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            基于MAX II系列CPLD 的LCD控制器設(shè)計(jì)

            作者: 時(shí)間:2010-11-14 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            0前言

            液晶顯示屏()是薄型平面顯示設(shè)備,由排列在光源或者反射器之前一定數(shù)量的彩色或者單色象素構(gòu)成。這類顯示屏已經(jīng)成為大部分嵌入式系統(tǒng)不可缺少的組成部分。但是在嵌入式系統(tǒng)中八位和十六位微處理器大多沒有內(nèi)置的,又由于屏的分辨率很高,即使有內(nèi)置的LCD,也較難進(jìn)行控制;另外內(nèi)置LCD對內(nèi)存帶寬的占用較高,使控制器所能支配的資源也會變得非常有限。因此在微處理器和LCD屏之間加上一個(gè)LCD控制器是非常必要的。常用的LCD控制器主要有兩種:專用的控制芯片和基于可編程器件的控制器。本文采用Altera公司的MAX II系列器件來實(shí)現(xiàn)LCD控制器。一般使用外加的串行EEPROM來存儲非易失信息,而MAX II 是唯一具有(UFM)的CPLD,它支持用戶存儲高達(dá)8Kbits的非易失信息,因此不需要采用外部存儲器,并且在實(shí)現(xiàn)LCD控制器時(shí)還可以利用CPLD的內(nèi)部UFM振蕩器來滿足時(shí)鐘需求,從而避免了采用外部時(shí)鐘信號。這些獨(dú)特的功能使MAX II CPLD成為實(shí)現(xiàn)LCD控制器最好的目標(biāo)器件。

            1 嵌入式系統(tǒng)的LCD接口電路結(jié)構(gòu)

            基于MAX II CPLD的LCD接口電路一般采用圖1所示結(jié)構(gòu)。圖中LCD接口電路負(fù)責(zé)接受微處理器的配置,通過總線把DRAM上保存的顯示數(shù)據(jù)讀出,然后按照屏類型和顯示設(shè)置轉(zhuǎn)換為需要的格式,并按照屏?xí)r序要求發(fā)送出去。在設(shè)計(jì)顯示控制器時(shí),需要注意如下幾個(gè)方面:支持的屏類型、總線類型的選擇、同微處理器之間的交互方式、動態(tài)圖像顯示和中斷設(shè)計(jì)?;贑PLD的LCD控制器可以提供合適的顯示單元,它產(chǎn)生需要的時(shí)序信號,滿足LCD的時(shí)序要求,同時(shí)卸載了微處理器和控制器繁重的LCD處理任務(wù),從而提高了處理器和控制器執(zhí)行其他操作的效率。

            基于MAX II系列CPLD 的LCD控制器設(shè)計(jì)

            2 LCD 控制器組成與接口信號

            2.1 LCD 控制器組成

            由圖1可知,LCD控制器有三個(gè)主要模塊:有限狀態(tài)機(jī)(FSM)、時(shí)鐘分頻器和(UFM)模塊。

            1、初始化LCD和有限狀態(tài)機(jī)模塊

            FSM模塊有8個(gè)不同的狀態(tài)。它用于初始化LCD,初始化完成后顯LCD進(jìn)行讀寫操作。圖2所示為LCD模塊的初始化步驟。為簡化初始化過程,每次發(fā)送一條命令后,延時(shí)15ms(而不是檢查忙標(biāo)志的狀態(tài))。但是向LCD模塊寫入數(shù)據(jù)時(shí),每一數(shù)據(jù)寫操作之后,要檢查忙標(biāo)志的狀態(tài)。這樣就加速了寫操作過程。

            2、時(shí)鐘分頻器模塊

            時(shí)鐘分頻器模塊主要是降低內(nèi)部振蕩器輸出頻率,從而滿足了LCD模塊的時(shí)序要求以及控制器的性能要求。該模塊把振蕩器輸出信號osc的頻率由.5MHz降低到43kHz左右。降低頻率以后的信號(即Clk信號)從時(shí)鐘分頻器模塊輸出(見圖3)。該模塊主要代碼為:
            module divider (osc, clk);
            input osc;
            output clk;
            reg clk;
            reg [6:0]count;
            initial
            begin
            count = 7'b0000000;
            end
            always @ (posedge(osc))
            begin
            count = count + 7'b0000001;
            clk = count[6];
            end
            endmodule

            基于MAX II系列CPLD 的LCD控制器設(shè)計(jì)

            基于MAX II系列CPLD 的LCD控制器設(shè)計(jì)

            3、模塊

            MAX II CPLD中的用戶閃存UFM模塊主要用于存儲LCD控制器打開之后,需要在LCD屏上顯示的信息。采用十六進(jìn)制(Intel格式)文件(.hex)對UFM進(jìn)行設(shè)置,并利用UFM宏功能進(jìn)行例化。

            UFM模塊接口信號主要有addr、nread、do、dv、osc和clk信號:

            Addr為9位地址總線,用于選擇UFM的某一存儲位置。
            nread 若該信號設(shè)置為0,以讀取地址總線所指向存儲器的內(nèi)容。
            do 為數(shù)據(jù)輸出信號。8位數(shù)據(jù)總線,保持地址總線所指向16位存儲器的高8位。
            dv 為數(shù)據(jù)有效信號。該信號指示8位數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)有效并且可讀。
            osc 為UFM模塊內(nèi)部振蕩器輸出。輸出信號到時(shí)鐘分頻器,輸出頻率為5.5MHz。

            基于MAX II系列CPLD 的LCD控制器設(shè)計(jì)

            2.2 LCD 控制器接口信號

            1、LCD控制器與LCD屏之間的接口信號

            LCD控制器與LCD模塊之間的接口信號有E、RS、RW 、DB0-DB7:
            E為使能選通信號。該信號下降沿將雙向總線上的數(shù)據(jù)鎖存到數(shù)據(jù)或者命令寄存器中,反之亦然。
            RS為寄存器選擇信號。用于選擇LCD模塊的數(shù)據(jù)和命令寄存器。當(dāng)RS=0時(shí)為命令寄存器;
            RS=1時(shí)為數(shù)據(jù)寄存器。
            RW為區(qū)分讀寫操作的讀寫信號。RW=0:寫操作;RW=1:讀操作
            DB0-DB7為8位雙向總線,承載LCD模塊的數(shù)據(jù)和命令。

            2、LCD控制器與微處理器之間的接口信號

            LCD控制器與微處理器之間的接口信號有DATA0-DATA7、RST、WE、ACK:
            DATA0-DATA7 為處理器和控制器的8位總線,承載LCD模塊上顯示的ASCII字符值。
            RST 為復(fù)位信號。該信號用于復(fù)位控制器,再次初始化LCD模塊。
            WE 為寫使能信號。該信號指示寫周期的開始。應(yīng)將它設(shè)為低電平,使能對LCD模塊的寫操作。
            ACK 為應(yīng)答信號。該信號指示數(shù)據(jù)已經(jīng)成功地發(fā)送到LCD模塊,準(zhǔn)備接收后面的數(shù)據(jù)。

            在此信號變?yōu)榈碗娖街鞍l(fā)送的任何數(shù)據(jù)都被控制器忽略。

            3設(shè)計(jì)與仿真

            本設(shè)計(jì)通過MAX II CPLD EPM240ZM成功地實(shí)現(xiàn)了處理器和LCD模塊的接口,圖5-圖7分別給出了LCD控制器的整體模塊、綜合結(jié)果和仿真波形。

            基于MAX II系列CPLD 的LCD控制器設(shè)計(jì)

            基于MAX II系列CPLD 的LCD控制器設(shè)計(jì)

            基于MAX II系列CPLD 的LCD控制器設(shè)計(jì)

            4結(jié)論

            本設(shè)計(jì)采用MAX II系列CPLD器件EPM240ZM來實(shí)現(xiàn)LCD控制器,解決了微處理器與LCD顯示模塊之間的接口問題,并在OptrexSC1602D 16×2字符LCD模塊上實(shí)現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的顯示功能。由于是使用一片MAX II CPLD芯片完成LCD全部的時(shí)序控制、顯示控制等功能,所以是接口電路變得更加簡潔、可靠,具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

            本文作者創(chuàng)新點(diǎn): 使用唯一具有用戶閃存(UFM)的MAX II CPLD,不需要采用外部存儲器就實(shí)現(xiàn)了LCD 全部的時(shí)序控制、顯示控制等功能,使LCD 接口電路變得更加簡潔、可靠。



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