ARM微控制器LPC210X的LCD接口技術(shù)
關(guān)鍵詞：ARM LPC210X LCD接口 串并轉(zhuǎn)換 CPLD
引言
Philips最近推出了其第一款基于ARM內(nèi)核的控制器LPC210X，但由于LPC210X外部總線不開放，無法擴展內(nèi)存、驅(qū)動液晶顯示器等，給它的推廣帶來了一定的影響。筆者最近在一工控板項目中采用了該系列芯片，項目后斯應(yīng)客戶要求需對幾個參量進行顯示并擴展鍵盤，不得已之下，采用了CPLD，并利用了GPIO口模擬總線和液晶時序與點陣圖形液日模塊HS12864-16建立了連接。下面詳細探討包括該種連接的三種接口方式。
1 LPC210X的GPI0口和HS12864-16A介紹
LPC210X控制器包含LPC2104、LPC2105、LPC2106，除了片內(nèi)靜態(tài)RAM不同外，其他完全相同。該系列器件具有32個GPIO口（P0.0～P0.31），沒有外部總線，大多GPIO口是復(fù)用口，所以它一般不適合連接大屏幕液晶顯示器，但驅(qū)動小規(guī)模液晶模塊進行工業(yè)控制上的參量顯示還是非常合適的。
GPIO包含四個寄存器，如表1所列。
表1 配置GPI0口的四個寄存器
| 名 稱 | 地 址 |
描 述 |
| IOPIN | 0xE0028000 | 引腳值寄存器，引腳當(dāng)前狀態(tài)都從該寄存器讀出 |
| IOSET | 0xE0028004 | 輸出置位寄存器，只能寫1，對應(yīng)引腳輸出高電平 |
| IOCLR | 0xE0028008 | 輸出清零寄存器，只能寫1，對應(yīng)引腳輸出低電平 |
| IODIR | 0xE002800C | 方向控制寄存器。控制每個I/O方向 |
另外GPIO口還包含兩個引腳連接模塊寄存器PINSEL0、PINSEL1，用來為32個引腳配置I/O功能或其他特殊功能。
HS12864-16A是內(nèi)部不帶字符發(fā)生器的3V液晶模塊（LPC210X可直接驅(qū)動5V液晶模塊俁考慮到功耜耗，不贊成連接），其主要引腳如表2所列）。
表2 HS12864-16A引腳525252
| 引 腳 號 | 引 腳 名 稱 |
描 述 |
| 1、23、 | VSS、VDD、V0 | 電源（3.3V）、電源地、驅(qū)動負太 |
| 4 | D/I | 數(shù)據(jù)指令選擇 |
| 5 | R/W | 讀寫選擇 |
| 6 | E | 使能，R/W=0,下降沿鎖存DB7DB0 |
| 7～14 | DB0～DB7 | 數(shù)據(jù)線 |
| 15、16 | CS1、CS2 | 左、右半屏選擇 |
| 17 | RET | 復(fù)位，低電平復(fù)位 |
| 18 | Vout | LCD驅(qū)動負壓，-10V，分壓接3腳 |
| 19、20 | EN、NO | 背光電源 |
顯示屏由128×64點陣組成，共有64行，分為8頁，每頁8行，每行128列。寫指令規(guī)則如下：當(dāng)D/I=0、R/W=0，所有指令由傳輸?shù)綌?shù)據(jù)線的8位二進制數(shù)據(jù)決定，開顯示為0x3f，并顯示為0x3e，傳輸行、列地址由2低6位決定，傳輸頁地址為低3位決定。
2 三種接口設(shè)計
2.1 直接連接法
連接框圖如圖1所示。
該種方式占用GPIO口較多，對于要大量應(yīng)用GPIO口復(fù)用功能的系統(tǒng)并不合適。為便于說明，圖1將LPC210X的P0.0～P0.12選為連接的13個口，具體到設(shè)計系統(tǒng)中，可根據(jù)系統(tǒng)用到功能對應(yīng)GPIO口復(fù)用功能進行選取和配置。HS12864-16A的數(shù)據(jù)線為8條，所以存在于Flash中的字模也是按8位存的，可由字模軟件得出，傳輸數(shù)據(jù)進行顯示的時候要滿足以下時序：首先使D/I為高電平，R/W為低電平，接著將Flash里的某個8位二進制字模傳送到8個I/O口上，然后使能E模擬下降沿時序，把數(shù)據(jù)鎖存到液晶顯示器內(nèi)部的顯示存儲器中即可顯示。
程序由ADS1.2編譯器編譯。
GPIO口配置：
#define LCD_DI 0x00000100 ;指令選擇線P0.8
#define LCD_RW 0x00000200 //讀寫選擇線P0.9
#define LCD_E 0x00000400 //使能線P0.10
#define LCD_CS1 0x00000800 //左屏選擇線P0.11
#define LCD_CS1 0x00000800 //左屏選擇線P0.11
#define IO_USE 0x00001FFF //13個GPIO口傳輸方向
傳輸字模數(shù)值到液晶顯示器數(shù)據(jù)上的子程序如下：
void SendData(unsigned char date){
IOSET=data;
IOCLR=~data&0x000000FF;
}
備注：以上子程序為并行傳輸，也可以用串行移位進行傳輸，具體代碼如下：
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++){ //依次發(fā)送8位數(shù)據(jù)
if((data&0x80)!=0) //最高位為1，對應(yīng)口線置1
IOSET=IO_TURN;
Else
IOCLR=IO_TURN; //否則置0
data<<=1; //移到下一數(shù)據(jù)線
}
IO_TURN=0x00000080; //8位數(shù)據(jù)傳輸完畢后，仍然將P0.7設(shè)為起始線
}
下面以左半屏來說明如何在屏幕上任意顯示16×16點陣漢字。
傳送指令子程序如下：
void wcodel(unsigned char code){ //送指令
IOSET=LCD_CS1; //開左屏
IOCLR=LCD_CS2; //關(guān)右屏
IOCLR=LCD_RW; //寫選擇
IOCLR=LCD_DI; //指令選擇
SendData(code); //依次將指令代碼傳到數(shù)據(jù)線上
IOSET=LCD_E; //模擬使能E下降沿
IOCLR=LCD_E;
}
同理，只要把IOCLR=LCD_DI改為IOSET=LCD_DI便成傳送數(shù)據(jù)了。為便于區(qū)分，可將函數(shù)名改為wdata1（data）。
顯示左屏漢字子程序如下：
void hzleft(unsigned char page,unsigned charrow,unsigned char number){ //形參分別為頁、列、漢字序號
unsigned char i,j;
wcode1(0xc0); //設(shè)置12864從第1行顯示
wcode1(0x3f); //開顯示器
for(j=page;j<page+2;j++){
wcode1(row); //設(shè)置顯示列
wcode1(0xb8+j); //設(shè)置顯示頁
for(i=16*(j-page);i<16*(j+1-page);i++)//依次取字模傳輸
wdata1(hangzi[32*a+i]);
}
}
每個漢字字模由32個字節(jié)組成，前16個字節(jié)顯示漢字上半部分，后16個字節(jié)顯示漢字下半部分，構(gòu)成完整的16×16點陣。其中number代表存在Flash中的漢字排名序列號，只要把頁、列、漢字序號實參值傳到漢字顯示子程序中進行調(diào)用即可顯示漢字了。參考上面程序便能很方便地寫出字母、數(shù)字的顯示子程序。
程序中使用寄存器名稱時要先在頭文件中將其映射到對應(yīng)地址，如對IOSET做如下定義：
#define IOSET(*((volatile unsigned long *)0xE0028004))
其它類似。
另外，要定義設(shè)置引腳連接GPIO，以及GPIO方向設(shè)置。
PINSEL0=0xX0000000；//設(shè)置用到的13個引腳連接到GPIO，為X的根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)配置
PINSEL1=0xXXXXXXXX;
IODIR=IO_USE； //設(shè)置用到的13線方向為輸出
當(dāng)然，完整的應(yīng)用還必須包括ARM時鐘代碼、啟動代碼等。
2.2 串行轉(zhuǎn)換法
從上面可以看出，盡管用8個GPIO口模塊總線非常容易與液晶顯示器建立連接，但是占用口線太多。為節(jié)省口線，可以考慮加入串入并出的移位寄存器74HC595，用LPC210X的GPIO口復(fù)用SPI功能或直接用GPIO口模擬SPI功能進行驅(qū)動，后者更加方便。下面用這種方式進行說明，同樣為方便，選用了連續(xù)的GPIO口P0.0～P0.7,具體設(shè)計系統(tǒng)要按實現(xiàn)情況進行配置，框圖如圖2所示。
該種方法通過3個GPIO口模擬SPI對74HC595進行控制，驅(qū)動液晶數(shù)據(jù)顯示。
模擬SPI的GPIO口配置如下：
#define SPI_CLK 0x00000001 //時鐘線為P0.0
#define SPI_DATA 0x00000002 //傳輸數(shù)據(jù)線為P0.1
#define SPI_CS 0x00000004 //74HC595選通線為P0.2
傳輸字模數(shù)值到數(shù)據(jù)線上的子程序：
void SendData(unsigned char date){
unsigned char i;
IOCLR=SPI_CS; //SPI_CS=0
for(i=0;i<8;i++){ //依次發(fā)送8位數(shù)據(jù)
IOCLR=SPI_CLK; //SPI_CLK=0
if((date&0x80)!=0) //傳輸最高位
IOSET=SPI_DATA;
Else
IOCLR=SPI_DATA;
date<<=1;
IOSET=SPI_CLK; //SPI_CLK=1
}
IOSET=SPI_CS; //SPI_CS=1
}
其它程序與方法1類似。有了以上子程序，就可以很方便地加以調(diào)用，進行液晶驅(qū)動顯示。
2.3 CPLD分部連接法
CPLD是大規(guī)模邏輯器件，對于LPC210X的復(fù)雜應(yīng)用顯得非常重要，筆者的項目是用它來擴展外部接口的，LCD應(yīng)用只是其中一部分，連接圖如圖3所示。
共占用9線，為說明方便，也選用了連續(xù)的GPIO口。該方法把一個字節(jié)字模分成高4位和低4位，分別通過P0.0～P0.3傳送。在CPLD里設(shè)計一個4位鎖存器，當(dāng)高4位傳送完畢后，鎖存器進行鎖存，然后發(fā)送低4位，接著由P0.4選通鎖存器，將8位數(shù)據(jù)同時送出，這樣節(jié)省了4個GPIO口；另外由P0.5通過CPLD直接控制CS1和CS2，也節(jié)省了1個GPIO口。LPC210X程序參照方法1很容易寫出，只是注意這里是分兩次、每次4位傳送，以及每次傳送要改變P0.4的狀態(tài)。CPLD采用了Xilinx XC9500系列的XC9572，程序用Verilog-HDL語言編寫，其中數(shù)據(jù)分部傳送程序設(shè)計如下：
module latch(out_high,out_low,data,enable);//定義模塊latch
output[3:0]out_high; //定義輸出口高4位
output[3:0]out_low; //定義輸出口低4位
input enable; 定義鎖存選通信號
reg[3:0] out_high;
reg[3:0]out_low;
reg[3:0]lock; //定義鎖存寄存器
always@(enable or data)
begin
if(!enable) //低電平鎖存
lock<=data;
else //高電平開通鎖存 ，輸出8位
begin
out_high=lock;
out_low=data;
end
end
endmodule
至于P0.5選通CS1、CS2，在另一always塊中用ifelse語句進行判斷就可以了。
程序設(shè)計完成后，在WEBPACK中對用到的引腳進行分配與鎖定，然后編譯。如果需要仿真的 埃?鴕?杓貧ゲ鬮件，可使用Xilinx公司推出的免費仿真軟件MODELSIM。
對于上面的第二種方法，也可以考慮用CPLD設(shè)計稱位存儲器及時序控制。在復(fù)雜應(yīng)用中，加上CPLD不但可以令設(shè)計簡化，還可以使系統(tǒng)性能大大增加。
結(jié)語
對于無外部總線的Philips LPC210X，只能通過GPIO口模擬部連接液晶顯示器。但在設(shè)計過程中，可以考慮通過串行轉(zhuǎn)換或CPLD分部連接的方法減少GPIO口的使用，以便充分利用LPC210X的資源。不過沒有總線畢竟有所束縛，好在Philips即將推出的LPC22X4系列控制器開放了外部總線，相信當(dāng)這款芯片推出后，必將得到更多的關(guān)注。
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