uPD16312在DVD視盤(pán)機(jī)VFD顯示電路中的應(yīng)用

DVD視盤(pán)機(jī)是繼VCD視盤(pán)機(jī)后又一個(gè)數(shù)字化產(chǎn)品。由于它具有高畫(huà)質(zhì)、高音效、多功能等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到廣大消費(fèi)者的歡迎。DVD視盤(pán)機(jī)在使用過(guò)程中有許多信息要通過(guò)前面板上的VFD(Vacuum Fluorescent Display)顯示出來(lái)，以方便用戶的使用。與VCD相比，DVD具有更多的功能選項(xiàng)，這使得播放DVD碟片時(shí)比播放VCD碟片時(shí)顯示的信息更豐富。而且目前的DVD視盤(pán)機(jī)一般都要求能兼容播放VCD、SVCD、CD碟片，所以播放這些種類碟片時(shí)要顯示的信息，DVD視盤(pán)機(jī)必須同樣能顯示出來(lái)，這些都對(duì)DVD視盤(pán)機(jī)的VFD顯示功能提出了更高的要求。uPD16312是一種VFD控制與驅(qū)動(dòng)芯片，它具有集成度高、外圍電路簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用它可組成DVD視盤(pán)機(jī)的VFD顯示電路。本文將對(duì)uPD16312的功能結(jié)構(gòu)、編程方法及其在DVD視盤(pán)機(jī)中的應(yīng)用做詳細(xì)的論述。
1 uPD16312的組成和性能特點(diǎn)
　　uPD16312是日本NEC公司生產(chǎn)的VFD控制與驅(qū)動(dòng)集成電路,主要用來(lái)完成對(duì)VFD器件的驅(qū)動(dòng)與控制。它具有11個(gè)段位輸出引腳，6個(gè)柵極輸出引腳，5個(gè)段位/柵極兩用輸出引腳。其內(nèi)部包括：一個(gè)顯示存儲(chǔ)器、一個(gè)控制電路和一個(gè)按鍵掃描電路。它通過(guò)一個(gè)由三根引線組成的串行接口與CPU或其它器件進(jìn)行通訊。其方框圖如圖1所示。

圖1中的顯示存儲(chǔ)器是用來(lái)存放顯示數(shù)據(jù)的。它由22個(gè)8bit的存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)單元都有一個(gè)地址，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖2我們可以看到，偶數(shù)地址的存儲(chǔ)單元(如0x00單元)的每一位與Seg1～Seg8段引腳一一對(duì)應(yīng)，奇數(shù)地址的存儲(chǔ)單元(如0x01 單元)的每一位與Seg9～Seg16 段引腳一一對(duì)應(yīng)。每?jī)蓚€(gè)相鄰的存儲(chǔ)單元構(gòu)成一個(gè)顯示字，這些顯示字與柵極引腳一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)某一柵級(jí)引腳被置為高電平時(shí)，存儲(chǔ)在與之相對(duì)應(yīng)的顯示字中的顯示內(nèi)容就被顯示出來(lái)。由于某一時(shí)刻uPD16312 只能輸出一個(gè)顯示字，所以要想使所有的顯示字都顯示出來(lái)，就必須采用時(shí)分復(fù)用的辦法，其時(shí)序圖如圖3所示。

uPD16312的主要性能特點(diǎn)如下：
　　(1)具有多種顯示模式，其顯示模式可在11段×11字到16段×4字的范圍內(nèi)選擇。
　　(2)具有按鍵掃描的功能，按鍵矩陣為6×4。
　　(3)顯示亮度可調(diào)，共有8個(gè)亮度級(jí)。
　　(4)具有高電壓輸出。
　　(5)具有一個(gè)4bit通用輸入口和一個(gè)4通道LED輸出口。
　　(6) 輸出端口不需要額外的上拉或下拉電阻。
　　值得一提的是，uPD16312除了可完成對(duì)VFD器件的驅(qū)動(dòng)與控制外，還具有鍵盤(pán)掃描等功能，而這些已超出了本文的討論范圍，在本文中將不做論述。
　　uPD16312是一個(gè)可編程器件。它的任何一種功能都需要對(duì)其編程后才能實(shí)現(xiàn)。由于uPD16312的外圍電路較簡(jiǎn)單，因此如何對(duì)其編程成了應(yīng)用的關(guān)鍵。要想對(duì)uPD16312正確編程，就必須了解它的控制命令以及向它傳送數(shù)據(jù)與命令的時(shí)序。
2 uPD16312的控制命令與串行口時(shí)序
2.1 uPD16312的控制命令
　　uPD16312有四條控制命令，它們是顯示模式命令、數(shù)據(jù)設(shè)置命令、地址設(shè)置命令和顯示控制命令。
　　顯示模式命令用來(lái)設(shè)置uPD16312的顯示模式。其命令的格式如圖4所示。圖4中，“－”表示該位可設(shè)置為任意值；b0、b1、b2的不同組合決定了所選的顯示模式，如表1所示。在芯片剛接通電源時(shí)，顯示模式的缺省設(shè)置為11字×11段模式。執(zhí)行該命令時(shí)顯示會(huì)被強(qiáng)行關(guān)閉。要想恢復(fù)顯示，必須執(zhí)行一次顯示控制命令，將顯示打開(kāi)。

數(shù)據(jù)設(shè)置命令用來(lái)設(shè)置數(shù)據(jù)寫(xiě)入與讀出的方式。其格式如圖5所示。圖5中，b0、b1兩位用來(lái)設(shè)置數(shù)據(jù)的傳輸方向。在向顯示存儲(chǔ)器寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，b0、b1應(yīng)設(shè)為“00”。b2位用來(lái)設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸方式。當(dāng)b2置為1時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入某一顯示存儲(chǔ)單元中，其地址由地址設(shè)置命令來(lái)設(shè)置，寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，地址不變化。當(dāng)b2設(shè)置為0時(shí)，數(shù)據(jù)以地址增量的方式進(jìn)行傳輸，即數(shù)據(jù)寫(xiě)入顯示存儲(chǔ)器的某一存儲(chǔ)單元后，其地址自動(dòng)加1，這意味著在這種方式下可以向顯示存儲(chǔ)器的某一存儲(chǔ)單元段連續(xù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。b3位用來(lái)設(shè)置測(cè)試方式。當(dāng)b3置為1時(shí)，芯片工作在測(cè)試方式，當(dāng)b3置為0時(shí)，芯片處于正常工作方式。在芯片剛接通電源時(shí)，芯片處于正常工作方式且數(shù)據(jù)以地址增量方式傳輸。
　　地址設(shè)置命令用來(lái)設(shè)置要寫(xiě)入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元地址，其命令格式如圖6所示。圖6中，b0、b1、b2、b3、b4五位用來(lái)設(shè)置存儲(chǔ)單元地址，其范圍為0x00H～0x15H。當(dāng)寫(xiě)入地址超出這一范圍時(shí)，數(shù)據(jù)將不被寫(xiě)入。在芯片剛接通電源時(shí)，地址的缺省設(shè)置為0x00H。
　　顯示控制命令用來(lái)控制顯示的開(kāi)與關(guān)以及顯示亮度，其命令格式如圖7所示。圖7中，b3位用來(lái)控制顯示的開(kāi)與關(guān)。當(dāng)b3置為0時(shí)，顯示被關(guān)閉；當(dāng)b3置為1時(shí)，顯示被打開(kāi)。b0、b1、b2三位用來(lái)控制柵極脈沖寬度，如表2所示。uPD16312通過(guò)對(duì)柵極脈沖寬度的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示亮度的控制。當(dāng)芯片剛接通電源時(shí)，顯示處于關(guān)狀態(tài)，柵極脈沖寬度為T(mén)DISP。

2.2串行接口的時(shí)序
　　uPD16312是通過(guò)一個(gè)串行接口與CPU及其它器件進(jìn)行通訊的，其串行接口的時(shí)序如圖8所示。圖8中，只有當(dāng)STB為低電平時(shí)，uPD16312方可從Din上讀取數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)讀取是在CLK信號(hào)上升沿到來(lái)時(shí)進(jìn)行的。uPD16312的控制命令必須在STB剛由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)傳輸。只有在給uPD16312傳輸完一條命令后，方可向uPD16312的顯示存儲(chǔ)器寫(xiě)入數(shù)據(jù)，對(duì)uPD16312的編程實(shí)際上就是指根據(jù)系統(tǒng)的需要正確地向uPD16312寫(xiě)入命令和顯示數(shù)據(jù)。

3 uPD16312在VFD顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1系統(tǒng)的組成
　　在我們所開(kāi)發(fā)的DVD視盤(pán)機(jī)中，VFD系統(tǒng)主要由SH7043、uPD16312、VFD顯示器件及少量的分立器件組成，其系統(tǒng)框圖如圖9所示。其中SH7043是日立公司的微處理器。由于SH7043中沒(méi)有與uPD16312相匹配的串行接口，所以將其端口D中的PD29、PD30、PD31引腳作為與uPD16312 進(jìn)行通訊的端口，用來(lái)傳送指令和數(shù)據(jù)。其中PD29與uPD16312的STB引腳相連，PD30與uPD16312的DIN引腳相連，PD31與uPD16312的CLK引腳相連。在本系統(tǒng)中，VFD顯示器件采用FUTABA的熒光顯示管。它具有6個(gè)柵極和16個(gè)陽(yáng)極，顯示的字符共有三種顏色，可顯示的內(nèi)容十分豐富，完全能滿足DVD視盤(pán)機(jī)對(duì)VFD顯示的要求。由于所采用的VFD顯示器件是6Grid×16Anode類型的，所以u(píng)PD16312在具體應(yīng)用時(shí)，要設(shè)置成6字×16段模式。這時(shí)，uPD16312的Pin28～Pin31、Pin26要做為柵極引腳使用。整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路較為簡(jiǎn)單，其軟件編程相對(duì)復(fù)雜一些。

3.2 VFD顯示程序的編制
　　我們開(kāi)發(fā)的DVD控制軟件是在SH7043專用開(kāi)發(fā)環(huán)境下編制的。VFD顯示功能主要由zdisp.c和pda_vfd.c模塊完成。程序運(yùn)行時(shí)首先進(jìn)行初始化，在初始化過(guò)程中要完成對(duì)SH7043相應(yīng)I/O端口D設(shè)置，以及為程序中使用的一些變量設(shè)置初始值，其中最重要的一項(xiàng)工作是對(duì)uPD16312進(jìn)行初始化設(shè)置，這部分工作由模塊pda_vfd.c中的子程序vfd_init()完成，其程序流程圖如圖10所示。初始化完成后，zdisp.c任務(wù)模塊和pda_vfd.c任務(wù)模塊均處在等待接收“event”狀態(tài)。系統(tǒng)其它模塊如果有信息要顯示，就向zdisp.c模塊發(fā)送相應(yīng)的“event”。zdisp.c模塊接到系統(tǒng)其它模塊發(fā)給它的“event”后，就對(duì)要顯示的信息進(jìn)行分析處理，得到一組符合VFD顯示器件字符編碼要求的數(shù)據(jù)，然后向pda_vfd.c模塊發(fā)出“event ”。模塊pda_vfd.c接到zdisp.c發(fā)給它的“event”后，就通過(guò)由PD29、PD30、PD31三引腳組成的串行口將指令和數(shù)據(jù)寫(xiě)入到uPD16312中去，驅(qū)動(dòng)VFD顯示器件顯示出正確的信息。
　　從上述工作過(guò)程可以看出，模塊zdisp.c主要是將要顯示的信息處理成符合VFD顯示器件字符編碼規(guī)則的一組數(shù)據(jù)。在模塊zdisp.c中完成這一功能的子程序是vdsp_req()，其流程圖如圖11所示。由圖11可知，需要VFD顯示的信息可分為6種，這6種信息分別由6個(gè)子程序進(jìn)行處理。下面以子程序vdsp_req_disc()為例說(shuō)明如何將要顯示的信息轉(zhuǎn)換成符合VFD顯示器件字符編碼規(guī)則的數(shù)據(jù)。

在模塊zdisp.c中，定義數(shù)組vfd_disp_buf[ ]用來(lái)存放處理好的數(shù)據(jù)，該數(shù)組與uPD16312中的顯示存儲(chǔ)器一一對(duì)應(yīng)。子程序vdsp_req_disc( )主要完成的工作是對(duì)碟片種類顯示信息進(jìn)行處理。由于VFD顯示器件上各種字符的編碼規(guī)則不同，對(duì)各種顯示信息的處理方式也有所不同。有些信息的處理是對(duì)vfd_disp_buf[ ]數(shù)組中相應(yīng)某一元素的某一位置位，如對(duì)“VCD”、“DVD”等信息的處理就是這樣；有些信息，如“cd”、“NO DISC″等信息，則要按照VFD顯示器件字符編碼規(guī)則的要求進(jìn)行編碼，將得到的一組代碼存入數(shù)組vfd_disp_buf[ ]中相應(yīng)的元素中。子程序vdisp_req_disc( )的流程圖如圖12所示。

處理好的信息存入vfd_disp_buf[ ]后，接下來(lái)的工作就是把數(shù)組vfd_disp_buf[ ]中的數(shù)據(jù)傳送到uPD16312的顯示存儲(chǔ)器中去。這部分工作是由模塊pda_vfd.c完成的，其程序流程圖如圖13所示。圖13中，子程序vfd_byte_set( )的作用是按照uPD16312串行口的時(shí)序向uPD16312顯示存儲(chǔ)器中傳輸一個(gè)8位的顯示數(shù)據(jù)或命令，其流程圖如圖14 所示。圖14中，data中存放要傳輸?shù)?位數(shù)據(jù)或命令。利用子程序vfd_byte_set( )可及時(shí)地刷新uPD16312顯示存儲(chǔ)器中所用到的各個(gè)顯示單元，從而使VFD顯示出正確的信息。

目前，本公司研制開(kāi)發(fā)的DP2000型DVD視盤(pán)機(jī)中已采用了uPD16312作為其VFD顯示電路的核心芯片。該機(jī)型已批量投產(chǎn)，并已在公司內(nèi)通過(guò)高低溫老化試驗(yàn)、安全試驗(yàn)及電磁兼容測(cè)試。這充分證明了 uPD16312是一種可靠性高、實(shí)用性好的集成電路，完全能滿足DVD視盤(pán)機(jī)對(duì)VFD顯示驅(qū)動(dòng)控制芯片的要求。