摘  要： 提出了一種以C8051F060單片機作為電路控制核心控制彩色TFT-LCD液晶顯示，實現(xiàn)各種圖形、曲線以及漢字字型輸出的設計方法。根據(jù)漢字在讀取字模和顯示過程中的特點，對驅(qū)動程序進行優(yōu)化，實現(xiàn)了漢字字模動態(tài)提取、色彩實時設置及顯示區(qū)域快速更新等功能。實驗證明，TFT-LCD色彩分辨率為256色；顯示像素為320×100時，曲線更新頻率大于90 Hz；顯示區(qū)域為320×240像素時，更新幀頻可達40 Hz，滿足了人機接口高速顯示和智能儀表的需要。
關(guān)鍵詞： 智能儀表；C8051F060；TFT-LCD液晶；人機接口；幀頻

　在現(xiàn)實生活中，液晶屏是一種具有良好人機交互性能的可視化人機接口，被廣泛地應用于智能儀器、家用電子產(chǎn)品、工業(yè)生產(chǎn)和手持設備中。在高新技術(shù)企業(yè)，液晶屏顯示已經(jīng)成為顯示技術(shù)的主要方式之一[1-2]。隨著電子技術(shù)和智能儀表的不斷發(fā)展以及信息量的不斷增加，單色液晶屏的應用越來越受到限制。彩色液晶屏以其信息量大、畫面生動美觀等優(yōu)點逐漸獲得人們的喜愛。目前，驅(qū)動彩色液晶屏的電路比較復雜，價格比較貴，限制了它的廣泛使用。因此，本文設計了一種結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全的電路驅(qū)動彩色液晶屏，實現(xiàn)曲線、圖文的動態(tài)顯示功能，拓展了彩屏在低端智能儀器設計中的使用。
1 控制器和液晶模塊
1.1 C8051F060單片機簡介
　C8051F060單片機是Cygnal公司完全集成的混合信號系統(tǒng)級器件SoC（System on chip）。其CIP-51內(nèi)核運行速度可達25 MIPS，除具有標準的8051數(shù)字外設外，內(nèi)部還集成了常用的模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，具有2個16 bit分辨率的SAR（逐次逼近寄存器型）ADC，轉(zhuǎn)換速率可達1 Ms/s，1個10 bit的SAR ADC，轉(zhuǎn)換速率可達200 ks/s，2個12 bit DAC，可用于產(chǎn)生無抖動的模擬電壓輸出。豐富的外設資源和高速指令運算能力大大簡化了系統(tǒng)設計[3-5]。
1.2 液晶模塊TFT0305-A
　IFT0305-A是由恒方電子有限公司生產(chǎn)的，屏幕尺寸為3.5寸，可顯示256種顏色，顯示分辨率為320×240，自帶標準的中文字庫，顯示漢字和字符極為方便。字庫芯片采用GT23L32S4W，支持GB2312國標漢字（含有國家信標委合法授權(quán)）及ASCII字符，用戶通過字符內(nèi)碼，利用GT23L32S4W手冊提供的方法計算出該字符點陣在芯片中的地址，把地址信息送入地址寄存器就可從該地址中連續(xù)讀出字符點陣信息。液晶屏控制板采用嵌入式CPLD電路控制漢字以及字符的讀寫，不占用主控制器的機時，字庫芯片和CPLD之間采用PLII總線方式，控制更方便、傳輸數(shù)據(jù)更快。
1.3 TFT液晶驅(qū)動電路原理
　TFT 液晶屏顯示器件是靠鑲嵌在顯示器件玻璃上的薄膜場效應晶體管來完成顯示功能，一個場效應管驅(qū)動一個像素。TFT液晶顯示驅(qū)動電路的工作原理是采用逐行掃描的方式完成顯示功能。當選通一行的地址時，該行場效應管將全部處于導通狀態(tài)；此時，列地址將顯示信號分別施加給該行的每個晶體管上，實現(xiàn)顯示功能。當選通下一行地址時，該行的場效應管將全部進入無效狀態(tài)，無論列驅(qū)動器如何變化，該行都保持不變，即該行的電壓將保持一段時間，而這段時間與掃描的行數(shù)無關(guān)[6]。
2 液晶屏與C8051F060的接口設計
2.1 硬件電路設計
　在實際應用中，液晶屏與單片機有多種連接方式。從占用I/O口的多少可以分為串行方式和并行方式，其中，串行方式雖然占用的I/O口少，但是速度較并行方式來說比較慢[7]。因此，結(jié)合液晶屏在實際應用中的顯示速度，本文采用并行方式，計算機以訪問I/O口設備的方式直接對液晶屏顯示模塊進行操作。接口電路圖如圖1所示。C8051F060的供電電壓一般為3.3 V，而液晶屏所需供電電壓為5 V，為了使液晶屏正常工作，在單片機與液晶屏之間加入兩片控制電壓轉(zhuǎn)換的芯片SNC74LVC4245DB。如圖1所示，P7.0~P7.7端口通過電壓轉(zhuǎn)換芯片與TFT液晶屏的數(shù)據(jù)線DB0~DB7相連，P3.1~P3.7分別和液晶屏的控制引腳相連。
2.2 軟件設計
　TFT0305-A液晶屏的控制板中有兩個地址寄存器分別用來控制行操作、列操作、頁操作和緩沖區(qū)操作，地址寄存器只能寫，不能讀。讀取漢字和液晶屏顯示操作不能同時進行。讀取漢字時，先往字庫芯片的3個地址寄存器內(nèi)送入所要顯示漢字的地址，然后從地址寄存器中讀取該漢字的內(nèi)容，放入單片機的內(nèi)存中。選中液晶屏的片選信號，從單片機的內(nèi)存中讀出數(shù)據(jù)到液晶屏上

　軟件編程環(huán)境采用的是Silicon Labs集成開發(fā)環(huán)境IDE （Integrated Development Environment），它是一套完整、獨立的軟件程序，為設計者提供了用于開發(fā)和測試項目的所有工具。在IDE編程環(huán)境下，系統(tǒng)軟件用C語言編寫，根據(jù)液晶屏的讀寫時序以及編程要求編寫程序。程序在調(diào)用字庫芯片時，通過CPLD對字庫芯片進行讀寫控制，在讀取數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)經(jīng)過CPLD緩存后送入到單片機的存儲區(qū)中。程序經(jīng)過匯編、調(diào)試，燒寫在單片機的外部存儲區(qū)中。主程序流程圖如圖3所示。

　經(jīng)實際測試可獲得以下數(shù)據(jù)（TFT-0305液晶屏的顯示分辨率為320×240）：兩次動態(tài)曲線掃描時間間隔為21 588，由式（1）可得動態(tài)掃描頻率為96.5 Hz，由式（2）可得幀頻為40.2 Hz。
　本文介紹了C8051F060單片機與TFT-LCD液晶屏接口方法及顯示設計，可以在智能儀表中實時地顯示波形，硬件電路設計簡單可靠，軟件設計簡單易行，顯示圖形清晰流暢，曲線更新頻率可調(diào)。本文設計的特點在于，采用帶字庫型彩色液晶屏，方便、快捷地動態(tài)調(diào)用字庫內(nèi)的漢字和字符，無需在程序中寫出漢字的內(nèi)碼，編程時可為單片機節(jié)省大量的空間，為內(nèi)存比較小的單片機的操作和設計提供了可能，為彩色液晶在低端智能儀表中的使用奠定了良好的基礎。設計單片機與液晶屏接口電路以及軟件調(diào)試過程的經(jīng)驗，可為今后開發(fā)研究其他類型的彩色液晶屏控制、驅(qū)動和顯示提供一些幫助。
參考文獻
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