顯示控制器S6B0724的接口技術(shù)

引言

s6b0724[1]是samsung公司1999年推出的一款大規(guī)模的顯示控制驅(qū)動(dòng)芯片，用于控制和驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣式液晶屏。這款顯示控制芯片將控制電路、ram和驅(qū)動(dòng)電路集成在單一芯片中，使其在系統(tǒng)成本方面具有優(yōu)勢(shì)。sep3203是由東南大學(xué)國(guó)家asic工程中心設(shè)計(jì)的一款基于arm7tdmi內(nèi)核的16/32位嵌入式微處理器。雖然sep3203自帶lcd控制器，但是其信號(hào)適用于不帶ram的灰度或彩色液晶屏，不支持在工控系統(tǒng)中常使用的帶ram的黑白液晶顯示屏，所以工控系統(tǒng)應(yīng)用中需要通過(guò)外接顯示控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)液晶顯示。下面介紹s6b0724顯示控制器在以sep3203無(wú)核心的工控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 設(shè)計(jì)要求

系統(tǒng)要求通過(guò)總線掛接的方式實(shí)現(xiàn)64×192黑白點(diǎn)陣的顯示。該點(diǎn)陣屏的規(guī)格較特殊，但在電話終端和小型收款機(jī)等工控系統(tǒng)中經(jīng)常使用。常見(jiàn)的幾款中小規(guī)模顯示控制器[2，3]所控制的點(diǎn)陣范圍都比其?。?5×132，132×176）。需要用2片s6b0724控制該液晶屏，同時(shí)要求只使用1個(gè)片選信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)2片s6b0724的控制；

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由sep3203處理器、電平轉(zhuǎn)換芯片74lvxc4245和74hct541，以及2片s6b0724顯示控制器組成。如圖1所示。

sep3203是一款16/32位嵌入式微處理器[4]，由東南大學(xué)國(guó)家asic工程中心設(shè)計(jì)，采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的arm7tdmi內(nèi)核，amba總線結(jié)構(gòu)。sep3203處理器內(nèi)嵌20kb零等待的靜態(tài)存儲(chǔ)器（sram），提供sdram控制器；可支持nor flash、nand flash啟動(dòng)；可擴(kuò)展支持各種sram接口的設(shè)備。提供可自由控制的gpio口，同時(shí)具有多種控制器接口。

s6b0724是一款顯示控制驅(qū)動(dòng)芯片，最大支持65×132的點(diǎn)陣顯示，同時(shí)提供主從式結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展；內(nèi)部帶有ram，可以支持屏幕自刷新；有65個(gè)common輸出，165個(gè)segment輸出。它的mpu接口可支持8080和6800兩種時(shí)序模式。模式的選擇通過(guò)配置外部引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)。

由于單片s6b0724只支持65×132點(diǎn)陣的顯示，而設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)64×192點(diǎn)陣的顯示，因此在圖1中使用了2片s6b0724。另外，由于s6b0724使用5v信號(hào)，vih的最小值為4v（0.8vdd），而sep3203的總線采用的是3v信號(hào)（通常的嵌入式cpu使用的都是3v總線），所以sep3203無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)s6b0724，需要作電平轉(zhuǎn)換。因此圖1中在sep3203與s6b0724之間增加了電平轉(zhuǎn)換芯片，以實(shí)現(xiàn)3v信號(hào)與5v信號(hào)的雙向轉(zhuǎn)換。

電平轉(zhuǎn)換芯片選用的是74lvxc4245[5]和74hct541[6]。這兩款芯片都是普通的邏輯芯片，很多公司都生產(chǎn)。74lvxc4245是雙向電平轉(zhuǎn)換芯片，3v和5v電路電源供電；可以支持3v到5v的雙向電平轉(zhuǎn)換，但需要有信號(hào)電平轉(zhuǎn)換方向。74hct541是單向的緩沖芯片，采用5v電源，可以將輸入的3v信號(hào)轉(zhuǎn)換成5v信號(hào)后輸出。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 總線接口的分析

s6b0724可與各種mpu相連，具體連接方式取決于mpu所使用的總線類(lèi)型。其提供兩種mpu的信號(hào)接口協(xié)議：一種是6800系列mpu接口協(xié)議，如圖2所示；另一種是8080系列mpu接口協(xié)議，如圖3所示。將兩種接口協(xié)議與sep3203的接口協(xié)議對(duì)比，可見(jiàn)sep3203的接口協(xié)議屬于8080接口協(xié)議，因此采用8080的接口實(shí)現(xiàn)s6b0724與sep3203的連接。sep3203的接口協(xié)議如圖4所示。

根據(jù)8080接口協(xié)議，s6b0724與mpu接口信號(hào)的定義如表1所列。s6b0724的d0－d7信號(hào)應(yīng)與sep3203的data0－data7信號(hào)連接；s6b0724的rd、wr、cs信號(hào)應(yīng)分別與sep3203的oe、we、cs信號(hào)連接。rs是訪問(wèn)控制寄存器與ram的選擇信號(hào)--rs為低時(shí)訪問(wèn)s6b0724的控制寄存器，rs為高時(shí)訪問(wèn)s6b0724中的ram。其作用相當(dāng)于地址信號(hào)，因此與sep3203的地址線連接。rst是s6b0724的復(fù)位信號(hào)，可由sep3203的gpio產(chǎn)生。

2.2 雙s6b0724控制器接口設(shè)計(jì)

由于要支持64×192的點(diǎn)陣顯示，所以在該設(shè)計(jì)中需要使用2片s6b0724（以s6b0724_a和s6b0724_b來(lái)表示）。圖1中s6b0724_a控制液晶屏的64×132個(gè)點(diǎn)，s6b0724_b控制剩下的64×60個(gè)點(diǎn)。由于總線設(shè)備較多，只有1個(gè)片選信號(hào)能用于對(duì)2片s6b0724芯片的操作；同時(shí)s6b0724與sep3203的總線也需要作電平轉(zhuǎn)換，因此在該接口設(shè)計(jì)中利用了電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)了該功能，并沒(méi)有再增加額外的邏輯芯片。

分析s6b0724與mpu的接口信號(hào)，發(fā)現(xiàn)其中rd、wr、rst、cs、rs信號(hào)只需單向傳輸（從mpu傳向s6b0724），只有d0－d7信號(hào)需要雙向傳輸。圖5中，使用74hct541實(shí)現(xiàn)3v信號(hào)到5v信號(hào)的單向電平轉(zhuǎn)換，74lvxc4245實(shí)現(xiàn)3v信號(hào)與5v信號(hào)的雙向電平轉(zhuǎn)換。

圖3中cs1b、cs2、cs信號(hào)是同時(shí)變化的（cs1b信號(hào)為低，cs2信號(hào)為高時(shí)s6b0724被選中）。由于在實(shí)際使用中cs2信號(hào)是固定接高電平，所以cs1b信號(hào)就是文中s6b0724芯片的cs信號(hào)。圖4中sep3203總線的地址信號(hào)和片選信號(hào)也是同時(shí)變化的，因此考慮使用地址信號(hào)來(lái)代替片選信號(hào)。但如果直接用地址信號(hào)來(lái)代替片選信號(hào)會(huì)導(dǎo)致總線對(duì)其他設(shè)備操作時(shí)也選中s6b0724，即兩個(gè)總線設(shè)備被同時(shí)選中，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤。在該設(shè)計(jì)中，利用電平轉(zhuǎn)換芯片的特性解決了這一問(wèn)題。如圖5所示，使用了addr3、addr4作為s6b0724的片選信號(hào)（lcd_csa、lcd_csb）。addr2作為選擇對(duì)s6b0724寄存器或ram操作的信號(hào)（lcd_rs）。sep3203的片選信號(hào)lcd_ncsf連接74hct541的使能端oe。當(dāng)lcd_ncsf信號(hào)為低時(shí)74hct541被使能，oe、we、addr3、addr4、addr2信號(hào)被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的5v信號(hào)（lcd_/rd、lcd_/wr、lcd_csa、lcd_csb、lcd_rs）輸出到s6b0724；當(dāng)lcd_ncsf信號(hào)為高時(shí)74hct541停止工作，此時(shí)74hct541輸出高阻態(tài)，為避免噪聲干擾，輸出端信號(hào)lcd_/rd、lcd_/wr、lcd_csa、lcd_csb、lcd_rs應(yīng)被上拉至5v。在sep3203的片選lcd_ncsf無(wú)效（高電平）時(shí)，由于信號(hào)lcd_csa，lcd_csb被拉高，所以此時(shí)2片s6b0724控制器都未被選中，任何操作對(duì)其都是無(wú)效的，從而避免了在總線對(duì)其他設(shè)備操作時(shí)可能對(duì)s6b0724產(chǎn)生的誤操作。

數(shù)據(jù)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換類(lèi)似于控制信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換。74lvxc4245是雙向電平轉(zhuǎn)換芯片，圖5中的lcd_dir信號(hào)由sep3203的gpio產(chǎn)生，用于控制74lvxc4245電平轉(zhuǎn)換方向的信號(hào)。當(dāng)lcd_dir為低時(shí)，信號(hào)由b端傳向a端，即由總線傳向s6b0724（寫(xiě)操作）；當(dāng)lcd_dir為高時(shí)，信號(hào)由a端傳向b端，即由s6b0724傳向總線（讀操作）。信號(hào)lcd_d0－lcd_d7也需要上拉，防止當(dāng)74lvxc4245的輸出為高阻時(shí)，外部噪聲在其輸出端產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。

值得一提的是，s6b0724顯示控制器在pcb板上的位置靠近液晶屏，與sep3203之間的距離很大。在pcb布局時(shí)，需要注意電平轉(zhuǎn)換芯片的位置，因?yàn)槠洳坏须娖睫D(zhuǎn)換的作用，而且還能緩沖總線信號(hào)，使總線和s6b0724顯示控制器隔離，避免總線過(guò)長(zhǎng)。電平轉(zhuǎn)換芯片的布置應(yīng)該盡量靠近總線，減小總線的長(zhǎng)度，從而避免產(chǎn)生由總線過(guò)長(zhǎng)造成的信號(hào)延時(shí)及噪聲干擾問(wèn)題。
雖然rst信號(hào)也是單向傳輸?shù)?，但rst信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換電路卻是單獨(dú)設(shè)計(jì)的。如果使用74hct541完成電平轉(zhuǎn)換，會(huì)有兩個(gè)問(wèn)題：（1）當(dāng)lcd_ncsf失效時(shí)74hct541不工作，此時(shí)lcd_reset信號(hào)無(wú)法傳遞到rst端，rst端始終是高電平（被上拉至5v），因此s6b0724無(wú)法被復(fù)位；（2）在74hct541工作時(shí)，因?yàn)閘cd_ncsf的脈沖寬度等于總線周期（最大值約為幾百ms），所以輸出的rst信號(hào)的最大脈沖寬度也等于總線周期；而s6b0724要求的sct信號(hào)最小脈沖寬度是1μs，所以用74hct541無(wú)法產(chǎn)生正確的rst信號(hào)，此時(shí)s6b072同樣無(wú)法被復(fù)位。在圖5中，該信號(hào)的電平轉(zhuǎn)電路是由晶體管和電阻構(gòu)成的。

3 驅(qū)動(dòng)程序

該部分軟件主要依照s6b0724的初始化流程、命令參數(shù)列表及其他資料[7]編寫(xiě)的。s6b0724的訪問(wèn)地址只有兩個(gè)：一個(gè)是寄存器地址（通過(guò)寫(xiě)入不同的命令字來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)s6b0724的控制）；另一個(gè)是ram端口（顯示數(shù)據(jù)由此寫(xiě)入）。

首先需要根據(jù)s6b0724的接口設(shè)計(jì)計(jì)算其各端口的訪問(wèn)地址。sep3203的片選信號(hào)lcd_ncsf所對(duì)應(yīng)的基址是0x34000000。圖5中的s6b0724_a、s6b0724_b的寄存器訪問(wèn)地址分別是0x340000100、0x34000020；ram的訪問(wèn)地址分別是0x34000018、0x34000028。特別是在該接口設(shè)計(jì)允許sp3203同時(shí)訪問(wèn)s6b0724_a和s6b0724_b，寄存器的訪問(wèn)地址為0x34000000，ram的訪問(wèn)地址為0x34000008。在實(shí)際使用中，可以利用這個(gè)特點(diǎn)對(duì)兩個(gè)控制同時(shí)初始化，提高軟件效率。

4 結(jié)論

該設(shè)計(jì)已在以sep3203為核心的嵌入式系統(tǒng)中被實(shí)際應(yīng)用。采用s6b0724顯示控制器后，解決了sep3203微處理器在工控應(yīng)用中使用液晶屏的問(wèn)題。使用1個(gè)片選信號(hào)實(shí)現(xiàn)了對(duì)2個(gè)顯示控制器的控制。2個(gè)以上顯示控制器的控制也可通過(guò)類(lèi)似方法實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)可以在金融收費(fèi)系統(tǒng)、稅務(wù)管理系統(tǒng)、電話終端等眾多系統(tǒng)中應(yīng)用。