介紹了一種彩色液晶智能控制系統的實現方案,該系統封裝了彩色液晶的所有外圍電路,增加了智能控制功能。
它通過通信端口和外設相連,使對液晶的各種繁瑣控制過程簡化為接收外設指令的過程;還可通過配套軟件和微機通信,實現漢字庫更新和預置畫面等功能。
彩色液晶顯示器是現代高新技術產品,它具有體積小、功耗低、無輻射、壽命長、超薄、防震防爆等特點。彩色液晶顯示器的出現,有力地推動了工控儀表、系統設備的微型化、節(jié)能化進程,為單片機等微處理器系統提供了完善的人機對話界面,具有LED和CRT顯示器所無法比擬的優(yōu)點。但在開發(fā)帶有液晶顯示設備的系統的過程中,用點陣操作顯示漢字和圖形圖像是非常繁瑣的工作,工作量很大、周期較長。為了減輕開發(fā)人員的負擔,提高開發(fā)效率,設計了彩色液晶智能控制系統,把繁瑣的顯示操作封裝起來,簡化為一套簡單易用的指令系統,只需通過接口向本系統發(fā)送簡單的指令,就可控制液晶顯示器的顯示,如畫曲線、顯示漢字和圖形圖像等。本系統為全數字化設計,顯示穩(wěn)定可靠,抗強電磁干擾,可用于機電、冶金、船舶、航空、鐵路、電力、通訊導航等領域的系統設備和智能儀表中。
1 系統硬件組成及工作原理
系統采用工業(yè)級AVR高速微處理器,內置二級字庫,通過串口或三態(tài)數據總線口接收控制命令數據, 自行對接收的命令和數據進行處理,實時顯示所需的各種曲線、中西文和圖形圖像。硬件原理框圖如圖1所示。
1.1 微處理器系統
微處理器是實現智能控制功能的核心部分,為了有效控制液晶顯示圖像的失真度,微處理器采用高速單片機AT90S8515(如果對顯示速度要求很高,例如顯示動畫等,可采用DSP芯片)。單片機系統上電后便處于實時接收命令狀態(tài),可完成和外設通信、對外設發(fā)送的命令進行解釋并執(zhí)行命令(如從漢字庫中取字模并在相應的位置顯示出來)、在適當位置畫線、顯示預置圖形和畫面等。
1.2 電源部分
外部+12V電源由電源接口引入,分為兩路,一路經過DC/DC變換后,產生直流偏置電源,為彩色液晶模塊提供所需電源;另一路經DC/AC變換后,產生高壓交流電,為液晶屏背光燈CCFL供電。
1.3 通信端口
通信端口包括總線口和串行口,外部設備通過通信端口和本控制系統進行電氣溝通,并發(fā)送相關指令,從而達到對液晶顯示的各種控制?？偩€口是一個并行口;串行口采用RS232電平標準,單片機的串行TTL電平經過SIO轉換后,變?yōu)镽S232標準電平(負邏輯),這里高電平變?yōu)?8V,低電平變?yōu)?V。它可以和微機等標準串口直接相連,進行串行通信。如果其它控制系統通過串行口和本系統相連,只需三條線就可控制液晶的顯示。
1.4 FLASH閃存
閃存由4片Am29F040B組成,每片Am29F040B包括512K字節(jié),共2M字節(jié)。第一片Am29F040B用來存儲漢字點陣和圖形數據,后三片共1.5M字節(jié)用來存儲圖像數據。液晶采用320×240分辨率的16位數字彩色液晶,RGB分量各包含5位,每點占用兩個字節(jié),1.5M可以存儲的滿屏圖像約10幅。由于Am29F040B的地址線多于微處理器的地址線,因此采用分頁技術進行處理,即把多出的地址線通過鎖存器與數據線相連,讀取數據前先向鎖存器寫入頁面地址數據,即選中該地址對應的頁,然后讀取該頁。用同樣的方法可以讀取其它頁,不同片子之間可以利用微處理器的空閑端口,通過控制Am29F040B的片選信號加以區(qū)分。應用這種方法可以擴充FLASH閃存達數G之多。
1.5 液晶驅動電路及顯存
液晶驅動電路主要對液晶點陣完成讀寫操作,并產生液晶接口所需要的行場掃描信號、時鐘信號及其它控制信號。由于時序邏輯關系相當復雜,這里采用了復雜可編程邏輯芯片CPLD進行編程控制。外部總線對顯存進行讀寫操作,就可以對屏幕相應象素的顏色與亮度進行控制。
2 系統軟件
軟件實質上是一個通信程序,實時接收和執(zhí)行串口和總線口發(fā)來的命令。接收程序用匯編語言編寫。串口通信采用一位起始位、一位停止位、8位數據位、無較驗位的異步串行通信方式;總線口為并行口,數據發(fā)來時,引起中斷,在中斷子程序中,讀取總線口數據。主程序和中斷程序流程圖如圖2所示。[!--empirenews.page--]
系統上電后,首先進行初始化,接著循環(huán)讀取緩沖區(qū)指針。若有數據,則讀取緩沖區(qū)數據,并對數據進行分析;若為命令就讀取完整的命令信息,并執(zhí)行命令。否則,就將讀取內容作為中西文字符顯示。命令主要有:畫線、畫矩形、畫橢圓、畫曲線、畫填充區(qū)域、中西文切換、光標跳轉、字庫更新及圖形圖像下載及顯示等。若有中斷發(fā)生,就進行中斷處理。外設引起的中斷共有兩個:串行中斷和總線口中斷,當有一個串行數據或總線口數據到達時,就會引發(fā)相應的中斷。這兩種中斷雖然入口地址不同,但它們實現的功能是完全一樣的,都是讀取外設傳來的數據,并將其放入緩沖區(qū)中。
從微機下載字庫或圖像文件時,數據量較大,在對板載接收程序編程時應注意對128字節(jié)緩沖區(qū)的操作要合理,否則會導致軟件系統的崩潰。緩沖區(qū)是作為環(huán)形隊列來使用的,主要應注意兩點:一是不要等緩沖區(qū)滿時才置DTR(見圖3)為“忙”狀態(tài),因為這樣正在傳輸的字節(jié)會丟失;二是當DTR出現一次“忙”后,緩沖區(qū)有較多空閑時,應使DTR信號變?yōu)椤伴e”,否則會因DTR信號變化太頻繁而使程序失控。這里的算法是,當緩沖區(qū)還有6個字節(jié)空閑時,置DTR有效(CPU“忙”),暫停通信;之后,當緩沖區(qū)降到64字節(jié)的閑余時,置DTR為“閑”,恢復通信。這樣,雖然下載速度稍微受點影響,但通信的可靠性大大增強了;另一方面,下載完數據后,本系統要脫機和其它微處理器連接使用,下載速度對本系統的使用無任何影響。
3 預置功能的實現
預置功能主要是通過微機的通訊程序,為液晶顯示器預先儲存漢字字庫、圖形或圖像,并可隨時更新漢字字庫、圖形或圖像,以便系統脫機和其它微處理器連用時,可以利用這些資源。當其它微處理器系統發(fā)送顯示預置資源命令時,本系統就會控制液晶顯示器來顯示相應的漢字點陣、圖形或圖像。存儲器采用非易失FLASH閃存,分為字庫、圖形和圖像三個區(qū)域。字庫存儲的是漢字字模的點陣,圖形存儲的是液晶圖形方式下的一些命令,圖像存儲的是BMP位圖點陣數據。
預置軟件是智能控制系統的配套軟件,用來下載PC機的圖形圖像到智能控制系統中,實現預置功能。它基于MSComm通信控件,采用VC++的MFC類庫編程,控件工作方式為查詢方式,可運行于Windows的所有操作系統中,通過微機串行口和本系統通信。連接關系如圖3所示。
由于通信距離較近,采用串行口直接相連方式。微機通信端口選擇COM1或COM2,它們是標準的RS232異步通訊接口。微機向智能控制系統發(fā)送數據,進行單工串行通信,在智能界面板載128字節(jié)的緩沖區(qū),采用了DSR硬件握手程序。在通訊過程中,如果智能控制系統的微處理器忙,它就會置DTR(微機的DSR)為RS232標準的低電平,微機暫停發(fā)送;等智能控制系統的微處理器閑時,它又置DSR為高,微機繼續(xù)發(fā)送數據。
字庫預置是把漢字字庫點陣下載到FLSH的字庫區(qū);圖形預置時,軟件會根據選擇的液晶屏型號,使預置視區(qū)和液晶屏分辨率相同。此時菜單項包括畫線、畫矩形、畫橢圓、畫曲線、畫填充區(qū)域及寫漢字等。用戶可選擇在視區(qū)繪制圖形或寫漢字的命令,然后按下發(fā)送命令,程序會在后臺把用戶繪制的圖形轉換為相應的智能控制系統能識別的命令傳送出去,之后智能控制系統的接收程序會把這些命令存儲到FLASH的圖形區(qū)內;圖像預置時,程序可以打開一副BMP無壓縮圖像,在圖像上有一個大小和位置可改變的矩形框,用來選定傳送圖像的區(qū)域,按下發(fā)送命令后,程序提取矩形框內圖像的寬高和點陣數據,傳送出去。
在對BMP圖像數據進行提取時,應注意以下幾點:第一,大多數BMP圖像點陣都是倒置的,起始點在左下角。第二,現在Windows操作系統下的位圖多為與設備無關的位圖,256色及以下位圖都帶有調色板,調色板每個顏色表示的三字節(jié)RGB分量按相反的順序排列,要注意調色板與位圖數據的正確對應關系。第三,要把顏色信息轉化為本系統能識別的信息。系統采用的液晶屏為16位色(用兩字節(jié)表示),對于24位真彩色,要把RGB分量由256個等級轉化為32個等級,即把每點的RGB分量分別除以8,再合為兩個字節(jié);對于256色及以下位圖,要先找到每點對應的調色板顏色表示的信息,然后按上面介紹的方法處理即可。這種方法雖然引入一些失真,但失真不大,完全滿足應用要求。
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