基于C8051F020和USB的OLED控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
與傳統(tǒng)的液晶顯示屏相比，OLED顯示模塊具有高亮度、高對(duì)比度、寬視角、響應(yīng)速度快、功耗低等特點(diǎn)。因此，隨著電子產(chǎn)品高度集成化的發(fā)展，OLED顯示模塊在移動(dòng)終端、工業(yè)控制、便攜式電子產(chǎn)品等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。本文介紹了一種將USB技術(shù)應(yīng)用于OLED顯示控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)以C8051F020為核心控制器件。由于USB具有安裝方便、高速、靈活、低成本、易擴(kuò)展、支持熱插拔等優(yōu)點(diǎn)，使得本系統(tǒng)可以輕松地實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)更新，并通過外擴(kuò)的Flash實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的脫機(jī)顯示。
2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
系統(tǒng)的工作和組成原理如圖1所示。
如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)、OLED顯示模塊、USB模塊、外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊組成。核心控制芯片是Silicon公司的C8051F020,這是一款功能強(qiáng)大的單片機(jī)；用來在線更新顯示數(shù)據(jù)的USB模塊，它以CH375V作為接口控制芯片，支持USB主機(jī)和USB設(shè)備兩種方式；AMD公司的閃存AM29LV081B作為單片機(jī)外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。96×64像素的全彩色OLED顯示屏，它的驅(qū)動(dòng)IC采用Solomon公司的SSD1332。

硬件設(shè)計(jì)
3.1 主要芯片介紹
（1）核心控制芯片C8051F020 單片機(jī)C8051F020是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)SCM芯片，具有64個(gè)數(shù)字I/O引腳，具有片內(nèi)VDD監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器，是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)，所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可由用戶固件配置為使能/禁止和配置。Flash存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051固件。
（2）USB接口芯片CH375

CH375是一個(gè)USB總線的通用接口芯片，支持USB-HOST主機(jī)和USB-DEVICE/SLAVE設(shè)備兩種方式。在本地端，CH375具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)等控制器的系統(tǒng)總線上。在USB主機(jī)方式下，CH375還提供了串行通訊方式，通過串行輸入、串行輸出和中斷輸出與單片機(jī)等相連接。
CH375的USB主機(jī)方式支持常用的USB全速設(shè)備，外部單片機(jī)可以通過CH375按照相應(yīng)的USB協(xié)議與USB設(shè)備通訊。CH375還內(nèi)置了處理Mass-Storage海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通訊協(xié)議的固件，外部單片機(jī)可以直接以扇區(qū)為基本單位讀寫常用的USB存儲(chǔ)設(shè)備。
3.2 USB模塊硬件電路設(shè)計(jì)
本文在C8051F020的使用中需要配置交叉開關(guān)，為了方便控制OLED的顯示和系統(tǒng)的控制操作，除了CH375必需的一個(gè)中斷外，還配置了兩個(gè)定時(shí)器中斷T1和T2以及一個(gè)外部中斷。將USB連接產(chǎn)生的中斷設(shè)置分配到INT0#，再多一個(gè)外部中斷INT1#。還考慮到CH375支持串行通信，所以將其和單片機(jī)的串口通信也設(shè)計(jì)在內(nèi)，使用TX0和RX0。但是在串行方式下工作，數(shù)據(jù)傳輸速度慢，所以本文的研究采取并行接口。根據(jù)單片機(jī)優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼表，按照優(yōu)先級(jí)別，TX0使用P0.0，RX0使用P0.1，INT0#使用P0.2，T1使用P0.3，INT1#使用P0.4，由于P0.5～0.7由外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口驅(qū)動(dòng)，所以T2使用P1.0。圖2為USB模塊的連接電路圖。

CH375芯片的RD#和WR#分別連接到單片機(jī)的讀選通輸出引腳RD#(P0.6)和寫選通輸出引腳WR#(P0.7)。CS#由地址譯碼電路驅(qū)動(dòng)，用于當(dāng)單片機(jī)具有多個(gè)外圍器件時(shí)進(jìn)行設(shè)備選擇。INT#輸出的中斷請(qǐng)求是低電平有效，連接到單片機(jī)的中斷輸入引腳P0.2，單片機(jī)使用中斷方式獲知中斷請(qǐng)求。當(dāng)WR#為高電平并且CS#和RD#及A0都為低電平時(shí)，CH375中的數(shù)據(jù)通過D7～D0輸出；當(dāng)RD#為高電平并且CS#和WR#及A0都為低電平時(shí)，D7～D0上的數(shù)據(jù)被寫入CH375芯片中；當(dāng)RD#為高電平并且CS#和WR#都為低電平而A0為高電平時(shí)，D7～D0上的數(shù)據(jù)被作為命令碼寫入CH375芯片中。
3.3 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊
對(duì)于全彩的 96×64像素的 OLED屏，每個(gè)像素由兩個(gè)字節(jié)組成，顯示一幅圖片需要的內(nèi)存空間為 96×64×2=12.288KB，而本文采用的單片機(jī)內(nèi)部只有 64KB的 Flash存儲(chǔ)器，最多只能顯示 5幅圖片，如果要顯示圖像是不可能的，所以必須在外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，使之能夠顯示動(dòng)態(tài)圖像。圖 3為外擴(kuò)的 Flash與單片機(jī)的連接框圖。

本文的外部存儲(chǔ)器接口工作在復(fù)用方式，通過配置 PRTSEL（EMIOCF.5）的狀態(tài)決定 EMIF工作在低端口或是高端口錯(cuò)誤！未找到引用源。。本文對(duì)外部存儲(chǔ)器Flash的讀寫采用高端口（P4～P7）。地址總線A19～16使用P4.4～P4.1腳，地址總線A15～8使用 P6口，地址總線低 8位A7～0與數(shù)據(jù)總線復(fù)用 P7口，ALE使用P4.5，RD#使用P4.6，WR#使用 P4.7。
在復(fù)用方式下工作時(shí)，要用一個(gè)外部鎖存器保持 RAM地址的低 8位。本文的外部鎖存器選74LS373。它由ALE（地址鎖存使能）信號(hào)控制，ALE信號(hào)由單片機(jī)外部存儲(chǔ)器接口邏輯驅(qū)動(dòng)。在復(fù)用方式工作時(shí)，可以根據(jù) ALE信號(hào)的狀態(tài)分兩個(gè)階段，在第一個(gè)階段，ALE為高電平，鎖存器選通，鎖存器的 Q輸出與 D輸入狀態(tài)相同，P7輸出為地址總線的低 8位。ALE由高變低標(biāo)志第二階段開始，鎖存器的輸出保持不變，即與鎖存器的輸入無關(guān)。在第二階段稍后，當(dāng)RD#（P4.6）或 WR#（P4.7）有效時(shí)，數(shù)據(jù)總線控制 P7端口的狀態(tài)。
3.4 OLED顯示模塊
此模塊的驅(qū)動(dòng)電路核心部分應(yīng)用 Solomon公司的SSD1332芯片，在驅(qū)動(dòng)電路獲得控制信號(hào)和顯示數(shù)據(jù)后，由芯片 SSD1332產(chǎn)生 OLED所需的行驅(qū)動(dòng)和列驅(qū)動(dòng)的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)OLED，并把顯示數(shù)據(jù)傳送到 OLED顯示。
4 讀取顯示數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)
本文研究的該部分的程序主要是顯示數(shù)據(jù)的采集，它是通過中斷響應(yīng)方式進(jìn)行的。CH375的中斷信號(hào)INT#連接單片機(jī)的INT0，設(shè)置成外部中斷，配置為下降沿觸發(fā)輸入，由IT0（TCON.0）和IT1（TCON.2）的設(shè)置決定，IE0（TCON.1）為外部中斷INT0的中斷標(biāo)志，產(chǎn)生中斷后即CPU在轉(zhuǎn)向ISR時(shí)自動(dòng)清除響應(yīng)的中斷標(biāo)志。該中斷的初始化程序如下： void INT_Init(void) {
EA = 1; //中斷總允許
EX0 = 1; //INT0中斷允許
IT0 = 1; //INT0設(shè)置為下降沿觸發(fā)
PX0 = 1; //INT0(/UINT)設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)，可中斷其他正在執(zhí)行的中斷程序 }
程序中將 CH375中斷信號(hào)設(shè)為最高優(yōu)先級(jí)，一旦有 U盤插入，立即產(chǎn)生中斷，之后進(jìn)入中斷程序入口，執(zhí)行中斷程序，進(jìn)行文件數(shù)據(jù)的讀取操作。軟件實(shí)現(xiàn)如錯(cuò)誤！未找到引用源。所示，首先調(diào)用CH375DiskConnect()查詢是否真的有 U盤插入，否則的話立即返回主程序，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序，如果有 U盤插入，接著調(diào)用CH375Init()，進(jìn)行初始化復(fù)位；然后判斷 U盤是否準(zhǔn)備好，等待其準(zhǔn)備好后，即可調(diào)用函數(shù)CH375FileOpen()，根據(jù)參數(shù)（一般是文件名和完整的路徑名）打開指定的文件。文件如果不能正常打開，可能文件并不存在，立即返回主程序，結(jié)束本次讀取，也可以通過調(diào)用CH375FileEnumer()查詢文件是否存在。文件正常打開后，調(diào)用 CH375ByteLocate()函數(shù)執(zhí)行指針定位，以字節(jié)為單位移動(dòng)當(dāng)前文件指針，進(jìn)入字節(jié)模式。然后調(diào)用CH375ByteRead()，以字節(jié)為基本單位從當(dāng)前文件讀取數(shù)據(jù)。全部讀完后，調(diào)用CH375FileClose()關(guān)閉文件，并返回主程序，最后完成數(shù)據(jù)的讀取。
5結(jié)論
本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)文字、圖片和圖像的動(dòng)靜態(tài)顯示。并將USB接口設(shè)計(jì)在內(nèi)，實(shí)現(xiàn)嵌入式USB主機(jī)，使系統(tǒng)可以作為USB主機(jī)與U盤通信，通過讀U盤來完成顯示數(shù)據(jù)的更新，使嵌入式系統(tǒng)和移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備能夠在脫離PC機(jī)的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。增強(qiáng)了電路系統(tǒng)的實(shí)用性，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。