基于DSP和CPLD的液晶模塊的設(shè)計

引言
DSP芯片具有高速的信息處理能力、較好的系統(tǒng)支持、硬件配置強等優(yōu)良技術(shù)和較低的價格特性。嵌入式系統(tǒng)的實時性好、占用資源少、功能強、可靠性高、模塊化結(jié)構(gòu)、便于移植和定制的特點。基于 DSP平臺的嵌入式系統(tǒng)具備上述兩者的優(yōu)點，特別適用于一些帶各種便攜式系統(tǒng)終端 LCD且需要大量數(shù)據(jù)要處理的系統(tǒng)。
近年來，DSP已經(jīng)越來越多地被應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、語音處理、圖像分析與處理等領(lǐng)域中，并且日益顯示出巨大的優(yōu)越性。而液晶顯示屏更以其顯示直觀、功耗低、便于操作的特點被用作各種便攜式的顯示前端。本文介紹了一種基于DSP 和 CPLD的液晶模塊的設(shè)計與實現(xiàn)方法，解決快速處理器與慢速外設(shè)的匹配問題。 1系統(tǒng)總體設(shè)計
該顯示系統(tǒng)主要由DSP、CPLD、電平轉(zhuǎn)換和 LCD模塊四部分組成，如圖 1所示，

該系統(tǒng)中，DSP采用 TI公司的 TMS320F2812處理器。采用高性能靜態(tài)的 CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為 3.3V，降低了控制器的功耗；150MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短為
6.67ns，從而提高了控制器的實時控制能力；可以進行 16×16和 32×32的乘加操作，可以方便的進行FFT、FIR濾波等數(shù)字信號處理算法；具有多達 56個通用、雙向數(shù)字 I/O引腳，能方便的實現(xiàn)各種 I/O操作。
CPLD 采用 Altera公司 MAX7000系列的 EPM7128SQC100，3.3V供電，不存在 DSP及 LCD電平兼容的問題，采用 CMOS E2PROM工藝，傳輸延遲僅為5ns；具有 68個用戶可編程的 IO 口，為系統(tǒng)定義輸入、輸出和雙向口提供了極大的方便； EPM7128同時還提供了 JTAG接口，可進行 ISP編程，極大地方便了用戶。本文采用CPLD 的主要目的是：對于 LCD顯示，將 DSP中的數(shù)據(jù)發(fā)送到CPLD，然后 DSP去做其它的事情，而后續(xù)的顯示任務(wù)由 CPLD完成，CPLD 將在 LCD允許的速度下對其進行操作即可達到顯示的目的。

LCD 模塊采用成都飛宇達的 FYD12864-0402B，內(nèi)置 ST7920液晶控制器。它是一種具有 4位/8位并行、 2線或 3線串行多種接口方式，內(nèi)含中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊。其顯示分辨率為 128*64，內(nèi)置 8192個 16*16點漢字和 128個 16*8點 ASCII字符集，強大的字庫省去了很多自行編碼的麻煩；可以顯示中文字型、數(shù)字符號、英文字母以及圖形等，利用該模塊靈活的接口方式和簡單方便的操作指令，可構(gòu)成友好的中文人機交互界面。
硬件接口設(shè)計
由于 DSP屬于高速器件， LCD為慢速外設(shè)，DSP對讀寫周期較慢的 LCD進行訪問，可采用以下兩種方式來解決 DSP與 LCD的時序匹配問題：直接訪問和間接訪問。直接訪問是將 DSP的讀寫信號與 LCD接口的讀寫信號直接相連，將 LCD的 8位數(shù)據(jù)線與 DSP的低 8位數(shù)據(jù)線相連（在 CPLD內(nèi)部硬件編程完成），時序由 DSP內(nèi)部讀寫邏輯控制。由于 LCD的讀寫周期較 DSP慢，要使兩者的時序匹配，還必須進行一些時序方面的處理。間接訪問用 DSP的 I/O口間接控制慢速設(shè)備，可以通過軟件控制 DSP的 I/O口來實現(xiàn)與慢速外設(shè)的時序匹配。該方法無需通過硬件擴展即可實現(xiàn)與任意慢速外設(shè)的時序匹配。在該顯示系統(tǒng)中，由于 CPLD的可在線硬件編程能力，這 2 種方法均可實現(xiàn)。這里采用第一種接法。 DSP與 LCD的硬件接口電路圖如圖 2所示。

LCD 各引腳說明如下：RS為高電平時，DB7―DB0顯示數(shù)據(jù)；RS為低電平時，DB7―DB0顯示指令數(shù)。R/W為高電平時，數(shù)據(jù)被讀到DB7―DB0； R/W為低電平時，DB7―DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或 DR。E為使能信號線。當 E為高電平時，配合 R進行讀數(shù)據(jù)或指令，當 E為低電平時，配合/W進行寫數(shù)據(jù)或指令。PSB為高電平時，表示 8位或四位并口方式；PSB為低電平時，表示串口方式。RESET為復(fù)位信號輸入端，低電平有效。DB7―DB0為三態(tài)數(shù)據(jù)線。 其中 RS與 R/W配合決定控制界面的四種模式：

另外，由于 FYD12864用 5V供電，所以液晶的 8位數(shù)據(jù)線不能直接與 DSP的外部擴展數(shù)據(jù)總線相連。本系統(tǒng)中采用 74ALVC16245來進行電平轉(zhuǎn)換， 74ALVC16245是 16位的電源 轉(zhuǎn)換芯片，采用 3.3V供電，該芯片有兩個方向控制引腳（ DIR1和 DIR2），DIR1由 CPLD的 I/O引腳供給，當 DSP從液晶讀取數(shù)據(jù)時，DIR1為低電平，數(shù)據(jù)的傳輸方向是從液晶到 DSP；當 DSP往液晶寫數(shù)據(jù)時，DIR1為高電平，數(shù)據(jù)傳輸方向是從 DSP到液晶。DIR2與 VCC相連，由 CPLD的 I/O引腳控制 LCD。 3 軟件編程及實例
本系統(tǒng)中，CPLD部分采用 VHDL進行編程，主程序采用 C語言進行編程，便于程序的移植，并使其具有較高的可讀性。首先解決 DSP與 LCD的時序匹配問題，時序匹配是 DSP控制 LCD最關(guān)鍵的問題，其實質(zhì)是如何編寫程序?qū)?LCD的指令寄存器和數(shù)據(jù)寄存器進行讀寫操作，接口時序如圖 3和圖 4所示，

使用該顯示模塊時應(yīng)注意以下幾點：
（1）欲在某一個位置顯示中文字符時，應(yīng)先設(shè)定顯示字符位置，即先設(shè)定顯示地址，再寫入中文字母編碼。（2）顯示 ASCII字符過程與顯示中文字符過程相同。不過在顯示連續(xù)字符時，只須設(shè)定一次顯示地址，由模塊自動對地址加 1指向下一個字符位置，否則，顯示的字符中將會有一個空 ASCII字符位置。（3）當字符編碼為兩字節(jié)時，應(yīng)先寫入高位字節(jié)，再寫入低位字節(jié)。（4）模塊在接收指令前，處理器必須先確認模塊內(nèi)部處于非忙狀態(tài)，則讀取BF標志，BF需為“0”，方可接收新的指令。如果在送出一個指令前不檢查 BF標志，則在前一個指令和這個指令中間必須延遲一段較長的時間，即等待前一個指令確定執(zhí)行完成。
通過初始化液晶顯示屏以及調(diào)用字庫顯示漢字和字符來具體說明 DSP控制液晶顯示屏的設(shè)計思想。系統(tǒng)硬件上電復(fù)位后,首先完成 DSP的初始化，然后根據(jù)用戶系統(tǒng)的需要對控制器的各項指令代碼及其參數(shù)進行設(shè)置,以完成液晶模塊的參數(shù)以及顯示方式等一系列過程的初始化。液晶模塊具體編程如下：
#include DSP28_Device.h

unsigned int * LcdComL = (unsigned int *) 0x5100;//命令寄存器低地址

unsigned int * LcdComH = (unsigned int *) 0x5200;//命令寄存器高地址

unsigned int * LcdDatL = (unsigned int *) 0x5300;//數(shù)據(jù)寄存器低地址

unsigned int * LcdDatH = (unsigned int *) 0x5400;//數(shù)據(jù)寄存器高地址

void WriteLcdCom(unsigned char c);//寫命令

void WriteLcdDat(unsigned char d);//寫數(shù)據(jù)

void delay(unsigned int t);//延時

void main(void)//主程序

{ InitSysCtrl();//初始化系統(tǒng)
DINT;// 關(guān)中斷

IER = 0x0000;

IFR = 0x0000;

InitPieCtrl();//初始化

PIE InitPieVectTable(); //初始化

PIE中斷矢量表

InitPeripherals();//初始化外設(shè)
LcdComL = 0x00;//初始化命令寄存器
LcdDatL = 0x00;//初始化數(shù)據(jù)寄存器

WriteLcdCom(0x01);//清除顯示屏

WriteLcdCom(0x0e);//顯示狀態(tài)打開

WriteLcdCom(0x30);//LCD選擇為 8位并行數(shù)據(jù)傳輸方式

比如要在顯示屏第一行顯示“檢測物質(zhì)：Theanol”

WriteLcdCom(0x80); //寫第一個字符的地址

WriteLcdDat(0xbc); //第一個漢字“檢”的高字節(jié)

WriteLcdDat(0xec);//“檢”的低字節(jié)

WriteLcdDat(0xb2);//漢字“測”高字節(jié)

WriteLcdDat(0xe2);//“測”低字節(jié)

WriteLcdDat(0xce);//漢字“物”高字節(jié)

WriteLcdDat(0xef);//漢字“物”低字節(jié)

WriteLcdDat(0xd6);//漢字“質(zhì)”高字節(jié)

WriteLcdDat(0xca);“質(zhì)”低字節(jié)

WriteLcdDat(0x3a);//冒號“： ”

WriteLcdDat(0x45);//字符“ T”

WriteLcdDat(0x74);//字符“ h”

… for(;;);

} void WriteLcdCom(unsigned char c) { * LcdComH = c;
* LcdComL=c；
delay(5000); } void WriteLcdDat(unsigned char d) { * LcdDatH = d;
* LcdDatL = d;
delay(5000); } void delay(unsigned int t) { while(t>0)
t--; }
以上程序均在 DSP集成開發(fā)環(huán)境 CCS中調(diào)試通過，LCD顯示屏上可以正常顯示連續(xù)的漢字、字符以及圖形等，在實際的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得以應(yīng)用。通過移植本文的程序，修改其中一些命令，可以完成更加復(fù)雜的功能，并且具有縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，加快產(chǎn)品上市等優(yōu)點，因此非常適合便攜式設(shè)備的界面顯示系統(tǒng)。
結(jié)論
本文作者創(chuàng)新點：以 DSP為核心處理器，利用 CPLD來進行邏輯轉(zhuǎn)換和控制，實現(xiàn)高速CPU處理器和低速外設(shè)接口的時序匹配，同時采用了移植性能和可讀性能高的 C程序設(shè)計，無需插入等待周期，在實際的嵌入式系統(tǒng)中成功運行，為快速處理器與慢速外設(shè)的接口設(shè)計提供了一種借鑒的方法。