點陣液晶模塊與ＬＰＣ２２１４的接口方式研究與編程

摘要：該文從應用角度敘述了常規的液晶顯示模塊YM19264C的結構特點和基本功能，并在YM19264C和ARM 嵌入式微控制器LPC2214時序分析的基礎上，討論了ARM 嵌入式微處理器LPC2214與點陣液晶顯示模塊組成的硬件電路的設計方法，設計了以I/O模擬總線連接液晶模塊和外部存儲器接口擴展液晶模塊兩種應用電路，而且對兩種接口方式下的程序設計進行了分析，同時，給出了屏幕顯示不正常時一個簡單的解決辦法。

關鍵詞：ARMLPC2214； 液晶顯示； 外部存儲器控制器

中圖分類號：TP334文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)32-1245-02

Study and Programming on Interface Mode of Dot Matrix LCD Module and LPC2214

LIU Yi1， LUO Li-ping1， FANG An-an2

(1.Electrical and Mechanical College，Nanchang University， Nanchang 330031， China;2.Information Engineering College， Nanchang University， Nanchang 330031， China)

Abstract: The structural characteristics and basic functions of conventional dot matrix LCD module YM19264C are introduced from the application point of view， and the design method of the hardware circuit composed by ARM embedded microprocessor LPC2214 and dot matrix LCD module is discussed based on the timing analysis of YM19264C and ARM embedded microprocessor LPC2214. In addition， two application circuits of LCD modules are also designed， including one linked by I/O as bus and the other extended by external memory controller， and carried on the analysis of program designs in two interface modes. The paper finally proposes a simple solution for abnormal screen display.

Key words: ARM; LPC2214; LCD; EMC

1 引言

點陣式圖形液晶顯示屏是LCD的一種，能夠動態顯示圖形、漢字以及各種符號信息，為各種電子產品提供了友好的人機界面，生產廠家通常將液晶顯示單元、顯示控制器，顯示內存和顯示驅動電路等裝配在一起，做成液晶顯示模塊LCD Module(LCM)。LCM對外提供標準數據和控制接口以及控制指令。本文在簡介以 KS0108B/KS0107B為驅動器的YM19264C液晶顯示模塊的結構、功能的基礎上，詳述了與ARM微控制器LPC2214的兩種硬件接口電路及接口軟件編程方法。

2 YM19264C液晶模塊結構

YM19264C圖形LCD為192×64單色模塊，其接口為 8位并行總線方式，顯示驅動控制電路由三片列驅動器KS0108B和一片行驅動器KS0107B組成，屬行列驅動及控制合一的驅動電路。YM19264C液晶模塊與微控制器的接口共有2 0個引腳，各引腳定義如表1所示。

YM19264內部有顯示數據鎖存器，簡單的操作指令顯示開關設置，顯示起始行設置，地址指針設置和數據讀/寫等指令。表2為LCM控制時序表。

3 YM19264C與LPC2214的接口電路

3.1 I/O模擬總線與液晶模塊接口電路

NPX公司生產的ARM微控制器LPC2214為144腳封裝，可提夠GPIO口高達76（使用了外部存儲器）～112個（單片使用）。其特性為單個位的方向控制，單獨控制輸出的置位和清零。

由于LPC2214有充分的I/O口資源，因此可以用GPIO口（通過程序）模擬液晶模塊的時序來達到控制LCD的目的 與LPC2214接口采用5條位控制總線和8位并行數據總線輸入輸出，連接框圖如圖1所示。當然，該種方式占用GPIO口較多，具體到設計系統中，可根據系統用到的功能對應GPIO口復用功能進行選取和配置。

3.2 I/O模擬總線與液晶模塊連接方式的程序設計

使用LPC2214 GPIO口先要設置引腳連接模塊寄存器 PINSEL，用來為引腳配置 I/O口功能，然后進行GPIO方向設置。GPIO包含四個寄存器，如表3所列。

由于YM19264C擁有一系列操作指令，通過這些指令可以實現對顯示屏的控制。在設計過程中，根據YM19264C的指令系統以及時序信號波形圖等用I/O口模擬時序進行編程。 通常液晶顯示編程的過程是：首先編寫狀態查詢、寫指令、寫數據、讀數據等子程序；然后編寫清屏、畫點等基本子程序；在此基礎上編寫程序以顯示字符、數字、漢字等。根據YM19264C的使用說明，指令設置和數據讀寫都要在LCM空閑的條件下進行操作，因此要注意狀態字中的 BUSY 標志。只有在BUSY=0 時，MPU對LCM的操作才能有效。讀取狀態字要滿足以下時序，首先使控制信號RS=0，RW=1，接著LCM將8位指令傳送到8個I/O口上，然后E為高電平。CSA，CSB在這期間可以是00，01或10，根據選擇屏的情況來設置。

左屏讀取狀態字的子程序如下：

void test()

{ uint8 dat;

IO0CLR = (CSA)|(CSB)|(RS); //選擇左屏，RS=0，數據總線上出現的是指令

IO0SET = RW; // R/W=1，為讀選通；

do

{IO0DIR = LCDOUT;//設置GPIO 口P0.7~P0.15為輸入

IO0SET = E; //在 E高電平期間， 數據被讀出。

dat=IO0PIN>>8;//讀數據

IO0CLR = E;

dat=0x90 dat; //僅當第BUSY和復位為0時才可操作}

while(!(dat==0x00));}

同理，根據表2中LCM的時序，可以編寫出傳送數據，傳送指令的程序，這里要說明的是無論I/O口傳送的是數據還是指令，在I/O上都表現為高低電平的變化。通過IOSET/IOCLR可以設定I/O口的高低狀態。程序語句為（傳遞參數為data）：

IO0SET =data <<8；

IO0CLR =~data 0x0000FF00；

但通過IO0SET，IO0CLR設定I/0口會出現意外的中間狀態，在某些系統中，這種中間狀態可能會帶來錯誤。而通過IOPIN可以消除這種中間狀態，僅需執行IO0PIN = (data<<8)（或者IO0PIN = (IO0PIN0xFFFF00FF)|(data<<8)）即可。但是，Philips不推薦這種用法，非必要時不要使用。

最后說明的是采用ADS編譯，完整的應用還需要編寫啟動代碼，以實現向量表定義、堆棧初始化、I/O初始化等，筆者采用的是周立功公司提供的模板，這里就不加贅述了。

3.3 外部存儲器接口與液晶模塊連接電路

LPC2214含有外部存儲器控制器EMC， 在I/O口緊張的情況下可采用8為總線方式連接LCM，首先分析表2以及LPC2214的讀寫時序，圖2為LPC2214的讀時序，在讀時序時OE端為低電平，WE端為高電平，而在LPC2214的寫時序時OE端為高電平，WE端為低電平。

可見LCM的數據訪問時序與LPC2214的存儲器訪問時序有很大區別，LPC2214和液晶顯示模塊的接口電路設計的關鍵是如何通過合理的設計，使得LPC2214的存儲器訪問時序和LCM的訪問時序正確的配合。

設計接口電路如圖3所示。將LPC2214 nWE端接到LCM 的E端， 將LPC2214的nOE端取反后接LCM的R/W端，這樣在LPC2214 讀周期時，LCM的E端為高電平，LCM 的R/W 端也為高電平，為LCM讀狀態； 在LPC2214寫周期時，LCM 的R/W端為低電平時，LCM 的E端剛好有一個下降沿出現，為LCM數據寫入。LPC2214的nWE端下降時間最大為5ns，而LCM的E端下降時間要求最大為25ns，時間上完全可以配合。

LCM的片選信號由LPC2214的A2，A3取反后和外部存儲器 Bank1片選 nCS1或非后得到。nCS1始終為0，表示使用LPC2214外部存儲器接口的Bank1地址空間，地址范圍為 0x81000000~0x81FFFFFF，A1和LCM 的RS端連接，用來控制寫數據還是寫命令，當A2，A3為1時，LCM左屏被選中，左屏數據操作地址為0x8100000E，左屏命令操作地址為0x8100000C，當A2為1，A3為0時，LCM中屏被選中，中屏數據操作地址為0x81000006，中屏命

令操作地址為0x81000004，當A2為0，A3為1時，LCM右屏被選中，右屏數據操作地址為0x8100000A，右屏命令操作地址為0x81000008。

3.4 外部存儲器接口與液晶模塊連接方式的程序設計

使用LPC2214的總線對LCM操作控制前，先要設置芯片的外部存儲器控制器（EMC），以設置總線寬度，總線速度。程序如下：

LDRR0，=BCFG1 //設置BCFG1寄存器

LDRR1，=0x10000CA0

STRR1，[R0]

外部存儲器訪問形式控制LCM的程序設計比I/O模擬總線控制LCM簡單，時序的問題在硬件上得到了解決，LPC2214初始化完成以后向LCM進行指令設置，指令設置包括開顯示、設置起始行、頁面地址、列地址。設置好這些參數后就可以向LCM寫數據。但如I/O模擬總線方式一樣的是，指令設置和數據讀寫都要在LCM空閑的條件下進行操作。以對YM19264的左屏操作為例。

//定義LCM左屏地址

#define LCM_LEFTCOM (*((volatile unsigned short *) 0x8100000C))

#define LCM_LEFTDAT(*((volatile unsigned short *) 0x8100000E))

//寫命令子程序（不檢查LCM狀態），入口參數：command

#define LCD_WriteCommand(command) LCM_LEFTCOM = (unsigned int16)command

//寫數據子程序（不檢查LCM狀態），入口參數：dat

#define LCD_WriteData(dat) LCM_LEFTDAT = (unsigned int16)dat

//讀取狀態字子程序

#define LCD_ ReadState() LCM_LEFTCOM

//讀取數據子程序

#define LCD_ ReadData() LCM_LEFTDAT

//寫命令子程序

voidLCD_WriteCommand0(uint8 command)

{ while(!(0x90 LCD_ ReadState()))break;

LCD_WriteCommand(command);} //發送命令字

參考以上子程序，寫數據子程序以及中、右屏的子程序也可以很方便的寫出。最后要說明的仍是由于采用ADS編譯，完整的應用同樣需要編寫啟動代碼。

在具體應用中，可能出現有時顯示正常有時顯示不正常的現象，或者上批顯示正常，這批顯示不正常，針對這種情況，在不易修改電路結構的情況下可以在E、R/W、RS信號處分別對地接0.001μ(102)的電容，即調整這三個信號的相對時間間隔。

4 結論

本文通過深入分析基于32位ARM 嵌入式微處理器 LPC2214、 點陣式圖形液晶顯示屏YM19264的工作原理以及它們在時序上的不同，設計了兩種液晶模塊與ARM微控制器的連接電路，這兩種液晶顯示電路都能夠滿足一般系統對圖形、文字的顯示要求，有較高的性價比和可靠穩定的工作性能，無論是對于無外部總線的ARM微處理器還是開放了外部總線的ARM微處理器的液晶顯示電路設計都提供了有益的參考。

參考文獻：

[1] 周立功.ARM嵌入式系統基礎教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006．

[2] 周立功，張華.深入淺出ARM7-LPC213x/214x[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005．

[3] 李宏.液晶顯示器件應用技術[M].北京：機械工業出版社，2004．