基于DSP的液晶顯示器接口設(shè)計及控制實現(xiàn)

1 引言
DSP即數(shù)字信號處理器，是一種特別適用于數(shù)字信號處理運算的微處理器，速度快，功能強，廣泛應(yīng)用于圖形圖像處理、語音處理、儀器儀表、通信、多媒體及軍事等領(lǐng)域。液晶顯示器由于具有功耗低、價格低、驅(qū)動電壓低、接口方便、使用壽命長等特點以及優(yōu)越的字符和圖形顯示功能，在各種圖形顯示、人機交互中得到廣泛應(yīng)用。
本文將給出TMS320LF2407型DSP(以下簡稱DSP)控制北京青云公司生產(chǎn)的LCM320240液晶顯示屏的軟硬件設(shè)計實例，說明如何通過DSP控制液晶顯示模塊。同時，由于程序采用系統(tǒng)設(shè)計C語言，因此對其他型號的DSP與LCD接口設(shè)計和控制實現(xiàn)也有一定的參考價值。

2 TMS320LF2407主要特點
TMS320LF240x系列是TMS320C2000家族中最新、功能強大的DSP，其中LF2407是最具有革命性的產(chǎn)品，是一款集成度較高、性能較強的DSP，采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V，減少了控制器的損耗；30 MI/s的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到33 ns．從而提高了控制器的實時控制能力；具有多達41個通用、雙向的數(shù)字I/O引腳，能方便地實現(xiàn)各種I/O操作；與現(xiàn)存240xDSP控制器代碼兼容，并且外設(shè)集成度更高、程序存儲器容量更大、A/D轉(zhuǎn)換速度更快。

3 LCM320240液晶顯示器簡介
LCM320240是北京青云公司生產(chǎn)的320x240點陣LCD模塊。內(nèi)含7 602個簡體中文字型，支持4/8位6800/8080 MPU接口，工作電源(3.3 V)與DSP兼容。本設(shè)計中采用6800時序，8位數(shù)據(jù)并行方式。
LCM320240工作在兩種不同的顯示模式。
文字顯示模式。內(nèi)建512 KB的16x16中文顯示字型ROM(Font ROM)，存儲7 602個標準GB碼的簡體中文。每個簡體中文漢字由兩個8位代碼組成，對應(yīng)關(guān)系參見LCM320240中文代碼表。通過將漢字所對應(yīng)的兩個8位代碼寫入資料寄存器，就可以將對應(yīng)漢字顯示在當前光標處，漢字大小為16x16。
繪圖顯示模式。它是以字元映射(bit map)方式在Display RAM上填入圖形資料。當所要顯示的漢字大小不為16x16時，可以將LCD設(shè)置為繪圖模式，通過字模提取軟件得到所需大小的漢字字碼表，再在LCD上以繪圖方式顯示。
通過控制其指令寄存器[FD]實現(xiàn)LCD在這兩種不同模式之間切換。對LCM320240的操作實質(zhì)上就是通過控制RS引腳對指令寄存器和資料寄存器進行相應(yīng)的讀寫操作。

4 接口的硬件設(shè)計
DSP經(jīng)常會對讀寫周期較慢的輸入/輸出設(shè)備(如液晶顯示模塊、打印機、鍵盤等)進行訪問，通常用以下兩種方法來解決DSP與這些慢速設(shè)備之間的輸入/輸出時序匹配問題。
直接訪問。直接訪問方式是將DSP的讀寫信號線與慢速設(shè)備接口控制板引出的讀寫信號線直接相連，時序由DSP內(nèi)部讀寫邏輯控制。由于慢速外設(shè)的讀寫周期相對DSP較慢，要使兩者的時序匹配，還必須進行一些時序方面的控制處理。一種處理方法是軟件編程等待狀態(tài)發(fā)生器，將外部總線周期擴展到數(shù)個機器周期。由于受硬件條件的限制，這種擴展通常也是有限的，TMS320C2000系列DSP最多只能擴展到7個機器周期。另一種處理方法是利用DSP的READY(外部設(shè)備準備就緒)引腳，通過硬件擴展實現(xiàn)外部狀態(tài)自動等待，從而使DSP與慢速設(shè)備之間的時序匹配。雖然可以將總線周期擴展到任意個機器周期，但是需要進行硬件擴展，增加了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度。
間接訪問。用DSP的數(shù)字I/0間接控制慢速設(shè)備，通過軟件控制DSP的I/O口來實現(xiàn)與慢速設(shè)備的時序匹配。此種方式無需硬件擴展即可實現(xiàn)與任意時序慢速設(shè)備之間的時序匹配。
本設(shè)計采用間接訪問方式來實現(xiàn)DSP與LCM320240之間的時序匹配。接口電路如圖1所示。

圖中電阻大小均為2 kΩ。SLK，SLA分別為LED背光源正負極；Vdd，Vss分別為LCD的電源和地；CSl，CS2為LCD片選信號，當CSl為低，CS2為高時，LCM320240處于就緒狀態(tài)，隨時可接受指令。LCM320240的DB0-DB7與DSP的IOPB0-IOPB7相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送；IOPE0與RS相連，當RS為高時，DSP存取指令寄存器，而當RS為低時，DSP存取資料寄存器。IOPEI與WR(R/W)相連，當LCM320240為6800系列時序時，此引腳為讀取/寫入信號，高電平時表示讀取的動作，低電平時表示寫入的動作；I0PE2與RD(E)相連，當為6800時序時，EN為使能信號，高電平有效；IOPE5設(shè)置為輸入方式，與BUSY相連，當BUSY引腳為高電平時，控制器無法被存取，DSP必須在對控制器做存取前確定該引腳為低電平才可對LCM320240進行操作；I0PE6設(shè)置為輸入方式，與INT相連，此引腳可設(shè)成高或低電平觸發(fā)，當光標Segment位址寄存器(CPXR)與Segment中斷位址寄存器(INTX)值相同，或光標Common位址寄存器(CPYR)與Common中斷位址寄存器(INTY)值相同時，發(fā)生中斷，觸發(fā)該引腳；IOPE7與RST相連，當IOPE7設(shè)置為低電平，且持續(xù)時間不小于LCM320240規(guī)定的最小時間100ms時，LCM320240復(fù)位；VOUT為液晶模塊的負電壓輸出，LCD V0為LCD的工作電壓(調(diào)節(jié)LCD Vo的值可以調(diào)節(jié)顯示對比度)，通過調(diào)節(jié)可變電位器，可以調(diào)節(jié)液晶屏的顯示對比度。

5 軟件控制實現(xiàn)
DSP可以采用匯編語言或C語言作為開發(fā)語言進行程序設(shè)計，但考慮到系統(tǒng)的可移植性和軟件的可讀性，本文以C語言作為開發(fā)語言，介紹DSP與LCM320240之間控制程序的實現(xiàn)。
首先解決TMS320LF2407與LCM320240之間的時序匹配。時序匹配是DSP控制LCM320240最關(guān)鍵也是最基本的問題，其本質(zhì)就是如何編寫控制程序?qū)CM320240的指令寄存器和資料寄存器進行讀寫操作。LCM320240所采用的6800時序圖如圖2所示。LCM320240接口時序如表1所示。

根據(jù)LCM320240的時序圖和時序表便可以編寫與時序匹配的DSP控制程序。以寫指令寄存器和寫資料寄存器程序為例，程序源代碼如下：

其次，進行系統(tǒng)初始化設(shè)置，包括DSP和LCD的初始化。DSP初始化主要完成DSP與LCD相連的I/O口的功能配置；LCD的初始化主要完成對LCD工作方式和顯示模式的設(shè)置，需要特別指出：在LCD初始化中應(yīng)對LCD進行一次復(fù)位操作，為后續(xù)對LCD進行操作程序做好準備(源代碼略)。
最后，在完成系統(tǒng)初始化后，根據(jù)實際系統(tǒng)的需要，通過調(diào)用已經(jīng)編譯好的時序匹配的LCM320240控制程序來完成對實際系統(tǒng)程序的編寫。

6 結(jié)束語
文中介紹的DSP控制LCM320240的軟、硬件實現(xiàn)方法已在便攜式檢測儀中得到應(yīng)用，運行效果良好。同時，本文所用程序采用C語言編寫，具有較高的可移植性，對其他類型的DSP與LCD之間的軟、硬件實現(xiàn)具有一定的參考價值。