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摘 要： 本文介紹了字符式液晶顯示模塊SMC1602B的工作原理及其應用，重點對ADSP2181與SMC1602B的軟硬件接口進行了設計，較好地解決了兩者速度匹配問題，實現了液晶顯示。
關鍵詞： ADSP2181；液晶顯示(LCD)；SMC1602B
引言
常用液晶顯示模塊的種類有筆段式、字符式和圖形式等，可方便地用于各種嵌入式系統的液晶顯示。字符式液晶顯示模塊SMC1602B是長沙太陽人電子有限公司的8位并行接口、內藏控制器HD44780的背光式兩行液晶顯示模塊。
本文使用的DSP是AD公司的一種低價格、高性能的16位定點運算DSP—ADSP2181。它集成度高，在ADSP21XX基礎上，把24x16KB的程序存儲器，16x16KB的數據存儲器，兩路串行接口和兩路DMA都集成在一個芯片上，運行速度快，指令周期可達25ns。它具有2048個存儲單元的Ｉ／Ｏ口，支持并行的外圍設備以及相應的可編程等待狀態發生器，適合與不同速度的外設接口，可擴展性強。
SMC1602B的原理
字符式液晶顯示模塊SMC1602B由一塊5x7點陣液晶屏和控制芯片HD44780及其輔助電路組成。它可以顯示字母、數字、符號等，顯示容量為16x2 個字符，芯片工作電壓為4.5~5.5V，工作電流為2mA(5V)，模塊最佳工作電壓為5V，字符尺寸為4.95x7.95(W×H)mm。
接口信號說明
SMC1602B液晶顯示模塊具有16條接口信號線，包括8條三態數據線，使能信號線E，讀寫選擇信號線R/W，命令/數據選擇信號線RS等，其詳細的接口信號說明如表1所示。
其中，VL為液晶屏的參考電源，外接可調電阻可用來調節液晶屏的對比度。R/W為讀寫選擇信號，R/W＝1為讀狀態，R/W＝0為寫狀態。RS為寄存器選擇信號，RS＝1為指令寄存器，RS＝0為數據寄存器。E為使能信號，讀狀態在高電平有效，寫狀態在高脈沖下降沿有效。這三條控制線用于主控CPU訪問模塊內部控制器HD44780使用。
讀寫操作時序
SMC1602B模塊接口控制時序適合M6800系列MPU，具有較寬的適應能力，其具體讀、寫操作時序如圖1所示。
圖1 SMC1602B讀、寫操作時序圖
RAM地址映射圖
模塊SMC1602B內部的控制器是日立公司的HD44780，它是專用于字符顯示的液晶顯示控制驅動集成電路，集驅動器與控制器于一體，內藏有顯示緩沖區 DDRAM和用戶自定義的字符發生器CGRAM。其中，顯示緩沖區DDRAM是用來存儲顯示字符代碼的，共有80x8位(80個字節)，CPU可對 DDRAM進行讀、寫操作，讀、寫單元的地址由內部地址計數器AC提供。DDRAM各個單元均對應著顯示屏上的各個字符位，他們的對應關系如圖2所示。即使顯示屏沒有這么大，但他們的對應關系依然存在，由HD44780內定的，是不可更改的。因此，當需要在屏幕上某行某列顯示某個字符時，CPU只需將字符對應的數據寫入顯示DDRAM相應的地址處即可，該模塊會自動將顯示DDRAM內容送往液晶屏，完成相應的顯示。可見，SMC1602B模塊能根據主控 CPU寫入到該模塊的各種命令字及顯示RAM數據，自行對液晶屏進行一系列操作，而不再需要主控CPU的參與。
圖2 RAM地址映射圖
圖3 ADSP2181與SMC1602B的接口電路
指令說明
液晶模塊SMC1602B具有特定的指令，指令格式非常簡單，主控CPU只需通過接口將指令寫入到液晶模塊就可設置工作方式，或者控制液晶模塊實現某種功能。常用的指令如表2所示。
狀態字說明
液晶顯示模塊SMC1602B內有一個忙標志位STA7，它反映了控制器HD44780內部運行時序狀態。當STA7＝1時，表示內部操作正在運行，不能接受外部數據；當STA7＝0時，表示已準備好接收，可以隨時接收CPU發來的數據和命令，這是SMC1602B向CPU發出的唯一聯絡信號。CPU對模塊的讀操作(RS＝0，R/W＝1)，讀出來的狀態字是忙標志位與7位當前數據地址指針值的組合，其格式如表3所示。因此，對控制器每次進行讀寫操作之前，都必須進行讀寫檢測，確保STA7為0。
圖4 液晶顯示流程圖
ADSP2181與SMC1602B硬件接口設計
一般地，主控CPU與SMC1602B液晶模塊的硬件接口有總線方式和模擬口線方式兩種，這里，我們以ADSP2181作為主控CPU，使用總線接口方式，如圖3所示。通過數據總線與控制總線，直接采用I/O設備訪問形式控制該液晶顯示模塊。
根據液晶模塊的讀寫時序要求，使能信號E由適合的邏輯器件組合控制，同時也可增加適當的硬件延時。由于液晶顯示模塊SMC1602B是8位μP接口的，故只須將ADSP2181的低8位數據總線與之相連即可。工作時，地址線A9為低電平，同時，地址線A1和A0分別控制模塊的讀寫選擇信號R/W與命令數據選擇信號RS，相應的操作即可直接對DSP的I/O存儲器空間進行。根據接口電路設計，相應的I/O操作口地址有四種：寫指令為IO(0X000)，寫數據為IO(0X001)，讀狀態為IO(0X010)，讀數據為IO(0X011)。
ADSP2181與SMC1602B軟件接口設計
相對快速的DSP而言，SMC1602B是一慢速的外設，但ADSP2181內置有可編程等待狀態產生器，等狀態控制寄存器映射于數據存儲區DM (0X3FFE)。在CPU讀寫I/O端口時，通過增加0~7個等待狀態，可以加長CPU等待外部I/O口響應的時間，完全滿足SMC1602B的時序要求。另外，在連續向液晶模塊寫數據時，為了解決LCD反應太慢的問題，在連續寫之間調用了延時5ms子程序。在系統DSP程序中，液晶顯示模塊子程序流程圖如圖4所示，其中，對LCD讀寫位于I/O存儲器地址0X000~0X003。(部分主要程序略，詳見本刊網站www.eaw.com.cn)
結語
本文以ADSP2181為主控CPU，實現了與液晶模塊SMC1602B的接口，較好地解決了兩者之間的速度匹配問題，類似地，51系列、96系列、 M6800系列等單片機以及其他系列的DSP器件都可以實現液晶顯示。以液晶模塊SMC1602B作為某測控系統的顯示部分，具有工作電壓低，顯示清晰可靠，受干擾小等優點，同時也要注意到其反應較慢的缺陷。
參考文獻
1 ADSP-2100 Family Use誷 Manual. Analog Devices Inc. 1995
2 李維緹.郭強.液晶顯示器應用技術.北京：北京郵電學院出版社.1993
66821730(技術支持)
