圖形液晶顯示模塊Ｇ１２１Ｃ在等離子體激勵源中的應用
2008-04-12 00:00:00徐靈飛王世慶陳學
現代電子技術 2008年1期
摘 要：為了方便地研究等離子體激發過程的優化及控制，設計了等離子體激勵源的液晶顯示系統。結合圖形液晶顯示模塊G121C與C8051F020，實現了系統相應的硬件電路和控制程序。結合G121C中集成液晶控制器SED1335的豐富指令系統，可以實現圖文混合顯示，并進行波形的平滑滾動。從而實現等離子體激勵頻率、功率、反射系數和駐波比等的動態顯示，為等離子體激發的研究以及應用研究建立了良好的人機界面。
關鍵詞：G121C;C8051F020;SED1335;圖文混合顯示
中圖分類號：TN609 文獻標識碼：B
文章編號：1004373X(2008)0118704
Application of Liquid Crystal Model G121C on Plasma Exciting Source
XU Lingfei1，WANG Shiqing1，CHEN Xue2
(1.EngineeringTechnical College，Chengdu University of Technology，Leshan，614007，China;
2.Sichuan Public Security Fire-fighting Corps，Chengdu，610072，China)
Abstract：To study the optimizing and controlling of plasma exciting expediently，we design a liquid crystal display system of the plasma exciting source.Combining the liquid crystal model G121C and C8051F020，we realize the corresponding hardware circuit and controlling program.With the G121C′s integrated liquid crystal controller SED1335，the system can display Combing tex-graphics and can scroll the wave smoothly.Accordingly we achieve the display of voltage，temperature，reflectance and standing wave ratio of the plasma exciting source dynamically.With this system，we establish a favorable human-machine interface for the study of the plasma exciting and the application.
Keywords：G121C;C8051F020;SED1335;combining text-graphics displaying
1 引 言
隨著微電子技術的飛速發展，現代的測量儀器、儀表都向智能化、微型化、低功耗化方向發展，對此，用液晶顯示器模塊（LCM）來顯示系統信息及其動態變化波形。他可實現邊采集邊顯示，動態實時顯示的功能。實現了信號記錄設備的智能化、微型化、低功耗化。
為方便地研究等離子體激發過程的優化及控制，設計了一個等離子體激勵源的液晶顯示控制系統，給出了系統整體結構和主要部分的具體實現過程。通過本系統，可以直觀明了地觀察等離子體激發長度隨激發頻率和饋入功率的變化過程，并實時顯示激發系統的頻率、功率、反射系數和駐波比等重要信息。
2 系統硬件簡介
2.1 液晶顯示模塊
G121C[1]是一款128×128點陣，STN灰模自帶白色EL背光，自帶液晶顯示控制器的液晶顯示模塊。G121C內部主要由128×128全點陣液晶顯示屏、SED1335[2]液晶控制器、行列驅動器、電壓產生控制單元顯示RAM和EL背光片組成，其內部組成如圖1所示。
G121C內部的液晶顯示控制器液晶顯示模塊的核心部分，在此主要介紹液晶顯示控制器SED1335的特點及其功能：
其特點有：
具有較強功能I/O緩沖器；
指令功能豐富；
4位數據并行發送，最大驅動能力為640×256點陣。
2.2 單片機
C8051F020 l[3]是完全集成的混合信號系統級(SoC)芯片，具有與8051兼容的微控制器內核，與MCS-51指令完全兼容，主要有以下一些特征：
高速流水線結構的8051兼容的CIP-51 內核可達25 MIPS；
真正12 位100 ksps 的8 通道ADC 帶PGA和模擬多路開關;
兩個12 位DAC 可編程更新時序;
全速非侵入式的在系統調試接口片內；
64 kB可在系統編程的FLASH存儲器；
4 096+256=4 352 B片內RAM；
可尋址64 kB地址空間的外部數據存儲器接口。
C8051F020內部集成了數據采集系統中所需要A/D、D/A轉換器，UART、I2C、SPI通信接口，溫度測量器等部件。選用C8051F020可以提高數據采集系統的集成度、可靠性并控制整體成本。
3 SED1335內部結構
SED1335由接口部、控制部、驅動部3部分硬件組成[2]：
3.1 接口部
SED1335接口部分由指令輸入緩沖器、數據輸入緩沖器、數據輸出緩沖存器組成，可隨時接收MCU的訪問，并按內部時序及時地將MCU發來的指令和數據傳輸就位。接口部設置了兩種MCU時序，可分別適配8080系列和M6800系列的MCU。
3.2 控制部
SED1335控制部是SED1335的核心。他由振蕩器，功能邏輯電路，顯示RAM管理電路，字符庫管理電路以及產生驅動時序的時序發生器組成，振蕩器可工作在1~10 MHz范圍內。SED1335能在很高的工作臺頻率下迅速地解譯MCU發來的指令代碼，將參數置入相應的寄存器內，并觸發相應的邏輯功能電路運行。控制部可以管理64 kB顯示RAM，管理內藏的字符發生器及外擴的字符發生器CGRAM或EXCGROM。
3.3 驅動部
SED1335驅動部具有各顯示區的合成顯示能力，傳輸數據的組織功能及產生液晶顯示模塊所需要的時序。SED1330向液晶顯示模塊傳輸數據的方式為 4位并行方式。
4 SED1335顯示特性
4.1 文本顯示特性
具有此特性[2]的顯示，RAM區專用于文本方式顯示，在該顯示RAM區中每個字節的數據都認為是字符代碼。SED1335將使用該字符確定字符庫中字符首地址，然后將相應的字模數據傳送到液晶顯示模塊上。文本顯示RAM的一個字節對應顯示屏上的8×8點陣。
4.2 圖形顯示特性
具有此特性的顯示RAM區專用于圖形方式顯示。在該顯示RAM區中每個字節的數據直接被送到液晶顯示模塊上，每個位的電平狀態決定顯示屏上一個點的顯示狀態，“1”為顯示，“0”為不顯示。所以圖形顯示RAM的一個字節對應顯示屏的8×1點陣。SED1335中專有一組寄存器來管理這兩種特性的顯示區，SED1335可以單獨顯示一個顯示特性區，也可以兩個特性的顯示區通過某種邏輯關系合成顯示。這些顯示方式及特征的設置都是通過軟件指令設置實現的。
4.3 字符發生器
SED1335管理內藏字符發生器CGRAM，在此字符發生器內固化了160種5×7點陣字符的字模。SED1335還能外擴字符發生器，這種外擴字符發生器可用RAM 區開辟的CGRAM，也可用EPROM固化字庫來取代SED1335內部字符發生器。由于SED1335僅能8位字符代碼，所以一次最多只能顯示及建立足點256種字符。在SED1335的字符表中給出了內部字符和外擴字符發生器內的全部內容，同時給出了外擴字符發生器的字符代碼范圍：80H~9FH和E0H~FFH共64種。
根據以上所介紹的顯示特性，我們可以進行文本、圖形單獨顯示和文本、圖形混合顯示，并根據的需求，實現不同的復雜顯示功能。
5 SED1335指令集
SED1335有13條指令[2]，如表1所示。多數指令帶有參數，參數值由用戶根據所控制的液晶顯示模塊的特征和顯示的需要來設置。
MCU把指令代碼寫入指令輸入緩沖器內（即A0=1），指令的參數則隨后通過數據輸入緩沖器（即A0=0）寫入。帶有參數指令代碼的作用之一就是選通相應參數的寄存器，任一條指令的執行（除SLEEP IN，CSRDIR ，CSRR 和MREAD外）都產生在附屬參數的輸入完成之后。當寫入一條新的指令性時，SED1335將在舊的指令性參數組運行完成后等待新的參數的到來。MCU可用寫入新的指令的方式來結束上一條指令參數的寫入，此時已寫入的新參數與余下的舊參數有效期地組合成新的參數組，需要注意的是，雖然參數可以不必全部寫入，但所寫的參數順序不能改變，也不能省略。
6 硬件電路
圖2中JP1 ADP05V24是電壓升壓器，5 V輸入，24 V輸出，通過調節可調電阻器R3，其輸出用以實現液晶顯示器顯示對比度的調節;
JP2為G121C外部接口，實現與C8051F020及其他控制部件的連接;
JP3為一自制電壓逆變器，可產生一交流電壓輸出，用于驅動G121C自帶的EL背光片;
LCMSingals為C8051F020控制G121C的控制線，可與任意一個I/O端口的5個引腳連接;
DATA[0..7]為C8051F020與G121C數據交換的數據線，選用C8051F020的P3口。
在進行MCU與G121C的連接時應注意以下幾點：
MCU和G121C接口之間的電壓匹配；
G121C復位電路的設計；
G121C對比度電路的設計；
G121C負壓和背光驅動電壓電路的設計。
由于G121C接口的標準驅動電壓為5 V而C8051F020并口的標準輸出電壓為3 V，因此，應將C8051F020并口的輸出方式設置為漏極輸出[3]，并在MCU并口與G121C連接處加上上拉電阻以提升MCU的輸出電壓驅動能力，上拉電阻的阻值為10 kΩ。
G121C的復位信號的電平為低電平有效，而且復位信號在低電平停留時間要大于200 μs，為了方便控制，對復位信號的時間控制放在軟件中實現。復位電路將SED1335內部電路復位，重新啟動工作要重新執行程序的SYSTEM SET指令。
7 軟件設計
數據采集系統設計要求能在液晶模塊上實時顯示頻率、功率等一些關鍵參數和動態實時顯示變化波形。對此，根據SED1335控制器的特點，我們采用文本和圖形異或混合顯示的方式。在文本區顯示相關的參數，圖形區進行波形的動態實時顯示。
SED1335控制采用間接控制的方式，系統上電后首先初始化SED1335，然后進行一列顯示工作，液晶顯示程序流程圖如圖3所示，SED1335初始化程序流程如圖4所示。
對于漢字和數字的顯示比較簡單，用專用的軟件將所需漢字的字模提取出來，然后在SED1335存儲區建立字庫，在需要時只需調用相應的字模代碼即可。一個字模代碼代表8×8的點陣，字庫中的第一個字模代碼為80H，依次加1。漢字字模為16×16的點陣，以文本方式顯示，這樣一個漢字有4個代碼，根據個人愛好編寫相應的字模寫入順序，在此的寫入順序為上-下-左-右。
在編寫軟件的過程中，將重點放在頻率、功率等波形動態顯示上。SED1335的指令豐富，功能強大，而且有64 kB的存儲器。因此，通過合理組合相應的指令即可輕松實現波形的實時滾動顯示。由于波形起伏比較大，在進行相應的畫線時，不能簡單地只進行描點，應將兩點之間的顯示存儲區添“1”，這樣就可以實現大起伏波形的逼真顯示。在進行波形平滑滾動時，組合SCROLL和CSRW指令進行不斷的操作，本程序將圖形顯示區在1000H~B000H之間的存儲區進行循環滾動。中間加入相應的清零程序，在此設置為在滾過128×16的存儲區時進行一次清零，因此在循環區的兩端應分別留出一個128×16的存儲區域。
程序采用C51[5]編寫，模塊化設計，實現了顯示程序的方便調用。對于C8051F020對G121C控制的低層程序，根據系統硬件連線的不同可以靈活改變。
系統中液晶顯示所用到的控制子程序列舉如下：
/*延遲子程序*/
void LCDdelay(int delay)
{
int i;
for(i=0;i nop_(); } /*寫指令子程序*/ void LCDWrCommand(char Command) { CS=0; A0 = 1; P3 = Command; LCDdelay(5); LcdWr = 0; LcdRd = 1; LCDdelay(5); LcdWr = 1; LCDdelay(5); CS=1; } /*寫數據子程序*/ void LCDWrData(char Data) { CS=0; A0 = 0; P3 = Data; LCDdelay(5); LcdWr = 0; LcdRd = 1; LCDdelay(5); LcdWr = 1; LCDdelay(5); CS=1; } /*SED1335初始化子程序*/ void LCDInitialize(void) { unsigned int i; /*LCD SYSTEM SET系統設置命令*/ LCDWrCommand(0x40); LCDWrData(0x30); LCDWrData(0x87); LCDWrData(0x07); LCDWrData(0x0f);/*顯示域長度為128dot */ LCDWrData(0x40);/*確定液晶工作頻率 */ LCDWrData(127);/*顯示屏高度為127dot */ LCDWrData(16); LCDWrData(0); /* LCD SCROLL顯示區設置命令 */ LCDWrCommand(0x44); LCDWrData(0x00);/*顯示1區對應的顯示RAM起始低8位地址 */ LCDWrData(0x00);/*顯示1區對應的顯示RAM起始高8位地址 */ LCDWrData(128); /*顯示1區占用128個dot行 */ LCDWrData(0x00);/*顯示2區對應的顯示RAM起始低8位地址 */ LCDWrData(0x10);/*顯示2區對應的顯示RAM起始高8位地址 */ LCDWrData(128);/*顯示2區占用128個dot行 */ LCDWrData(0x00);LCDWrData(0xb0); LCDWrData(0x00); LCDWrData(0x00); /* 水平卷動，初始化時必須清零 */ LCDWrCommand(0x5a); ； LCDWrData(0x00); /* 各個顯示區的合成方式*/ LCDWrCommand(0x5b); LCDWrData(0x09);/*參數:顯示方式為兩屏圖文疊加 */ /* 打開顯示*/ LCDWrCommand(0x59); LCDWrData(0x56); /* 光標自動向右增一*/ LCDWrCommand(0x4c); /* 設定光標位置命令 */ LCDWrCommand(0x46); LCDWrData(0);/*從0000位置開始 */ LCDWrData(0); /* 清第一顯示區*/ LCDWrCommand(0x42);/*允許MCU連續地把顯示數據寫入顯示區內命令 */ for(i=0;i<4096;i++) LCDWrData(0x20); /* 設定光標位置命令 */ LCDWrCommand(0x46); LCDWrData(0x00);/*從1000位置開始 */ LCDWrData(0x10); /* 清第二顯示區*/ LCDWrCommand(0x42); for(i=0;i<36864;i++) LCDWrData(0x00); } 以上程序經測試，運行可靠，可以作為顯示程序設計的參考。 8 結 語 在實際測試中程序運行順利，漢字、波形的顯示和平滑滾動達到預期的要求。該單片機液晶顯示模塊系統在等離子體激勵源中得到了良好的應用，也可以滿足工業控制、監控和智能儀表等系統對圖形界面顯示的要求，有著良好的應用前景。 參 考 文 獻 ［1］Seiko Instruments Inc.Liquid Crystal Display Module G121C00P00C/G121CB1P00C User′s Manual.2001. ［2］Seiko Epson Corporation.SED1335 Series LCD Controller ICs Technical Manual.2001. ［3］潘琢金，施國君.C8051Fxxx高速SoC單片機原理及應用[M].北京:北京航空航天大學出版社，2005. ［4］李宏，張家田.液晶顯示器件應用技術[M].北京:機械工業出版社，2004. ［5］徐愛鈞，彭秀華.單片機高級語言C51 Windows環境編程與應用[M].北京:北京航空航天大學出版社，2001. ［6］李維諟，郭強.液晶顯示應用技術[M].北京:電子工業出版社，2000. ［7］王幸之，王雷，翟成.單片機應用系統抗干擾技術[M].北京:北京航空航天大學出版社，2002. 作者簡介 徐靈飛 1981年出生，河南新鄉人，助教，工學碩士。主要研究方向為現代應用電子、嵌入式系統應用。 注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”
