基于SEP3203為核心的工控系統(tǒng)

　　引 言

　　S680724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)。SEP32O3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S680724顯示控制器在以SEP3203為核心的工控系統(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)模顯示由DSP自身的硬件來(lái)協(xié)調(diào)沖突，因此HPI-8口適用于與單片機(jī)構(gòu)建較好的主從雙CPU處理器平臺(tái)?？刂破鱗2.3]所控制的點(diǎn)陣范圍都比其小(65×132，132×176)。

　　需要用2片S680724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S680724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S680724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，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20 KB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。

　　S680724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S680724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S680724。另外，由于S680724使用5 V信號(hào)，Vm的最小值為4 V(0.8VDD)，而SEP3203的總線采用的是3 V信號(hào)(通常的嵌入式CPU使用的都是3 V總線)，所以SEP3203無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)S680724，需要作電平轉(zhuǎn)換。因此圖1中在SEP3203與S680724之間增加了電平轉(zhuǎn)換芯片，以實(shí)現(xiàn)3 V信號(hào)與5 V信號(hào)的雙向轉(zhuǎn)換。

　　電平轉(zhuǎn)換芯片選用的是74LVXC4245 和74HCT541。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，3 V和5 V兩路電源供電;可以支持3 V到5 V的雙向電平轉(zhuǎn)換，但需要有信號(hào)控制電平轉(zhuǎn)換方向。74HCT541是單向的緩沖芯片，采用5 V電源，可以將輸入的3 V信號(hào)轉(zhuǎn)換成5 V信號(hào)后輸出。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 總線接口的分析

　　S680724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)S680724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，S680724與MPU接口信號(hào)的定義如表1所列。

　　S680724的DO～D7信號(hào)應(yīng)與SEP3203的DATAO～DATA7信號(hào)連接;S680724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)S680724的控制寄存器.RS為高時(shí)訪問(wèn)S680724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S680724的復(fù)位信號(hào)，可由SEP3203的GPIO產(chǎn)生。

　　2.2雙8680724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S680724(以S680724一A和S680724_B來(lái)表示)。圖1中S680724_A控制液晶屏的64×132個(gè)點(diǎn)，S680724_B控制剩下的64X 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S680724芯片的操作;同時(shí)56130724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S680724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MFU傳向S680724)，只有DO～D7信號(hào)需要雙向傳輸。圖5中，使用74HCT541實(shí)現(xiàn)3 V信號(hào)到5 V信號(hào)的單向電平轉(zhuǎn)換，74LVXC4245實(shí)現(xiàn)3 V信號(hào)與5 V信號(hào)的雙向電平轉(zhuǎn)換。

　　圖3中CSlB、CS2、RS信號(hào)是同時(shí)變化的(CSlB信號(hào)為低，CS2信號(hào)為高時(shí)S680724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CSlB信號(hào)就是文中S680724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S680724，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S680724的片選信號(hào)(LCD_CSA、LCD_CSB)。ADDR2作為選擇對(duì)S680724寄存器或RAM操作的信號(hào)(LCD)_RS)。SEP3203的片選信號(hào)ICDnCSF連接74HCT541的使能端()E。當(dāng)LCD_nCSF信號(hào)為低時(shí)74HCT54l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S680724;當(dāng)LCD_nCSF信號(hào)為高時(shí)74HCT541停止工作，此時(shí)74HCT54l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5 V。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S680724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)S680724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S680724(寫(xiě)操作);當(dāng)LCD_DIR為高時(shí)，信號(hào)由A端傳向B端，即由S680724傳向總線(讀操作)。信號(hào)LCD_DO～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，S680724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S680724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5 V)，因此S689724無(wú)法被復(fù)位;②在74HCT541工作時(shí)，因?yàn)長(zhǎng)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S680724要求的RST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)S68072同樣無(wú)法被復(fù)位。在圖5中，該信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換電路是由晶體管和電阻構(gòu)成的。

　　3 驅(qū)動(dòng)程序

　　該部分軟件主要是依照S680724的初始化流程、命令參數(shù)列表及其他資料編寫(xiě)的。S680724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)S680724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S680724_A、S680724_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SEP3203同時(shí)訪問(wèn)S680724_A和S680724_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?？梢岳眠@個(gè)特點(diǎn)對(duì)兩個(gè)控制同時(shí)初始化，提高軟件效率。

　　S680724的初始化流程如圖6所示。先冷復(fù)位S680724，然后將74LVXC4245的電平轉(zhuǎn)換方向設(shè)置為從總線向數(shù)據(jù)線。通過(guò)寫(xiě)S680724的控制寄存器對(duì)S680724軟復(fù)位，然后選擇所用的顯示方式和掃描方向，再選擇背光亮度;通過(guò)寫(xiě)寄

　　存器的方式打開(kāi)S680724內(nèi)部的電壓反轉(zhuǎn)器，等待10 ms后再打開(kāi)電壓生成器。延遲10 ms后，打開(kāi)電壓跟隨器，等所有電壓都穩(wěn)定后(約等待10 ms)再設(shè)定液晶屏的工作電壓，最后開(kāi)始顯示。圖像的顯示通過(guò)函數(shù)void Write_alILCD(void)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其功能是將所要顯示的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)送入2片S680724。

　　初始化程序如下：

　　void GPC)_init(void){

　　RESET_LCD();

　　//冷復(fù)位

　　*(RP)PORTB_SEL l=(18);

　　//設(shè)定74LVXC4245的電平轉(zhuǎn)換方向

　　*(RP)PORTB_DATA 8L=～(18);

　　*(RP)PORTB_DIR=～(18);

　　*(RPl6)ADDR_LCD_CMD=INTER_RESET;

　　//2片S6B0724B同時(shí)軟復(fù)位

　　1NIT_LCD(); //初始化S680724B

　　*(RPl6)ADDR_LCD_CMD=DISPLAY_ON;

　　//初始化完畢開(kāi)始顯示

　　Clear_LCD(); //清屏

　　}

　　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S680724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。