C8051F00x與HCMS 2964顯示屏的串行接口

引言

HCMS2964是AGILENT TECHNOLOGIES公司生產(chǎn)的新一代點(diǎn)陣顯示屏。該產(chǎn)品內(nèi)部自帶CMOS集成電路，可驅(qū)動(dòng)LED，并可直接與處理器串行連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。由于其亮度調(diào)節(jié)方便快捷，故可廣泛地應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)和單片機(jī)控制的儀表、儀器和飛行模擬設(shè)備領(lǐng)域中，本文介紹了HCMS2964的顯示原理和顯示屏的驅(qū)動(dòng)方式、亮度調(diào)節(jié)以及基層軟件的設(shè)計(jì)方案。

1 HCMS 2964顯示屏

HCMS2964模塊為雙列直插封裝，每一個(gè)HCMS2964都有12個(gè)引腳以及內(nèi)部晶陣和寄存器。HCMS2964它通過CMOS刷新電路來驅(qū)動(dòng)四個(gè)發(fā)光的字符塊，每個(gè)字符的尺寸是1.8 cm×1 cm，這些字符是由5column×8row共40 bit點(diǎn)寄存器首尾相連而成的，其中row0沒有用到，因而不會(huì)發(fā)光，所以，每個(gè)字符實(shí)際由35個(gè)點(diǎn)像素組成。

HCMS2964有兩個(gè)獨(dú)立的控制寄存器，可通過改變寄存器的內(nèi)容來設(shè)置HCMS2964模塊的屬性。其中控制寄存器0用于PWM亮度脈寬調(diào)節(jié)、峰值電流強(qiáng)度設(shè)定(亮度調(diào)節(jié))以及睡眠模式控制等?？刂萍拇嫫?則用于設(shè)置數(shù)據(jù)輸出方式和晶陣選擇模式(選擇為品陣頻率或晶陣頻率的1／8)。每個(gè)顯示模塊中的160bit點(diǎn)寄存器的內(nèi)容和驅(qū)動(dòng)LED的關(guān)系是對應(yīng)且唯一對應(yīng)的，故可直接對點(diǎn)寄存器置1或0，并通過內(nèi)部IC電路來控制點(diǎn)陣上燈像素的亮或暗，從而形成相應(yīng)的字符。

2 系統(tǒng)硬件接口設(shè)置

HCMS2964的輸入引腳應(yīng)經(jīng)過上拉后與單片機(jī)的I／O口相連，其中主要的控制引腳有RS、CE、CLK，設(shè)計(jì)時(shí)可分別與C8051F00x的P1.0、P1.1、P1.2相對應(yīng)，其中RS用于選擇點(diǎn)陣顯示寄存器(L)或命令寄存器(H)，具體的時(shí)序是在寫顯示數(shù)據(jù)之前須將CE拉低，由RS選擇相應(yīng)的寄存器。輸入時(shí)鐘用于寫點(diǎn)陣寄存器或命令寄存器，可在上升沿觸發(fā)數(shù)據(jù)讀入。在數(shù)據(jù)傳人的整個(gè)過程中，CE要始終保持低電平，最后通過CLK時(shí)鐘為低電平、CE為高(點(diǎn)寄存器)或上升沿(命令寄存器)來鎖存數(shù)據(jù)顯示輸出。

3 級聯(lián)

級聯(lián)主要用于擴(kuò)展系統(tǒng)的顯示部分，以便把更多的顯示設(shè)備掛在串行擴(kuò)展接口線上。設(shè)計(jì)時(shí)可以通過單片機(jī)來控制片選信號(hào)輸入端，通常把多個(gè)片選信號(hào)接在一起統(tǒng)一控制。每個(gè)顯示模塊的輸出引腳連接下一個(gè)顯示屏的輸入引腳，便可實(shí)現(xiàn)多個(gè)顯示模塊的級聯(lián)，一般地，在多模塊級聯(lián)顯示系統(tǒng)中，第一個(gè)顯示模塊用于控制最左端的四個(gè)字符，最后一個(gè)顯示模塊用于控制最右端的四個(gè)字符，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換寄存器的長度是160位×N(N的個(gè)數(shù)為級聯(lián)的個(gè)數(shù))，每個(gè)模塊的位置0都是(N-1)×160位，依次順延。

要注意的是，級聯(lián)中的多個(gè)顯示模塊的控制寄存器是相互獨(dú)立的，因此，在對顯示模塊進(jìn)行屬性的統(tǒng)一設(shè)置時(shí)，要對每個(gè)顯示模塊的控制寄存器寫入相同的控制字。

CE、RS、BL、RST、CLK五根控制總線最終應(yīng)連接到C8051f00×的I／O線。從口線出來的DIN連接到最左端的模塊，DOUT線則連接下一個(gè)顯示模塊的DIN，最后一個(gè)模塊的DOUT空閑。每個(gè)模塊均可用內(nèi)部晶陣或外部晶陣。本系統(tǒng)最左端模塊的SEL高電平就是由IC內(nèi)部晶陣(MASTER)產(chǎn)生的，其它模塊的SEL低電平則接受來自左端模塊的晶陣(SLAVE)，本系統(tǒng)可通過OCS總線完成晶陣傳輸。

4 40級亮度調(diào)節(jié)

點(diǎn)陣式HCMS2964系列IC提供有兩種改變亮度的方式，分別是16級和4級的亮度調(diào)解，它們都是通過改變控制寄存器0來實(shí)現(xiàn)的。其中PWM亮度控制是利用控制字0的DO～D3并通過實(shí)時(shí)脈寬調(diào)節(jié)來改變點(diǎn)陣的亮度。一般PWM都通過調(diào)節(jié)晶體振動(dòng)的時(shí)鐘周期來調(diào)節(jié)脈寬大小，從而改變亮度。而峰值像素電流控制則是利用控制字0的D4和D5并通過改變四種峰值像素電流來改變點(diǎn)陣的亮度。

以上這兩種改變亮度的方式適于分級調(diào)亮，但實(shí)際上常常會(huì)遇到通過采集電位計(jì)的模擬量來實(shí)現(xiàn)持續(xù)調(diào)亮的情況，而此時(shí)上述兩種方式由于亮度采集只有16級或4級，各級之間電路中通過點(diǎn)光源的電流跳變很大，亮度階梯變化也較為明顯，而這種亮度階梯在視覺上會(huì)形成過于明顯的亮度突變，因而視覺效果較差。要使亮度調(diào)節(jié)變得連續(xù)柔和并更容易被人眼接受，只有增加調(diào)亮的級數(shù)，提高分辨率，才能模擬持續(xù)亮度調(diào)節(jié)所達(dá)到的效果。

由于D4-D5位(峰值像素電流)與D0-D3(PWM調(diào)亮)共占了控制字0的低六位，因此設(shè)計(jì)時(shí)可以想到把所有控制亮度的因素考慮進(jìn)來，并按照亮度打亂排序，重新組成4×16=64級階(即64個(gè)亮度等級)來改善調(diào)亮效果。在這里要說明的是，由于從000000H～111111H采集出來的亮度不是遞增的，故不要采集模擬量直接送入控制字的低六位，也不能將脈寬值與像素電流峰值簡單的累加計(jì)算來進(jìn)行亮度的對比，實(shí)驗(yàn)證明：MX=亮度這一公式只有當(dāng)M和X的其中一個(gè)作為常量，另一個(gè)為變量才成立，而不能應(yīng)用于兩個(gè)變量相乘。筆者已通過光學(xué)儀器的分析，把它們的光能從小到大排列起來，并篩選掉突變和相近的能量值，從而形成了一個(gè)40級軟件調(diào)光方案。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可分為顯示模塊、模擬量采集模塊、串口通信模塊三部分。其點(diǎn)陣系統(tǒng)控制字和顯示子程序如下：
 

6 結(jié)束語

本文給出的嵌入式處理器與點(diǎn)陣芯片進(jìn)行的串行數(shù)據(jù)傳輸顯示系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，無需增加引腳，系統(tǒng)易于擴(kuò)展，但通過對該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)：串行器件存在兩大問題：一是串行傳輸?shù)乃俣纫炔⑿懈?，二是串行傳輸要有一定的通訊協(xié)議，包括設(shè)備的迅通、數(shù)據(jù)的格式及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)與停止等。