系O'下橫坐標

line_y：點G在坐標系O'下縱坐標

yanse1，yanse2：連續(xù)寫入的8位像素字節(jié)

說明：顯示頁的設置是為了顯示兩頁緩存中的一頁數(shù)據(jù)到LCD上，操作頁的設置是為了把數(shù)據(jù)寫入到兩頁緩存當中的一頁。如果顯示頁為第1頁，操作頁為第0頁，此時LCD顯示的是第一頁的緩存的數(shù)據(jù)，此時把數(shù)據(jù)寫入到第0頁緩存中，寫入的數(shù)據(jù)在LCD上不被顯示；如果顯示頁為第0頁，操作頁為第0頁，此時LCD顯示的是第0頁的緩存的數(shù)據(jù)，此時把數(shù)據(jù)寫入到第0頁緩存中，寫入的數(shù)據(jù)可以在LCD上實時的顯示出來。程序依據(jù)圖3中對坐標軸設計方法和LCD區(qū)域劃分手段判斷點G在新坐標系O'中坐標值。在程序中一定要注意每寫兩個字節(jié)顯示數(shù)據(jù)列地址(列坐標)自動加1。為此設計如下函數(shù)：

這個函數(shù)功能比較多樣化，是用新坐標系O'來確認點G的坐標。執(zhí)行函數(shù)draw_point(0，0，511，255，8，9，0xf8，0x07)結果為，當前顯示第0頁，點為紅色且被置到第0頁。新坐標O'在原坐標O的(511，255)處，點G在坐標系O'的位置為(8，9)，也就是被置到圖3中的F區(qū)；如果執(zhí)行函數(shù)draw_point(0，0，0，0，、520，364，0xf8，0x07)，那么此點和上一個點將重合，此時坐標系O’和原坐標O重合。

函數(shù)display_word功能：把字體寫入到控制器緩沖區(qū)指定位置中，并控制字體是否顯示。函數(shù)參數(shù)意義：

word：顯示字體字庫的首地址；

word_line，word_row：字庫行數(shù)和列數(shù)(列數(shù)等于字模的列數(shù)／8)；

word1，word2：字體顯示的顏色的16進制表示；

backdrop1，backdrop2：字體和背景的顏色其他參數(shù)含義同clear_region。函數(shù)原型和參數(shù)如下：

2．3 其他主要函數(shù)編寫說明

清屏程序：可以通過draw_point函數(shù)編寫得到，建議清屏函數(shù)具有清理任何緩存頁中的數(shù)據(jù)并控制數(shù)據(jù)顯示的功能。如函數(shù)及參數(shù)列表如下：

void clear_region(char word_which_display，char

word_which_write，int word_x，int word_y，

unsigned int word_row，unsigned int

word_line，unsigned char with_color)

在這個函數(shù)中，參數(shù)word_row：清理的矩形區(qū)域距離word_x的長度；參數(shù)word_line：清理的矩形區(qū)域距離word_y的長度；參數(shù)with color：清理區(qū)域的顏色。此函數(shù)所清理的是矩形區(qū)域。函數(shù)改寫可以采用連續(xù)置點的方法，通過draw_piont函數(shù)連續(xù)的向清屏區(qū)域內(nèi)置入一定顏色的點。

由于篇幅所限，本文不給出程序清單。

畫線程序：把LCD上任意兩點連接成直線。設LCD上兩點坐標M(x1，y1)和N(x2，y2)，得斜率由于x方向地增量△x=1，則△y=k。通過循環(huán)置點就可以得到直線。

本文所用的函數(shù)如下：

void draw_line(char word_which_display，char word_which_write，unsigned int x1，unsigned int y1，int x2，int y2，char colour)

參數(shù)功能：x1，y1：LCD上任意一點M的坐標

x2，y2：LCD上任意一點N的坐標

colour：連線的顏色

同種LCD驅(qū)動器可應用在不同的MCU上，如果采用I／O模擬時序的方法，需改動管腳設置并注意讀寫的時間要求。如本文的程序在8051單片機上運行時候基本程序中的不需要加延時，在C8051F單片機(晶振48MHz)上需要加延時。另外MCU和LCD驅(qū)動器必須共地處理，否則可能會產(chǎn)生不必要的干擾。

對驅(qū)動器的控制還可以采用直接訪問外部存儲器的方法，這個時候相當于向固定的寄存器寫數(shù)據(jù)和控制字，接口程序如下：

如果向外部存儲器寫數(shù)據(jù)，采用dlcd=0x04的形式，它的含義是把數(shù)0x04存儲到外部地址為0x0000中。使用此方法要注意MCU的EMIF的接口讀寫時序。有一些控制器的功能更豐富一些，如clcd1=0x81，驅(qū)動器會執(zhí)行0x81所代表的功能。本文使用的是C8051F340單片機，這款單片機有自帶的EMIF接口，在使用之前需要對其進行配置：

P1SKIP=0x80；／／跳過WR和RD引腳

XBR1=0x41；／／Enable crossbar and enable

／／EMIF工作在地址／數(shù)據(jù)復用方式

／／只用外部存儲器

／／ALE高和ALE低脈沖寬度=4個SYSCLK周期EMI0CF=0x0c；

／／地址建立時間=0個SYSCLK周期。

／／／WR和／RD脈沖寬度=2個SYSCLK周期。

／／地址保持時間=1個SYSCLK周期

EMI0TC=0X05；

3 使用舉例及顯示效果

如圖4是使用本文程序設計的飛機操縱性能檢測*估儀操作使用界面，界面中左邊的箭頭可以通過按鍵控制下上下移動，并進入到相應的操作界面。

首先要了解，LCD顯示圖像的實質(zhì)是在屏幕上置入一定顏色的點，曲線y=f(x)也基于這個原理產(chǎn)生，當x軸連續(xù)時且函數(shù)值y幅度很小的時候在LCD上顯示的圖形是連續(xù)的，當幅度很大時會產(chǎn)生幅度離散的圖形，如果可以把兩個離散的點用一條線連上，那么離散圖形可以變得連續(xù)，圖4中有正弦函數(shù)顯示的事例。程序?qū)嵗缦拢?/p>

for(i=0；i640；i++)

{y1=200*sin(0．05*i)；y2=200*sin(0．05*(i+1))；

draw_line(0，0，0，240，y1，y1-y2，i，’g’)；}

4 結束語

上述控制程序是當今通用的使用方法?？刂乞?qū)動器的函數(shù)如顯示字體、清屏幕和置點等都要人為編寫，但這更有助于對LCD顯示的過程的理解?，F(xiàn)如今市場上LCD驅(qū)動器的品種多，且有很大一部分控制起來要優(yōu)于本文所使用的驅(qū)動器，本文的目的旨在給予大家一種通用有效的方法，希望在以后遇到LCD驅(qū)動器的時候能快速入門，縮短開發(fā)周期，節(jié)約成本。本文中所有列舉出來的函數(shù)都經(jīng)過C8051F340單片機的測試和偉福的硬件仿真。