基于ARM7微处理器的中文液晶显示技术

1 引言

    液晶显示屏LCD作为一种功耗低、体积小、无辐射的显示器件，近几年被广泛应用于各式各样的嵌入式电子产品中，LCD可分为段位式、字符式和点阵式三种，其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和数字的简单显示，不能满足图形曲线和汉字显示的要求，而点阵式LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动动画功能，分区开窗口、反转、闪烁等功能，用途十分广泛，为了简化液晶 显示电路的设计和应用，生产厂家通常将液晶显示单元、显示控制器，显示内存和显示驱动电路等装配在一起，做成液晶显示模块LCD Module（LCM）[1]。LCM对外提供标准数据和控制接口以及控制指令，本文以ATM12864C为例，介绍带控制驱动器ST7920的液晶显示模块与Philips公司的ARM7微控制器LPC2214的接口设计及编程方法，并在此基础详细介绍在液晶显示屏上显示可连续滚动的中文菜单及菜单项反白选择显示的设计方法，并讨论如何解决汉字显示过程中出现的乱码问题。

2 硬件实现

    ATM12864C是广东金鹏电子有限公司生产的中文液晶显示模块，该款液晶显示模块采用中文字型点阵的控制驱动器ST7920，他内含8192个16×16点阵的国标简体汉字和126个16×8点阵的英文符号字库。用户输入国标码或ASCII码即可实现文本显示。满屏显示为8个汉字×4行，另外，还提供64×256点的绘图RAM（GDRAM），可以与文字混合显示，而且内含字型产生RAM（CGRAM），提供可编程造字功能，ATM12864C提供的外部接口信号有：8位数据总线D0-D8；寄存器选择信号R/S，当R/S为高电平时，控制数据寄存器，R/S为低电平时，控制指令寄存器，读写信号R/W，R/W为该电平时读，低电平时写，使能信号E，下降沿有效，ATM12864C的写操作时序如图1（b）所示，读操作时序除R/W信号为高电平外，其余与写操作时序相同[2]。
    LPC2214是Philips公司推出的一款基于一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器，频率高达60MHz，带有256KB嵌入的高速片内Flash存储器和4个32位宽度的外部存储器接口，是一款低功耗、高性能、小封装的微控制器，LPC2214的外部存储器访问时序如图1（a）所示[1]。
    为了节省微控制器的普通I/O口资源和简化程序的编写，LPC2214可以通过数据总线与控制信号直接采用外部存储器访问形式控制液晶显示模块，这种方式对于一些I/O口资源紧张的复杂系统有着更加重要的意义，由于STA7920的数据访问时序与LTC2214的存储器访问时序有很大区别，如图1所示。LPC2214和液晶显示模块的接口电路设计的关键是如何通过合理的设计，使得LPC2214的存储器访问时序和ST7920的访问时序正确的配合。

    LPC2214与液晶显示模块的接口电路如图2所示。LPC2214通过低位地址A1控制LCM的R/S信号，以选择当前控制的寄存器，通过对LPC2214写信号WE做适当的延迟后作为LCM的R/W信号控制数据总线上的数据流方法。而LCM的使能信号E由LPC22414的读信号OE、写信号WE和存储器控制器的片选信号CS1来合成产生，在产生读写信号R/W信号的电路中，电阻R和电容C的选择是关键，根据LPC2214和ST7920的电气特性（具体见文献[1，2]）和调试的结果，理想的选值：R取1KΩ，C取12PF，为了实现低功耗，LCM的背光通过一个普通I/O口来控制，当有外部按键响应时，背光点亮，否则背光熄灭。


    由于LCM的片选信号由CS1控制，即使用LPC2214外部存储器接口的Bank1地址空间，而R/S信号由A1控制，所以LCM的操作如下：

命令输入地址：0x81000000

数据操作地址：0x81000002

3 软件设计

    在带汉字库的液晶屏显示程序设计过程中，中文菜单的滚动显示和菜单项的反白选择是关键，本文所选的液晶显示模块可显示4行，每行可显示8个中文字符。当要显示的菜单项大于4个时，需要进行滚屏显示。本文设计了一种人机交互友好的菜单操作程序，该程序的基本思想：在内存中开辟一个可显示4×16得二维字符型数组的显示缓冲区，把要显示菜单项列表存储在另一个二维数组中，通过改变显示函数LCM_Show（）的参数，方便、灵活地显示菜单列表中指定的菜单项，假设要显示如图3（a）中的5项菜单，默认的显示焦点在第一行，即把第一行的菜单项进行反白显示，当按"下移"键，显示焦点下移一行。当焦点下移至液晶显示屏最后一行时，如图3（b）所示，此时再按"下移"键，显示屏向上滚动,如图3（c）所示，当继续按"下移"键时，显示屏继续向上滚动，循环显示菜单列表中的5项菜单，如图3（d）所示，按"上移"键，操作相同。


    本文通过显示函数LCM_Show（）和反白显示函数LCM_ShowInvert（）来实现如上所述的菜单连续滚动显示功能及焦点反白显示功能。具体代码如下：

 
 
 
    在显示汉字的过程中，显示内容经常是汉字和ASCII码混合，由于汉字是由2个字节组成，ASCII码是一个字节，如果显示内容中的ASCII号码中的个数是单数，ASCII码后面汉字的显示就会出现乱码的现象。

    针对这一现象，本文提出了在显示前对显示内容进行格式化的方法，其基本思想是：把连续的单数个ASCII码字符后面加一个空格，使显示内容中的连续ASCII码字符保持双数，这种方法很好地解决了汉字显示时的乱码现象。程序流程如图4所示。
4 结语

    本文在对ARM7微控制器LPC2214和带控制驱动器ST7920的液晶显示模块的访问时序进行研究的基础上，设计了他们之间的接口电路，该接口电路无需增加普通I/O，直接使用LPC2214的外部存储器访问形式简单方便地对液晶显示模块进行控制，既节省了普通I/O口，也使得程序的编写更加方便，同时也给出了中文菜单滚屏显示和菜单项反白选择的程序，并且针对在显示过程中出现的乱码现象进行讨论，给出解决方案和程序流程。对于基于ARM微控制器的嵌入式系统的具有汉字显示功能的显示系统的设计提出了一个行之有效的解决方案。