ARM微控制器LPC210X的LCD接口技術

關鍵詞：ARM LPC210X LCD接口 串并轉換 CPLD

引言

Philips最近推出了其第一款基于ARM內核的控制器LPC210X，但由于LPC210X外部總線不開放，無法擴展內存、驅動液晶顯示器等，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，除了片內靜態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口是復用口，所以它一般不適合連接大屏幕液晶顯示器，但驅動小規模液晶模塊進行工業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

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是內部不帶字符發生器的3V液晶模塊（LPC210X可直接驅動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

顯示屏由12864點陣組成，共有64行，分為8頁，每頁8行，每行128列。寫指令規則如下：當D/I=0、R/W=0，所有指令由傳輸到數據線的8位二進制數據決定，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，對于要大量應用GPIO口復用功能的系統并不合適。為便于說明，圖1將LPC210X的P0.0～P0.12選為連接的13個口，具體到設計系統中，可根據系統用到功能對應GPIO口復用功能進行選取和配置。HS12864-16A的數據線為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，傳輸數據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，把數據鎖存到液晶顯示器內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

傳輸字模數值到液晶顯示器數據上的子程序如下：

void SendData(unsigned char date){

IOSET=data;

IOCLR=~data0x000000FF;

}

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;i8;i++){ //依次發送8位數據

if((data0x80)!=0) //最高位為1，對應口線置1

IOSET=IO_TURN;

Else

IOCLR=IO_TURN; //否則置0

data=1; //移到下一數據線

}

IO_TURN=0x00000080; //8位數據傳輸完畢后，仍然將P0.7設為起始線

}

下面以左半屏來說明如何在屏幕上任意顯示1616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據線上

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便成傳送數據了。為便于區分，可將函數名改為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); //設置12864從第1行顯示

wcode1(0x3f); //開顯示器

for(j=page;jpage+2;j++){

wcode1(row); //設置顯示列

wcode1(0xb8+j); //設置顯示頁

for(i=16*(j-page);i16*(j+1-page);i++)//依次取字模傳輸

wdata1(hangzi[32*a+i]);

}

}

每個漢字字模由32個字節組成，前16個字節顯示漢字上半部分，后16個字節顯示漢字下半部分，構成完整的1616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，要定義設置引腳連接GPIO，以及GPIO方向設置。

PINSEL0=0xX0000000；//設置用到的13個引腳連接到GPIO，為X的根據應用系統配置

PINSEL1=0xXXXXXXXX;

IODIR=IO_USE； //設置用到的13線方向為輸出

當然，完整的應用還必須包括ARM時鐘代碼、啟動代碼等。

2.2 串行轉換法

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口復用SPI功能或直接用GPIO口模擬SPI功能進行驅動，后者更加方便。下面用這種方式進行說明，同樣為方便，選用了連續的GPIO口P0.0～P0.7,具體設計系統要按實現情況進行配置，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，驅動液晶數據顯示。

模擬SPI的GPIO口配置如下：

#define SPI_CLK 0x00000001 //時鐘線為P0.0

#define SPI_DATA 0x00000002 //傳輸數據線為P0.1

#define SPI_CS 0x00000004 //74HC595選通線為P0.2

傳輸字模數值到數據線上的子程序：

void SendData(unsigned char date){

unsigned char i;

IOCLR=SPI_CS; //SPI_CS=0

for(i=0;i8;i++){ //依次發送8位數據

IOCLR=SPI_CLK; //SPI_CLK=0

if((date0x80)!=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用，進行液晶驅動顯示。

2.3 CPLD分部連接法

CPLD是大規模邏輯器件，對于LPC210X的復雜應用顯得非常重要，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，也選用了連續的GPIO口。該方法把一個字節字模分成高4位和低4位，分別通過P0.0～P0.3傳送。在CPLD里設計一個4位鎖存器，當高4位傳送完畢后，鎖存器進行鎖存，然后發送低4位，接著由P0.4選通鎖存器，將8位數據同時送出，這樣節省了4個GPIO口；另外由P0.5通過CPLD直接控制CS1和CS2，也節省了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。CPLD采用了Xilinx XC9500系列的XC9572，程序用Verilog-HDL語言編寫，其中數據分部傳送程序設計如下：

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設計稱位存儲器及時序控制。在復雜應用中，加上CPLD不但可以令設計簡化，還可以使系統性能大大增加。

結語

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。但在設計過程中，可以考慮通過串行轉換或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，相信當這款芯片推出后，必將得到更多的關注。