LCD显示模块并行接口驱动程序设计

0 引 言
    人们在日常生活中，LCD占有很大的地位。人们使用的电脑、手机、车载系统、各种测量设备、显示设备等等，都把LCD作为重要的人机接口，它把使用者需要的信息及时反应出来。目前市场上存在着各种LCD和相对应的驱动模块，驱动模块所带的驱动程序都是针对本身模块开发的，各种驱动程序之间通用性差，而且在不同的平台上很难移植。每换一种LCD产品，都要根据它的驱动模块重写驱动程序。这样产品开发资源浪费，开发周期长，成本增加。本文将介绍一种LCD图形液晶驱动器的使用方法以及程序裁剪、移植和扩展，实现在任意坐标上显示图形和汉字。这款驱动器不带字库，对需要显示的汉字和字母通过字模产生器产生数据，通过程序设计把字体在LCD通过描点描述出来(本文所用的字模采用阳码)。

1 典型图形LCD驱动器NHC_313简介
1．1 驱动器简介
    NHC_313驱动器驱动最大点阵数为640(列)×480(行)，显示颜色为65536色(16位色)。本文所用的LCD为SHARP公司产品，产品型号为LQ104V1DG52。NHC_313有8位复用并行接口一数据总线和控制总线。MCU可以通过总线对LCD进行操作，随时写显示存储器，而不影响显示效果，即显示不会出现“雪花”。NHC_313内部有两页显示缓存，使用人员可以让一页缓存的数据在LCD上显示出来，同时可以对第二页的缓存进行操作。此驱动器与微处理器接口连接简单，接口的读、写操作兼容8031总线时序。这款驱动器只是单纯的图形图像显示，没有内置字库、图形库。如果设计人员要显示汉字，必须要把需要的汉字用字模生成器产生字模的16进制文件，然后通过程序控制把需要的字体逐一描到LCD上。驱动器的控制引脚如下：
    WR：数据写入，低电平有效
    CS：片选端，低电平有效
    A0：地址信号线0
    A1：地址信号线1
    DB0～DB7：数据总线
    对NHC_313读写的时候采用8031时序，如图1为NHC_313接口电路8031时序图，在表1中列出了接口的时序特征参数。

    当驱动器与8051等I／O口读写速度不是很快的MCU连接时，I／O的特性其本上可以满足表1的时序特征参数，图2给出的是MCU和驱动器无缝连接的接口电路，这种方法是采用IO模拟时序的时候用到的引脚(不止局限于图中列出的引脚)，本文建议采用I／O口模拟时序的方法控制驱动器。要注意的是如果I／O的读写速度过快则不能满足接口时序特性参数。例如采用Silab公司的C8051F340作为NHC_313的MCU，由于C8051F340的内部晶振为48MHz，I／O读写速度不能很好满足时序特性(写周期不能满足)，所以在程序设汁中会看到有延时程序。而Atmel 8051系列单片机I／O可以满足表1的时序参数特性，不需要加入延时程序。

    表2为驱动器命令，由于显示的像素点数为640(列)×480(行)，对于8位的I／O不能一次的把行和列的信息完全表示出来，由此设置了行列的高低地址(8位地址线只能表示0～255的地址信息)。

    对驱动器进行写操作要遵循以下规律：
    a)设定显示页和操作页地址(A1=A0=1，CS=0，WR=0)

    D1-D0设定列地址高字节；D2设定行地址高字节。开机时先执行此操作再执行其他操作。
    b)写行地址低字节。(A1=0，A0=1)
    c)写列地址低字节字节。(A1=1，A0=0)
    d)连续写两次8位字节对应一个像素点颜色(A1=0，A0=0)。第一个字节：

    R4、R3、R2、R1、R0表示红色灰度；G5、G4、G3、G2、G1、G0表示绿色灰度；B4、B3、B2、B1、B0表示蓝色灰度。如在同一行内连续写数据不用每次重写行坐标和列坐标，每一次“写数据”操作后列地址自动加1，即每写两个字节显示数据列地址自动加1。
1．2 关于液晶屏的简单说明
    本文中的液晶显示器显示的颜色数量为65536种一16位色，对一个像素点所要显示的颜色需要用两个字节的数据来表示。需要注意的是，LCD的坐标系同数学上的坐标系有所不同，LCD的坐标系如图3所示。

    坐标系上的点和LCD的像素点是一一对应的，每一个像素点用坐标系的横纵坐标唯一标识。由于八位的数据线只能表示0～255的范围，所以把LCD分割成了图3中的几个区域，这些区域保证了横纵坐标范围在0～255之内，通过设置行列高低地址选择所要显示的区域。每个区域独立为一个小的坐标系，如图3中的F区域所示，区域中的点用这个小坐标系的坐标唯一表示。例如在选择LCD上点(630，420)，通过整体坐标轴把这个点定位到F区，通过简单的计算得知此点在F区域坐标下的新坐标值为(118，108)。选择区域的过程就是设置行列高低地址的过程，也可以理解为地址的写入为先写如高地址，后写入低地址，且地址的长度为11位，最高位为行列地址选择位。为了方便理解和使用，本文把地址用区域来表示。例如选择F区域，执行操作：A1=A0=1，CS=0，WR=0，然后向控制器写入D2D1D0=110。

2 程序设计、移植和剪裁方法
2．1 LCD驱动器I／O操作基本程序
    对驱动器控制是完成液晶产品开发的第一步也是关键部分，下面的程序是采用I／O模拟8031时序方法完成对控制器进行控制，通过这个方法有助于理解对控制器控制的操作步骤。图1为C8051F340同驱动器的连接方法，本文所有例程编写都遵循这种连接方式。操作基本程序清单如下：

    上述的dlcd，clcd1，clcd2，clcd3函数中，如果把控制器的片选信号接到低电平，cs这个管脚在程序可以略去；假如P4端口和其他端口相连接，cs管脚要通过I／O口控制驱动器是否选通。注意函数中的延迟函数：数据出现在端口上要经过T6的时间在wr的上升沿把数据写入控制器。
2．2 LCD高级程序设计
    函数draw_point功能：把有颜色的点在LCD指定位置显示出来。函数参数意义(参考图3)：
    word_which_display：设置显示页；
    word_which_write：设置操作页；
    word_x，：新坐标O'在原坐标O下横坐标；
    word_y：新坐标O'在原坐标O下纵坐标；
    line_x：点G在坐标系O'下横坐标
    line_y：点G在坐标系O'下纵坐标
    yanse1，yanse2：连续写入的8位像素字节
    说明：显示页的设置是为了显示两页缓存中的一页数据到LCD上，操作页的设置是为了把数据写入到两页缓存当中的一页。如果显示页为第1页，操作页为第0页，此时LCD显示的是第一页的缓存的数据，此时把数据写入到第0页缓存中，写入的数据在LCD上不被显示；如果显示页为第0页，操作页为第0页，此时LCD显示的是第0页的缓存的数据，此时把数据写入到第0页缓存中，写入的数据可以在LCD上实时的显示出来。程序依据图3中对坐标轴设计方法和LCD区域划分手段判断点G在新坐标系O'中坐标值。在程序中一定要注意每写两个字节显示数据列地址(列坐标)自动加1。为此设计如下函数：

    这个函数功能比较多样化，是用新坐标系O'来确认点G的坐标。执行函数draw_point(0，0，511，255，8，9，0xf8，0x07)结果为，当前显示第0页，点为红色且被置到第0页。新坐标O'在原坐标O的(511，255)处，点G在坐标系O'的位置为(8，9)，也就是被置到图3中的F区；如果执行函数draw_point(0，0，0，0，、520，364，0xf8，0x07)，那么此点和上一个点将重合，此时坐标系O’和原坐标O重合。
    函数display_word功能：把字体写入到控制器缓冲区指定位置中，并控制字体是否显示。函数参数意义：
    word：显示字体字库的首地址；
    word_line，word_row：字库行数和列数(列数等于字模的列数／8)；
    word1，word2：字体显示的颜色的16进制表示；
    backdrop1，backdrop2：字体和背景的颜色其他参数含义同clear_region。函数原型和参数如下：

2．3 其他主要函数编写说明
    清屏程序：可以通过draw_point函数编写得到，建议清屏函数具有清理任何缓存页中的数据并控制数据显示的功能。如函数及参数列表如下：
void clear_region(char word_which_display，char
    word_which_write，int word_x，int word_y，
    unsigned int word_row，unsigned int
    word_line，unsigned char with_color)
在这个函数中，参数word_row：清理的矩形区域距离word_x的长度；参数word_line：清理的矩形区域距离word_y的长度；参数with color：清理区域的颜色。此函数所清理的是矩形区域。函数改写可以采用连续置点的方法，通过draw_piont函数连续的向清屏区域内置入一定颜色的点。由于篇幅所限，本文不给出程序清单。
    画线程序：把LCD上任意两点连接成直线。设LCD上两点坐标M(x1，y1)和N(x2，y2)，得斜率由于x方向地增量△x=1，则△y=k。通过循环置点就可以得到直线。
    本文所用的函数如下：
void draw_line(char word_which_display，char word_which_write，unsigned int x1，unsigned int y1，int x2，int y2，char colour)
参数功能：x1，y1：LCD上任意一点M的坐标
    x2，y2：LCD上任意一点N的坐标
    colour：连线的颜色
    同种LCD驱动器可应用在不同的MCU上，如果采用I／O模拟时序的方法，需改动管脚设置并注意读写的时间要求。如本文的程序在8051单片机上运行时候基本程序中的不需要加延时，在C8051F单片机(晶振48MHz)上需要加延时。另外MCU和LCD驱动器必须共地处理，否则可能会产生不必要的干扰。
    对驱动器的控制还可以采用直接访问外部存储器的方法，这个时候相当于向固定的寄存器写数据和控制字，接口程序如下：

   
    如果向外部存储器写数据，采用dlcd=0x04的形式，它的含义是把数0x04存储到外部地址为0x0000中。使用此方法要注意MCU的EMIF的接口读写时序。有一些控制器的功能更丰富一些，如clcd1=0x81，驱动器会执行0x81所代表的功能。本文使用的是C8051F340单片机，这款单片机有自带的EMIF接口，在使用之前需要对其进行配置：
    P1SKIP=0x80；／／跳过WR和RD引脚
    XBR1=0x41；／／Enable crossbar and enable
／／EMIF工作在地址／数据复用方式
／／只用外部存储器
／／ALE高和ALE低脉冲宽度=4个SYSCLK周期EMI0CF=0x0c；
／／地址建立时间=0个SYSCLK周期。
／／／WR和／RD脉冲宽度=2个SYSCLK周期。
／／地址保持时间=1个SYSCLK周期
    EMI0TC=0X05；

3 使用举例及显示效果
    如图4是使用本文程序设计的飞机操纵性能检测评估仪操作使用界面，界面中左边的箭头可以通过按键控制下上下移动，并进入到相应的操作界面。

    首先要了解，LCD显示图像的实质是在屏幕上置入一定颜色的点，曲线y=f(x)也基于这个原理产生，当x轴连续时且函数值y幅度很小的时候在LCD上显示的图形是连续的，当幅度很大时会产生幅度离散的图形，如果可以把两个离散的点用一条线连上，那么离散图形可以变得连续，图4中有正弦函数显示的事例。程序实例如下：
for(i=0；i<640；i++)
    {y1=200*sin(0．05*i)；y2=200*sin(0．05*(i+1))；
    draw_line(0，0，0，240，y1，y1-y2，i，’g’)；}

4 结束语
    上述控制程序是当今通用的使用方法。控制驱动器的函数如显示字体、清屏幕和置点等都要人为编写，但这更有助于对LCD显示的过程的理解。现如今市场上LCD驱动器的品种多，且有很大一部分控制起来要优于本文所使用的驱动器，本文的目的旨在给予大家一种通用有效的方法，希望在以后遇到LCD驱动器的时候能快速入门，缩短开发周期，节约成本。本文中所有列举出来的函数都经过C8051F340单片机的测试和伟福的硬件仿真。