電子發燒友App
在小規模圖形液晶顯示模塊上使用液晶顯示驅動控制器組成液晶顯示驅動和控制系統，是當今低成本，低功耗，高集成化設計的最好選擇，SED1520是當前最常用的一種液晶顯示驅動控制器，這類圖形液晶顯示模塊的規模為32行，本文用到的液晶模塊CM12232即是內置SED1520的液晶顯示模塊，該模塊的驅動控制系統由兩片SED1520組成。
??? FPGA即現場可編程門陣列器件，這是一種超大規模集成電路，具有在電路可重配置的能力（in circuit reconfigurable，ICR）。設計者設計的邏輯可在編譯、適配后變成網絡表下載到FPGA芯片上之后，FPGA即可執行設計的邏輯功能。因此，FPGA在芯片控制、接口邏輯設計等各個方面的應用越來越廣泛。
系統硬件設計
??? 本方案采用的FPGA為Alter公司的ACEX1K30芯片，它可提供系統的時鐘及讀寫控制，ACEX系列的FPGA由邏輯陣列塊LAB（Logic array block）、嵌入式陣列塊EAB（embedded array block）、快速互聯以及IO單元構成，每個邏輯陣列塊包含8個邏輯單元LE（logic element）和一個局部互聯[1]。每個邏輯單元則由一個4輸入查找表（LUT）、一個可編程觸發器、快速進位鏈、級連鏈組成，多個LAB和多個EAB則可通過快速通道互相連接。EAB是ACEX系列器件在結構設計上的一個重要部件，他是輸入端口和輸出端口都帶有觸發器的一種靈活的RAM塊，其主要功能是實現一些規模不太大的FIFO、ROM、RAM和雙端口RAM等。在本液晶顯示接口電路中，EAB主要用宏功能模塊實現片上ROM。它通過調用FPGA上的EAB資源來實現漢字的顯示和字符的存儲，并根據控制信號產生的地址值從ROM中讀取字符值，然后送LCD顯示器進行顯示。
??? 由于所用的圖形點陣液晶塊內置有SED1520控制器，所以，其電路特性實際上就是SED1520的電路特性。SED1520的主要特性如下[2]：
??? 具有液晶顯示行驅動器，具有16路行驅動輸出，并可級聯實現32行驅動。
??? 具有液晶顯示列驅動器，共有61路列驅動輸出。
??? 內置時序發生器，其占空比可設置為1/16和1/32兩種。
??? 內藏顯示存儲器，顯示存儲器內的數據可直接顯示，"1"為顯示，"0"為不顯示。
??? 接口總線時序可適配8080系列或M6800系列，并可直接與計算機接口。
??? 操作簡單，有13條控制指令。
??? 采用CMOS工藝，可在電壓低至2.4-7.0V時正常工作，功耗僅30μW。
??? 本設計所用的字符液晶模塊CM12232由兩塊SED1520級連驅動，其中一個工作在主工作方式下，另一個工作在從方式下，主工作方式SED1520負責上半屏16行的驅動和左半屏的61列驅動，從工作方式的SED1520則負責下半屏16行的驅動和右半屏的61列驅動，使能信號E1、E2用來區分具體控制的是那一片SED1520，其系統的硬件連接圖如圖1所示。
??? 由圖1可見，該系統的硬件部分連接十分簡單，其中FPGA部分沒畫出，而液晶與FPGA的接口則可直接以網表的形式給出，將它們直接與FPGA的普通I/O引腳相連即可。
系統的軟件接口實現
??? 具體實現的重點是如何從存放有字符的ROM塊中讀出數據，并按照液晶的時序正確的寫入，在介紹具體實現方法前，首先要熟悉SED1520的指令。
??? SED1520的控制指令表
??? SED1520的幾種主要的控制指令格式如下：
（1）復位格式（Reset）
??? 該指令用于實現SED1520的軟件復位。該指令執行時，顯示起始行寄存器清零，接著列地址指針清零，之后頁地址寄存器置為"3"。
（2）休閑狀態設置（Statis drive ON/OFF）
?
??? 該指令是休閑狀態的軟件開關，當S=1時，SED1520進入休閑狀態；當S=0時，SED1520將中止或退出休閑狀態。
（3）占空比設置（Slect duty）
?
??? 該指令用于設置SED1520的占空比，Du=0時為1/16占空比，Du為1時為1/32占空比。
（4）ADC選擇指令（Selet ADC）
?
??? 該指令用于設置顯示存儲器中單元的地址所對應的顯示驅動輸出的順序。A=0時，順時針顯示；A=1時，逆時針顯示。
（5）顯示起始行設置（Display start line）
?
??? 該指令可用于設置顯示屏上第一行（行驅動輸出COMO所對應的顯示行）所對應的顯示存儲器的行號，由此行順序下延可得到對應顯示屏上的顯示效果，L=0-31（1FH），對應表示顯示存儲器的第1-32行。
（6）顯示開/關設置（Display ON/OFF）
?
??? 該指令控制著顯示驅動器的輸出。當Di=0時，顯示關，當Di=1時，顯示開。
（7）頁面顯示存儲的設置
?
??? SED1520將顯示存儲器分為4個頁面（0-3頁）。每個頁面都有80個字節。頁面管理可由2位頁地址寄存器控制，該指令就是設置頁地址寄存器的內容，以選擇相應的顯示寄存器的頁面。P=0-3，對應代表0-3頁。
（8）列地址設置（Set column（segment）address）
?
??? SED1520的顯示存儲器的每個頁面上都有80個字節，每個字節中的8位數據對應著顯示屏上同一列的8點行，列地址指針就是管理這80個字節單元的，列地址指針是一個7位加一計數器，由它和頁地址寄存器組合，可唯一指定顯示存儲器的某一個單元，列地址指針在計算機對顯示存儲器的每次操后都將自動加一。該指令就是設置列地址指針內容的。當CY=0-4FH，分別對應于1-80單元的地址。
頂層設計大批量
??? 本設計具體實現的頂層設計原理圖如圖2所示。
??? 圖2中lpm_rom模塊是利用FPGA的宏功能模塊產生的片上ROM塊[3]，用以存放要顯示的字符數據。ctrl模塊則為控制從ROM中取出數據后液晶上顯示的核心控制模塊，其功能包括控制數據的讀寫時序、液晶屏的分屏顯示控制、分頁顯示控制等。
控制模塊程序代碼
??? ctrl模塊的程序核心代碼如下：
architecture Behavioral of ctrl is
signal divcnt：std_logic_vector（11 downto 0）；--系數計數
signal data：std_logic_vecdor（9 downto 0）；--地址輸出
Signal clk1，clk2，a01，cs11，cs21，flag，csflag：std_logic；
data<=divcnt（11 downto 2）；--最高10位為地址
process3（clk2）
begin
if clk2＇event and clk2=｀1＇then case conv_integer （data）is
when 0|2|4|6|8|10|12|13|138|139|264|265|390|391=>A01<=｀0＇；cs11<=｀0＇；cs21<=｀1＇；
when 1|3|5|7|9|11|75|76|201|202|327|328|453|454=>A01<=｀0＇；cs11<=｀1＇；cs21<=｀0＇；
when 14 to 74=>A01<=｀1＇；cs11<=｀0＇；cs21<=｀1＇；
when 140 to 200=>A01<=｀1＇；cs11<=｀0＇；cs21<=1＇；
when 266 to 326=>A01<=｀1＇；cs11<=｀0＇；cs21<=｀1＇；
when 392 to 452=>A01<=｀1＇；cs11<=｀0＇；cs21<=｀1＇；
when 77 to 137=>A01<=｀1＇；cs11<=｀1＇；cs21<=｀0＇；
when 203 to 263=>A01<=｀1＇；cs11>=｀1＇；cs21<=｀0＇；
when 329 to 389=>A01<=｀1＇；cs11<=｀1＇；cs21<=｀0＇；
when 455 to 515=>A01<=｀1＇；cs11<=｀1＇；cs21<=｀0＇；
when others=>A01<=｀0＇；cs11<=｀1＇；cs21<=｀1＇；
end case；
end if；
end process3；
a0<=a01；
cs1<=cs11 or csflag；
cs2<=cs21 or csflag；
ad<=data；
end Behavioral；
??? 其中的關鍵程序為Process3；在該過程中，A01負責該數據寫到液晶數據線上顯示還是寫到液晶的控制寄存器進行控制，A01為0時為寫命令，A01為1時為寫數據。
??? 程序中，ROM地址的前13個單元均為寫命令，根據SED1520的控制命令字，ROM表中的0、2、4、6、8、10單元依次是E2、A4、A9、A0、C0、AF，主要用于實現對CSI主工作的SED1520復位、退出休閑狀態、設置占空比為1/32、順時針顯示數據RAM中的內容、顯示起始對應顯示存儲器的0行、顯示開這一系列的初始化工作；而1，3，5，7，9，11單元則寫入到CS2（即從工作的SED1520）實現其初始化[4]。第13單元放的是B8（即頁地址設置為0）,從14-74單元，A01=1為寫數據，此時片選CS1有效，ROM表中連續放入"武漢理工"4個漢字的上半部分字模（本方案共顯示16個漢字"武漢理工大學自動化學院重點實驗室"分兩行，每行8個字顯示）；之后，75、76單元為寫命令，ROM中的數據為B8，00表示設置顯示頁為0頁，該頁的列地址從0開始[5]。從77-137單元地址向CS2（即從動工作方式的SED1520）寫數據即"大學自動"的前半部分字模，接下來的138、139單元為寫命令，ROM中的數據為B9，00即表示頁地址設置為1列，地址為0，140-200單元放入"武漢理工"的下半部分字模，201、202單元為寫命令，ROM中的數據為B9、00表示頁地址設置為1列，地址為0，203-263中為"大學自動"的下半部分字模，之后，8個字的寫入過程與前8個字的寫入過程相同，寫命令單元用于控制要寫的頁。
結束語
??? 本方案以FPGA為控制核心實現了對字符點陣液晶的控制，該方案硬件電路簡單，軟件程序簡潔，對液晶的控制簡單而且穩定，且可靈活改動，若要改變液晶顯示的漢字，只需改變ROM表中的字模即可，實踐證明，該設計是對液晶應用的一種行之有效的方法。
工商網監
評論