基于MC9S08AW32和HT1621家電液晶顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：根據(jù)液晶驅(qū)動芯片HTl621的性能特點(diǎn)和組成結(jié)構(gòu)，結(jié)合飛思卡爾微控制器MC9S08AW32，論述了一種家電液晶顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對HT1621在該液晶顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用做了詳細(xì)論述，重點(diǎn)闡述了該系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)過程，并給出了硬件接口框圖和軟件流程圖。該液晶顯示系統(tǒng)具有顯示穩(wěn)定，功耗低，界面友好等優(yōu)良性能，并且節(jié)省了微控制器I/O口資源。
關(guān)鍵詞：MC9S08AW32；HT1621；家電；液晶顯示；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)

0 引 言
    液晶顯示系統(tǒng)是家電控制系統(tǒng)的重要組成部分。家電液晶顯示系統(tǒng)通過液晶顯示模塊(Liquid Crys-tal Display)將其工作狀態(tài)和時(shí)間等重要信息顯示出來，用戶根據(jù)這些信息下達(dá)操作指令到微控制器進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對家電功能的控制。液晶顯示模塊不僅可以生動地顯示圖形、漢字及字符，而且功耗小，工作電壓低，因此在現(xiàn)代家電產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛。家電液晶顯示系統(tǒng)主要包括液晶顯示模塊LCD、背光源、液晶驅(qū)動芯片HT1621、飛思卡爾微控制器MC9S08AW32和按鍵模塊等。在此，根據(jù)HT1621的性能特點(diǎn)、組成結(jié)構(gòu)和編程方法，結(jié)合MC9S08AW32，對HT1621在家電液晶顯示系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用作了詳細(xì)論述，闡述了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)過程，并給出了該系統(tǒng)的硬件接口框圖和軟件流程圖。

1 液晶驅(qū)動芯片HT1621介紹
1．1 HT1621的特性
    HTl621是臺灣盛群(HOLTEK)公司推出的128段(32×4)內(nèi)置存儲器的多功能驅(qū)動器，可以驅(qū)動多段LCD字符是其主要特征。HTl621可以構(gòu)成LCD顯示模塊和顯示系統(tǒng)，與微控制器的通信僅需要3～4根，同時(shí)它還包括了一個(gè)省電命令，有效地減少了系統(tǒng)的功耗。HTl621是48引腳的SSOP封裝，具有很多優(yōu)良的特性，其主要特性如下：
    (1)工作電壓2．4～5．2 V；
    (2)內(nèi)嵌256 kHz RC振蕩器；
    (3)節(jié)電命令可用于減少功耗；
    (4)一個(gè)32×4段的LCD驅(qū)動器；
    (5)一個(gè)內(nèi)嵌的32×4位顯示RAM內(nèi)存；
    (6)三種數(shù)據(jù)訪問模式。
1．2 HT1621內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    HT1621內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括顯示內(nèi)存(RAM)、系統(tǒng)振蕩器、看門狗定時(shí)器、聲音發(fā)生器和LCD驅(qū)動器等。下面僅介紹與該設(shè)計(jì)相關(guān)的顯示內(nèi)存(RAM)和LCD驅(qū)動器。
1．2．1 顯示內(nèi)存(RAM)
    靜態(tài)顯示內(nèi)存RAM，以32×4位的格式儲存所顯示的數(shù)據(jù)。RAM的數(shù)據(jù)可直接映射到LCD驅(qū)動器；RAM中存儲的數(shù)據(jù)可用READ，WRITE和READ-MODIFY-WRITE命令訪問。圖1是從RAM到LCD驅(qū)動器的映像。

1．2．2 LCD驅(qū)動器
    HT1621是一個(gè)128段(32×4)的LCD驅(qū)動器。它可由軟件配置成1／2或1／3的LCD驅(qū)動器偏壓和2，3或4個(gè)公共端口。這一特性使HT1621適用于多種LcD應(yīng)用場合。LCD驅(qū)動時(shí)鐘由系統(tǒng)時(shí)鐘分頻產(chǎn)生；LcD驅(qū)動時(shí)鐘的頻率值保持為256 Hz，由頻率為32．768 kHz的晶振、片內(nèi)Rc振蕩器或外部時(shí)鐘產(chǎn)生；LcD驅(qū)動器相關(guān)命令參見表1。

    粗體100即“100”表示命令模式類型。如果執(zhí)行連續(xù)的命令，除了第一個(gè)命令，其他命令的模式類型碼將被忽略。LCDOFF命令使LCD偏壓發(fā)生器失效，從而關(guān)閉LCD顯示；LCD ON命令使LCD偏壓發(fā)生器有效，從而打開LCD顯示。BIAS&COM是LCD模塊的相關(guān)命令，可以使HT1621與大多數(shù)LCD模塊相兼容。
1．3 HTl621命令格式
    HT1621可以用軟件設(shè)置。兩種模式的命令可以配置HTl621和傳送LCD所顯示的數(shù)據(jù)。HTl621的配置模式稱為命令模式，命令模式類型碼為100。命令模式包括系統(tǒng)配置命令，系統(tǒng)頻率選擇命令，LCD配置命令，聲音頻率選擇命令，定時(shí)器／WDT設(shè)置命令和操作命令。
    數(shù)據(jù)模式包括READ，wRITE和READ-MODI-FY-WRITE操作，表2是數(shù)據(jù)和命令模式類型碼表。模式命令應(yīng)在數(shù)據(jù)或命令傳送前運(yùn)行。如果執(zhí)行連續(xù)的命令，命令模式代碼即100，將被忽略。當(dāng)系統(tǒng)在不連續(xù)命令模式或不連續(xù)地址數(shù)據(jù)模式下，端口CS應(yīng)設(shè)為“1”，而且先前的操作模式將復(fù)位。當(dāng)端口CS返回“0”時(shí)，應(yīng)先運(yùn)行新的操作模式類型碼。

2 液晶顯示系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)
2．1 MC9S08AW32微控制器
    MC9S08Aw32微控制器是美國飛思卡爾半導(dǎo)體公司開發(fā)的基于高性能HCS08核的系列成員之一。它包含眾多有價(jià)值的特性，如20 MHz內(nèi)部總線頻率，32 KB片上在線可編程FLASH存儲器，2 KB片上RAM，靈活而無需外部元件的內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，低壓檢測、高性能的模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，串行通信模塊等。即使在各類惡劣環(huán)境下，MC9S08Aw32亦可達(dá)到極佳的EMC性能。
2．2 硬件接口電路
    液晶顯示系統(tǒng)硬件接口電路主要包括微控制器MC9S08Aw32、液晶顯示模塊LCD、背光源、液晶驅(qū)動芯片HT1621和按鍵模塊以及電阻、電容元器件等，如圖l所示。

    圖1中，微控制器Mc9S08AW 32的PTC0～PTC2端口分別接液晶驅(qū)動芯片HT1621的片選信號端口(CS)、“寫”信號控制端口(WR)和數(shù)據(jù)信號端口(DATA)，并分別接上拉電阻到高電平(Vcc)。由于不需要對HT1621進(jìn)行“讀”操作，“讀”信號控制端口(RD)只需通過上拉電阻接到高電平(Vcc)。M(29S08AW32的PTE0～PTE7端口接鍵盤模塊；PTC3端口接NPN晶體管，以控制背光板。液晶驅(qū)動芯片HT1621的COM0～COM3端口分別與LCD的COMl～cOM4端口相連；SEGO～SEG31端口分別與LCD的SEG1～SEG32端口相連。當(dāng)LCD的顯示段碼數(shù)少于128(32×4)時(shí)，將HTl621剩余的驅(qū)動端口置空。該設(shè)計(jì)采用的LCD有4個(gè)公共端口和32×4個(gè)段碼。

3 液晶顯示系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)
    微控制器MC9S08AW32通過三個(gè)端口即PTC0PTC2分別與HTl621的“CS”、“WR”和“DATA”相連，實(shí)現(xiàn)對液晶驅(qū)動芯片“寫”命令和數(shù)據(jù)的控制?！癈S”是HT1621的片選信號端VI，當(dāng)“CS”為低電平和作為輸入時(shí)，“讀／寫”HT1621的數(shù)據(jù)和命令有效?！癉ATA”是串行數(shù)據(jù)輸入／輸出端口，“讀／寫”數(shù)據(jù)和“寫”命令通過“DATA”進(jìn)行?！癢R”是寫時(shí)鐘輸入端口，當(dāng)“WR”信號為E升沿時(shí)，端El“DATA”上的數(shù)據(jù)地址和命令被寫入HT1621上相應(yīng)的RAM區(qū)。在微控制器初始化過程中，設(shè)定PTE0～PTE7為輸入口。MC9S08AW32通過掃描這些端口的狀態(tài)來檢測、判斷是否有按鍵按下，并通過MC9S08AW32對HT1621進(jìn)行“寫”操作使LCD顯示相應(yīng)的功能。同時(shí)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，MC9S08AW32通過PTC3端口輸出高電平，NPN晶體管Q1導(dǎo)通，背光板K極拉低點(diǎn)亮。當(dāng)超過一定的時(shí)間無按鍵操作時(shí)，背光板關(guān)滅，以減小功耗。通過編程，當(dāng)有按鍵操作時(shí)，LCD可以閃爍顯示用戶要選家電的工作模式。若無按鍵操作，LCD顯示當(dāng)前的時(shí)間、工作狀態(tài)等信息。
3．1 HTl621的初始化及控制時(shí)序
    HTl621是可編程芯片。根據(jù)HT1621的命令和數(shù)據(jù)代碼，通過把下面的宏定義程序“寫”到HT1621，完成HTl621的初始化以及與“寫”數(shù)據(jù)和命令相關(guān)的模式的設(shè)置。

   
    圖2 是HT1621的“寫”命令和數(shù)據(jù)的信號時(shí)序圖。

    根據(jù)圖2“寫”命令和數(shù)據(jù)的信號時(shí)序圖，以及MC9S08AW32的端口定義，通過下面的賦值語句和宏定義，初始化MC9S08AW32對HTl621的三個(gè)控制端口為“輸出”，完成3個(gè)端口的高低電平設(shè)定。
   

3．2 軟件設(shè)計(jì)流程圖
    軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

4 結(jié) 語
    該設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于家電控制系統(tǒng)的顯示部分。液晶顯示系統(tǒng)是家電控制系統(tǒng)的重要組成部分。MC9S08AW32和HT1621都具有高性能、低功耗、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。目前，將兩者相結(jié)合，已經(jīng)成功應(yīng)用于電飯煲、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等家電液晶顯示系統(tǒng)。實(shí)踐證明，該顯示系統(tǒng)不僅顯示穩(wěn)定，功耗小，設(shè)計(jì)、使用方便，而且通過節(jié)省單片機(jī)I／O口，降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到工業(yè)上對顯示系統(tǒng)性能的要求。