DSP与智能彩色液晶显示器接口设计

      摘要：文中提出了一种基于DSP控制的智能彩色液晶显示器的接口设计方案。介绍了智能彩色液晶显示器VK63的原理与使用方法，讨论了TMS320F24ODSP控制器与智能彩色液晶显示器的串、并行两种通讯的软、硬件设计方案通过软件编程解决了高速DSP与低速外部设备之间的通信问题。

     关键词：DSP；LCD；串行；并行；通讯；VK63

近年来，随着低价格、高性能ＤＳＰ芯片的出现，ＤＳＰ已越来越多地被应用于高速信号采集、语音处理、图像分析处理等领域中，并显示出巨大的优越性。智能彩色液晶显示器具有显示直接美观、便于操作的特点，被用作各种便携式系统的显示前端。它一般采用工业级的高频ＣＰＵ可以自行对接收的命令和数据进行处理因而能够提高用户端接口的软件开发效率。

一般的液晶显示往往采用单片机控制但在系统需要大量高速实时数据的情况下，单片机由于受处理速度的限制就显得力不从心而且一般的液晶显示仍采用烦琐的点阵操作来显示汉字和图形，而这又增加了软件开发的难度。为了解决这些问题，本文将提出一种基于ＤＳＰ控制的智能彩色液晶显示器的接口设计方法，从而有效地解决了上述问题。
１　智能彩色液晶显示器ＶＫ６３简介

智能彩色液晶显示器（以下简称ＬＣＤ）ＶＫ６３是上海广电集团北京分公司的产品，它具有体积小、功耗低、无辅射、寿命长、超薄、防振及防爆等特点。该显示器的显示颜色为２５６色，可显示字符为ＡＳＣＩＩ的二级字库，中文显示为１５行×２０列，图形点阵３２０×ＲＧＢ×２４０。

该ＬＣＤ采用大规模门阵列集成电路，从而避免了用烦琐的点阵操作来显示汉字和图形，减轻了软件开发人员的负担，提高开发效率；由于采用全数字化设计，因而显示稳定可靠，抗强电磁干扰；该ＬＣＤ采用工业级的ＣＰＵ(８９Ｃ５１)，机内配置有二级字库，可通过串口或三态数据总线并口接收控制命令数据，并自行对接收的命令和数据进行处理，以实时显示用户所要显示的各种曲线、图形和中西文字体。其原理框图如图１所示。

ＬＣＤ的命令码为十六进制码格式，每个命令均以十六进制码的“１Ｂ”开头，后面为命令代码和所需要的参数。其中ＸＨ表示Ｘ坐标的高８位，ＸＬ表示Ｘ坐标的低８位，ＹＨ表示Ｙ坐标的高８位，ＹＬ表示Ｙ坐标的低８位。

ＬＣＤ的图形方式以光点为点阵显示单位，每个光点包含ＲＧＢ三个色点。字符方式以８×１６点阵为显示块单位。西文字符占一个显示块，１６×１６点阵的汉字占两个显示块。本机每显示一个字符或汉字后光标自动右移一个字符或汉字位所以在同一行里顺序写入汉字或字符时不用再加光标定位命令，即可连续送入内码。
    如图形操作为画一实心矩形，那么，其命令代码为：１Ｂ ４１ ｃｏｌｏｒ ＸＨ１ ＸＬ１ ＹＨ１ ＹＬ１ ＸＨ２ ＸＬ２ ＹＨ２ ＹＬ２，其中，ｃｏｌｏｒ为颜色代码，Ｘ１ Ｙ１为左上角坐标，Ｘ２ Ｙ２为右下角坐标。其具体操作是以点（Ｘ１，Ｙ１）为左上角坐标，以点（Ｘ２，Ｙ２）为右下角坐标，使用指定的颜色画实心矩形。
２ ＤＳＰ与ＬＣＤ的串行通讯设计

２．１ 串行通讯的硬件设计

ＬＣＤ选用标准ＲＳ－２３２通讯接口，按串口方式工作。一帧信息为１０位，内含１位起始位（０），８位数据位（先低位后高位），１位停止位（１）。

为了提高通讯速度，显示器内设置了一个１２８字节的输入缓冲区。发送数据前应先检查ＤＴＲ信号（ＲＳ２３２电平），若ＤＴＲ为负电平（对应ＣＯＭＳ高电平），则表示缓冲区满，要等到ＤＴＲ信号变为正电平（对应ＣＯＭＳ低电平）后再发送数据。如果每组的数据量少于１２８字节，同时每组之间又有足够的间隔，则不用判断ＤＴＲ信号就可连续发送数据。图２所示是其硬件接口原理框图。

２．２ 串行通讯软件设计

此设计是一个具体工程项目(无功与谐波补偿装置)的液晶显示部分程序,主要完成显示“系统是否投入工作以及工作是否正常”的各种彩色图形曲线和文字，其中显示标志寄存器和ＣＯＵＮＴ数据寄存器的值都由相关应用程序给定。通过设置等待寄存器ＷＳＧＲ(赋值为０)和检测Ｉ／Ｏ的ＤＴＲ信号可以防止数据发送丢失,从而实现高速ＤＳＰ与外部低速ＬＣＤ的通信。由于篇幅有限，这里只给出了串行初始化和数据发送部分的程序。其程序流程框图如图３所示。

(１)串行通讯初始化程序

ＬＤＰ ＃ ０Ｅ０Ｈ ;设置串行通讯口各寄存器

ＳＰＬＫ ＃ ００１７Ｈ,ＳＣＩＣＣＲ ;ＳＣＩ使能,空闲线唤醒模式,８位数据,无奇偶校验位

ＳＰＬＫ ＃ ００１３Ｈ,ＳＣＩＣＴＬ１ ;接收、发送、内部时钟使能，ＳＬＥＥＰ＝０

ＳＰＬＫ ＃ ００００Ｈ,ＳＣＩＣＴＬ２ ;接收和发送中断禁止

ＳＰＬＫ ＃ ００００Ｈ,ＳＣＩＨＢＡＵＤ

ＳＰＬＫ ＃ ００８２Ｈ,ＳＣＩＬＢＡＵＤ ;波特率为９６００

ＳＰＬＫ ＃ ００２０Ｈ,ＳＣＩＰＣ２ ;设置ＳＣＩＴＸＤ为串行发送功能,ＳＣＩＲＸＤ为Ｉ／Ｏ口功能

ＳＰＬＫ ＃００３３Ｈ,ＳＣＩＣＴＬ１ ;串口初始化完成

ＬＡＲ ＡＲ０,＃ＳＣＩＴＸＢＵＦ ;发送缓冲寄存器地址

(２)数据串行发送程序

ＳＣＩＳＳ:

ＬＤＰ ＃０Ｅ０Ｈ

ＢＩＴ ＳＣＩＰＣ２,ＢＩＴ３ ;检测ＤＴＲ信号,判断输入缓冲区是否满

ＢＣＮＤ ＳＣＩＳＳ,ＴＣ ;若缓冲区满,继续查询等待

ＬＤＰ ＃４Ｈ ;ＤＰ指向用户定义数据页４(０２００Ｈ－０２８０Ｈ)

ＬＡＣＬ ＳＣＩＴＥＭＰ

ＭＡＲ ＊,ＡＲ０ ;数据送ＳＣＩＴＸＢＵＦ发送缓冲区

ＳＡＣＬ ＊

ＸＭＩＴ_ＲＤＹ:

ＬＤＰ ＃ ０Ｅ０Ｈ

ＢＩＴ ＳＣＩＣＴＬ２ＢＩＴ７ ;判发送器是否空

ＢＣＮＤ ＸＭＩＴ_ＲＤＹ,ＮＴＣ

ＲＥＴ
３ ＤＳＰ与ＬＣＤ的并行通讯设计

３．１ 并行通讯硬件设计

ＬＣＤ自身具有一个三态数据总线并口（并口为ＣＯＭＳ电平），可以同主机进行通讯。它的外部有１２条线同ＤＳＰ相连，即Ｄ０～Ｄ７、ＷＲＣＳ、ＢＵＳＹ、ＩＮＴ和ＧＮＤ。其中ＷＲＣＳ为片选信号和写信号的逻辑或非，上升沿有效。ＢＵＳＹ信号为高（ＣＯＭＳ电平）表示忙。ＩＮＴ为中断申请信号，低电平有效。图４所示是其并行接口的硬件原理图。图５所示是ＬＣＤ的时序图。其中ＴＷ为ＷＲＣＳ信号的脉冲宽度，ＴＳＵ为数据建立时间，ＴＨ为数据保持时间。这些参数的具体要求为：

ＴＷ不小于１６ｎｓ；ＴＳＵ不小于１２ｎｓ；Ｔ大于０ｎｓ ；ＴＨ不小于５ｎｓ；ＴＩ不小于２μｓ。

３．２ 并行通讯软件设计

并行通讯的编程思想与串行通讯软件的设计基本相同。但并行通讯是通过设置等待寄存器ＷＳＧＲ赋值为０和检测ＩＯＰＣ５的ＢＵＳＹ忙信号来防止发送数据丢失，以实现高速ＤＳＰ与外部低速ＬＣＤ的通信。图３所示的流程图也适用于并行通讯。

(１)并行通讯初始化程序

ＬＤＰ ＃ ０Ｅ１Ｈ

ＬＡＣＬ ＯＣＲＢ

ＡＮＤ ＃ ００ＣＦＨ ;ＩＯＰＣ(４－５)配置为一般Ｉ／Ｏ功能

ＳＡＣＬ ＯＣＲＢ

ＬＡＣＬ ＰＣＤＡＴＤＩＲ

ＯＲ ＃ １０００Ｈ ;ＩＯＰＣ４口为输出方式

ＳＡＣＬ ＰＣＤＡＴＤＩＲ

ＬＡＣＬ ＰＣＤＡＴＤＩＲ

ＡＮＤ ＃ ０ＤＦＦＦＨ ;ＩＯＰＣ５口为输入方式

ＳＡＣＬ ＰＣＤＡＴＤＩＲ

(２)数据并行发送程序

ＳＣＩＳＳ:;判断ＩＯＰＣ５口的ＢＵＳＹ信号是否忙

ＬＤＰ ＃ ０Ｅ１Ｈ

ＬＡＣＬ ＰＣＤＡＴＤＩＲ

ＬＤＰ ＃ ４Ｈ

ＳＡＣＬ ＢＵＳＹＤＡＴＡ

ＢＩＴ ＢＵＳＹＤＡＴＡ,ＢＩＴ５

ＢＣＮＤ ＳＣＩＳＳ, ＴＣ ;若ＢＵＳＹ为高,继续查询等待

ＬＤＰ ＃ ４Ｈ ;若ＢＵＳＹ为低, 把数据送到端口８０００Ｈ．

ＯＵＴ ＰＡＲＡＬＴＥＭＰ,８０００Ｈ

ＬＤＰ ＃ ０Ｅ１Ｈ

ＬＡＣＬ ＰＣＤＡＴＤＩＲ

ＡＮＤ ＃ ０ＦＦＥＦＨ ;将ＩＯＰＣ４口的ＩＮＴ信号置低

ＳＡＣＬ ＰＣＤＡＴＤＩＲ

ＲＰＴ ＃ ５０ ;延时２．５μｓ

ＬＤＰ ＃ ０Ｅ１Ｈ

ＬＡＣＬ ＰＣＤＡＴＤＩＲ

ＯＲ ＃００１０Ｈ ;将ＩＯＰＣ４口的ＩＮＴ信号置高

ＳＡＣＬ ＰＣＤＡＴＤＩＲ

ＲＥＴ
４ 结束语

本文提出的基于ＤＳＰ控制的智能彩色液晶显示器接口设计能够很好地解决高速ＤＳＰ与外部低速设备的通信问题，本设计尝试采用了串行和并行两种通讯方案，其中前者ＤＳＰ只需用３根线即可实现数据串行通信,因而节约了ＤＳＰ的外部资源,虽然传输速度稍低,但能满足大多数实际工程的需要而后者采用并行通讯虽然数据传输速度较快,但会受到ＬＣＤ所带ＣＰＵ(８９Ｃ５１)解释命令速度的限制,虽然液晶显示速度比前者稍快２０％左右,但要占用ＤＳＰ外部资源的１２根线。通过对上述两种方案的比较,终设计项目采用了串行通讯方案,并在实际应用中取得了很好的效果。