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串行接口中文圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊的應(yīng)用
摘要：介紹一種具有4位/8位并行、2線/3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二極簡體中文字庫的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊；利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。介紹模塊的性能特點(diǎn)、操作指令及接口方式；以AT89C2051單片機(jī)及2線串行接口方式為例，給出相應(yīng)的硬件電路及顯示子程序。關(guān)鍵詞：串/并接口 液晶模塊 中文字庫
引言
液晶顯示器件由于具有顯示信息豐富、功耗低、體積小、質(zhì)量小、無輻射等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用；但液晶顯示模塊復(fù)雜的硬件接口和軟件編程卻令產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員生畏，因而限制了該模塊在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。本文介紹一種具有串/并多種接口方式，且內(nèi)部含有GB2312一級(jí)、二級(jí)簡體中文字庫的圖形點(diǎn)陣液晶模塊，使用該模塊可構(gòu)成具有全中文人機(jī)交互圖形界面的液晶顯示系統(tǒng)。
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1 性能特點(diǎn)
OCM4X8C是具有串/并接口，具內(nèi)部含有中文字庫的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。該模塊的控制/驅(qū)動(dòng)器采用臺(tái)灣矽創(chuàng)電子公司的ST7920，因而具有較強(qiáng)的控制顯示功能。OCM4X8C的液晶顯示屏為128×64點(diǎn)陣，可顯示4行、每行8個(gè)漢字。為了便于簡單、方便地顯示漢字，該模塊具2Mb的中文字型CGROM，該字型ROM中含有8192個(gè)16×16點(diǎn)陣中文字庫；同時(shí)，為了便于英文和其它常用字符的顯示，具有16Kb的16×8點(diǎn)陣的ASCII字符庫；為便于構(gòu)造用戶圖形，提供了一個(gè)64×256點(diǎn)陣的GDRAM繪圖區(qū)域，且為了便于構(gòu)造用戶所需字型，提供了4組16×16點(diǎn)陣的造字空間。利用上述功能，OCM4X8C可實(shí)現(xiàn)漢字、ASCII碼、點(diǎn)陣圖形、自造字體的同屏顯示。為便了和多種微處理器、單片機(jī)接口，模塊提供了4位并行、8位并行、2線串行、3線串行多種接口方式。
該模塊具有2.7～5.5V的寬工作電壓范圍，且具有睡眠、正常及低功耗工作模式，可滿足系統(tǒng)各種工作電壓及便攜式儀器低功耗的要求。液晶模塊顯示負(fù)電壓，也由模塊提供，從而簡化了系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)。模塊同時(shí)還提供LED背光顯示功能。除此之外，模塊還提供了畫面清除、游標(biāo)顯示/隱藏、游標(biāo)歸位、顯示打開/關(guān)閉、顯示字符閃爍、游標(biāo)移位、顯示移位、垂直畫面旋轉(zhuǎn)、反白顯示、液晶睡眠/喚醒、關(guān)閉顯示等操作指令。
2 模塊引腳定義和用戶指令集
OCM4X8C的引腳說明，如表1所列。
表1 OCM4X8C引腳說明
用戶使用液晶模塊時(shí)是通過用戶命令來執(zhí)行相應(yīng)的顯示或控制功能的。OCM4X8C的用戶命令分為基本命令集和擴(kuò)充命令集，分別如表2、表3所列。
表2 OCM4X8 基本命令集
設(shè)定 0 0 0 0 0 0 0 1 I/O S 指定在資料的讀取與寫入時(shí)，設(shè)定游標(biāo)移動(dòng)方向及指定顯示的移位 72 顯示狀態(tài)開/關(guān) 0 0 0 0 0 0 1 D C B D=1：整體顯示ON；C=1：游標(biāo)ON；
B=1：游標(biāo)位置ON 72 游標(biāo)或顯示移位
控制 0 0 0 0 0 1 S/C R/L X X 設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)與顯示的移位控制位元。這個(gè)指令并不改變DDRAM的內(nèi)容 72 功能設(shè)定 0 0 0 0 1 DL X 0RE X X DL=1（必須設(shè)為1）；RE=1：擴(kuò)充指令集動(dòng)作；RE=0：基本指令集動(dòng)作 72 設(shè)定CGRAM
地址 0 0 0 1 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 設(shè)定CGRAM地址到地址
計(jì)數(shù)器（AC） 72 設(shè)定DDRAM
地址 0 0 1 AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 設(shè)定DDRAM地址到地址
計(jì)數(shù)器（AC） 72 讀取標(biāo)志（BF）和地址 0 1 BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 讀取忙標(biāo)志（BF）可以確認(rèn)內(nèi)部動(dòng)作是否完成，同時(shí)可以讀出地址計(jì)數(shù)器（AC）的值 0 寫資料到RAM 1 0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 寫入資料到內(nèi)部的RAM（DDRAM/CGRAM/IRAM/GDRAM） 72 讀出RAM的值 1 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 從內(nèi)部RAM讀取資料（DDRAM/CGRAM/IRAM/GDRAM） 72
表3 OCM4X8C 擴(kuò)充指令集
指 令 指 令 碼說 明
執(zhí)行時(shí)間/μs（540kHz） RS RW DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 待命模式 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 將DDRAM填滿“20H”，并設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器（AC）到“00H”； 72 卷動(dòng)地址或IRAM地址選擇 0 0 0 0 0 0 0 0 1 SR SR=1：允許輸入垂直卷動(dòng)地址；SR=0：允許輸入IRAM地址 72 反白選擇 0 0 0 0 0 0 0 1 R1 R0 選擇4行中的任一行作反白顯示，并可決定反白與否 72 睡眠模式 0 0 0 0 0 0 1 SL X X SL=1：脫離睡眠模式；
SL=0：進(jìn)科睡眠模式 72 擴(kuò)充功能設(shè)定 0 0 0 0 1 1 X 1
RE G 0 RE=1：擴(kuò)充指令集動(dòng)作；RE=0基本指令集動(dòng)作；G=1：繪圖顯示ON；G=0：繪圖顯示OFF 72 設(shè)定IRAM地址或卷動(dòng)地址 0 0 0 1 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 SR=1：AC5AC0為垂直卷動(dòng)地址
SR=0：AC3AC0為ICONIRAM地址 72 設(shè)定繪圖RAM地址 0 0 1 AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 設(shè)定CGRAM地址到地址計(jì)數(shù)器（AC） 72
3 字符顯示
OCM4X8C按照每個(gè)中文字符16×16點(diǎn)陣將顯示屏分類4行8列，共32個(gè)區(qū)。每個(gè)區(qū)可顯示1個(gè)中文字符或2個(gè)16×8點(diǎn)陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實(shí)現(xiàn)32個(gè)中文字符或64個(gè)ASCII碼字符的顯示。OCM4X8C內(nèi)部提供128×2字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)（DDRAM）。字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示RAM實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)寫入內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示CGROM（中文字庫）、HCGROM（ASCII碼字庫）及CGRAM（自定義字形）的內(nèi)容。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：0000～0006H顯示自定義字型，02H～7FH顯示半寬ASCII碼字符，A1A0H～F7FFH顯示8192種GB2312中文字庫字形。字符顯示RAM在液晶模塊中的地址80H～9FH。字符顯示的RAM的地址與32個(gè)字符顯示區(qū)域有著一一對應(yīng)的關(guān)系，其對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。
4 應(yīng)用說明
用OCM4X8C顯示模塊時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
①欲在某一個(gè)位置顯示中文字符時(shí)，應(yīng)先設(shè)定顯示字符位置，即先設(shè)定顯示地址，再寫入中文字符編碼。
②顯示ASCII字符過程與顯示中文字符過程相同。不過在顯示連續(xù)字符時(shí)，只須設(shè)定一次顯示地址，由模塊自動(dòng)對地址加1指向下一個(gè)字符位置，否則，顯示的字符中將會(huì)有一個(gè)空ASCII字符位置。
③當(dāng)字符編碼為2字節(jié)時(shí)，應(yīng)先寫入高位字節(jié)，再寫入低位字節(jié)。
④模塊在接收指令前，向處理器必須先確認(rèn)模塊內(nèi)部處于非忙狀態(tài)，即讀取BF標(biāo)志時(shí)BF需為“0”，方可接受新的指令。如果在送出一個(gè)指令前不檢查BF標(biāo)志，則在前一個(gè)指令和這個(gè)指令中間必須延遲一段較長的時(shí)間，即等待前一個(gè)指令確定執(zhí)行完成。指令執(zhí)行的時(shí)間請參考指令表中的指令執(zhí)行時(shí)間說明。
⑤“RE”為基本指令集與擴(kuò)充指令集的選擇控制位。當(dāng)變更“RE”后，以后的指令集將維持在最后的狀態(tài)，除非再次變更“RE”位，否則使用相同指令集時(shí)，無需每次均重設(shè)“RE”位。
圖2 OCM4X8C的2線串行工作模式操作時(shí)序
5 接口方式與時(shí)序
OCM4X8C具有串/并多種接口方式，方便了模塊與各種單片機(jī)、微處理器的連接。
（1）4/8位并行接口方式
當(dāng)模塊的PSB腳接高電平時(shí)，模塊即進(jìn)入并行接口模式。在并行模式下可由功能設(shè)定指令的“DL”位來選擇8位或4接口方式，主控制系統(tǒng)將配合“RS”、“RW”、“E”DB0～DB7來完成指令/數(shù)據(jù)的傳送，其操作時(shí)序與其它并行接口液晶顯示模塊相同。
（2）2/3線串行接口方式
當(dāng)模塊的PSB腳接低電平時(shí)，模塊即進(jìn)入串行接口模式。串行模式使用串行數(shù)據(jù)線SID與串行時(shí)鐘線SCLK來傳送數(shù)據(jù)，即構(gòu)成2線串行模式。
OCM4X8C還允許同時(shí)接入多個(gè)液晶顯示模塊以完成多路信息顯示功能。此時(shí)，要利用片選端“CS”構(gòu)成3線串行接口方式，當(dāng)“CS”接高電位時(shí)，模塊可正常接收并顯示數(shù)據(jù)，否則模塊顯示將被禁止。通常情況下，當(dāng)系統(tǒng)僅使用一個(gè)液晶顯示模塊時(shí)，“CS”可連接固定的高電平。
模塊2線串行工作操作時(shí)序如圖2所示。
由圖2可以看出，單片機(jī)與液晶模塊之間傳送1字節(jié)的數(shù)據(jù)共需24個(gè)時(shí)鐘脈沖。首先，單片機(jī)要給出數(shù)據(jù)傳輸起始位，這里是以5個(gè)連續(xù)的“1”作數(shù)據(jù)起始位，如模塊接收到連續(xù)的5個(gè)“1”，則內(nèi)部傳輸被重置并且串行傳輸將被同步。緊接著，“RW”位用于選擇數(shù)據(jù)的傳輸方向（讀或?qū)懀癛S”位用于選擇內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器，最后的第8位固定為“0”。在接收到起始位及“RW”和“RW”的第1個(gè)字節(jié)后，下一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)或指令將被分為2個(gè)字節(jié)來串行傳送或接收。數(shù)據(jù)或指令的高4位，被放在第2個(gè)字節(jié)串行數(shù)據(jù)的高4位，其低4位則置為“0”；數(shù)據(jù)或指令的低4位被放在第3個(gè)字節(jié)的高4位，其低4位也置為“0”，如此完成一個(gè)字節(jié)指令或數(shù)據(jù)的傳送。需要注意的是，當(dāng)有多個(gè)數(shù)據(jù)或指令要傳送時(shí)，必須要等到一個(gè)指令完成執(zhí)行完畢后再傳送下一個(gè)指令或數(shù)據(jù)，否則，會(huì)造成指令或數(shù)據(jù)的丟失。這是因?yàn)橐壕K內(nèi)部沒有發(fā)送/接收緩沖區(qū)。
圖3 AT89C2051與OCM4X8C的2線串行接口電路
6 OCM4X8C應(yīng)用實(shí)例
使用OCM4X8C的2線串行接口方式可大大簡化液晶顯示模塊與單片機(jī)之間的接口設(shè)計(jì)；同時(shí)，也使液晶顯示模塊顯示漢字變得極為容易，從而改變過去單片機(jī)系統(tǒng)人機(jī)界面不夠友好的弊端。AT89C2051單片機(jī)與OCM4X8C的接口電路如圖3所示。下面給出相應(yīng)顯示程序。
；位定義
SID BIT P1.0 ；串行數(shù)據(jù)線
SCLK BIT P1.1 ；串行時(shí)鐘線
；內(nèi)存數(shù)據(jù)定義
START EQU 30H ；起始字節(jié)
COM EQU 31H ；命令/數(shù)據(jù)
HDATA EQU 32H ；命令/數(shù)據(jù)字節(jié)高位
LDATA EQU 33H ；命令/數(shù)據(jù)字節(jié)低位
ASC EQU 34H ；ASCII數(shù)據(jù)單元
初始化子程序：
INILCM：LCALL DL40MS ；延時(shí)等待內(nèi)部復(fù)位
MOV COM，#30H ；使用8位控制界面
LCALL WRITE
MOV COM，#30H ；使用基本指令集
LCALL WRITE
MOV COM，#0CH
LCALL WRITE ；整體顯示ON
MOV DL1MS
MOV COM，#01H ；清屏
LCALL WRITE
LCALL DL40MS
MOV COM，#06H ；顯示右移
LCALL WRITE
LCALL DL1MS
RET
模塊寫入子程序：
WRITE：MOV A，COM ；送待發(fā)數(shù)據(jù)命令A(yù)
MOV A，#0F0H ；屏蔽低4位
MOV HDATA，A ；將高4位送HDATA單元
MOV A，COM ；取低4位
SWAP A ；高低4位互換
MOV A，#0F0H
MOV LDATA，A ；將低4位送LDATA單元
MOV A，START ；取起始字節(jié)
LCALL SENDBYTE ；發(fā)送
LCALL DL1MS ;延時(shí)1ms
MOV A，HDATA
LCALL SENDBYTE
LCALL DL1MS
MOV A，LDATA
LCALL SENDBYTE
LCALL DL1MS
RET
顯示漢字子程序：
HZDISP：
MOV START，#0F08H 寫入命令
MOV COM，#80H 設(shè)定顯示位置
LCALL WRITE
MOV DPTR，#TABLE 指向文字型代碼表
MOV A，#00H 取漢字代碼低位
LOOP2：MOVC A,A+@DPTR
CJNE A,#0,DISP ;遇“0”結(jié)束顯示
RET 寫完一行則結(jié)束
DISP：MOV START，#0FAH ；寫數(shù)據(jù)
MOV COM，A
LCALL WRITE ；寫入顯示模塊
INC DPTR ；取漢字代碼高位
AJMP LOOP2 ；未顯示完則繼續(xù)
TABLE：DB“中文圖形點(diǎn)陣”，0；漢字代碼表
DB“液晶顯示模塊”，0；
串行字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送子程序：
SENDBYTE：MOV R7，#08H ；發(fā)送8位
LOOP1：RLC A
MOV SID，C ；數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)線
CLR SCLK ；產(chǎn)生同步時(shí)鐘
SETB SCLK
DJNZ R7，LOOP1 ；未發(fā)送完8位繼續(xù)
RET
結(jié)語
由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。
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