ARM微控制器LPC210X的LCD接口技术
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关键词：ARM LPC210X LCD接口 串并转换 CPLD
引言
Philips最近推出了其第一款基于ARM内核的控制器LPC210X，但由于LPC210X外部总线不开放，无法扩展内存、驱动液晶显示器等，给它的推广带来了一定的影响。笔者最近在一工控板项目中采用了该系列芯片，项目后斯应客户要求需对几个参量进行显示并扩展键盘，不得已之下，采用了CPLD，并利用了GPIO口模拟总线和液晶时序与点阵图形液日模块HS12864-16建立了连接。下面详细探讨包括该种连接的三种接口方式。
1 LPC210X的GPI0口和HS12864-16A介绍
LPC210X控制器包含LPC2104、LPC2105、LPC2106，除了片内静态RAM不同外，其他完全相同。该系列器件具有32个GPIO口（P0.0～P0.31），没有外部总线，大多GPIO口是复用口，所以它一般不适合连接大屏幕液晶显示器，但驱动小规模液晶模块进行工业控制上的参量显示还是非常合适的。
GPIO包含四个寄存器，如表1所列。
表1 配置GPI0口的四个寄存器
| 名 称 | 地 址 |
描 述 |
| IOPIN | 0xE0028000 | 引脚值寄存器，引脚当前状态都从该寄存器读出 |
| IOSET | 0xE0028004 | 输出置位寄存器，只能写1，对应引脚输出高电平 |
| IOCLR | 0xE0028008 | 输出清零寄存器，只能写1，对应引脚输出低电平 |
| IODIR | 0xE002800C | 方向控制寄存器。控制每个I/O方向 |
另外GPIO口还包含两个引脚连接模块寄存器PINSEL0、PINSEL1，用来为32个引脚配置I/O功能或其他特殊功能。
HS12864-16A是内部不带字符发生器的3V液晶模块（LPC210X可直接驱动5V液晶模块俣考虑到功耜耗，不赞成连接），其主要引脚如表2所列）。
表2 HS12864-16A引脚525252
| 引 脚 号 | 引 脚 名 称 |
描 述 |
| 1、23、 | VSS、VDD、V0 | 电源（3.3V）、电源地、驱动负太 |
| 4 | D/I | 数据指令选择 |
| 5 | R/W | 读写选择 |
| 6 | E | 使能，R/W=0,下降沿锁存DB7DB0 |
| 7～14 | DB0～DB7 | 数据线 |
| 15、16 | CS1、CS2 | 左、右半屏选择 |
| 17 | RET | 复位，低电平复位 |
| 18 | Vout | LCD驱动负压，-10V，分压接3脚 |
| 19、20 | EN、NO | 背光电源 |
显示屏由128×64点阵组成，共有64行，分为8页，每页8行，每行128列。写指令规则如下：当D/I=0、R/W=0，所有指令由传输到数据线的8位二进制数据决定，开显示为0x3f，并显示为0x3e，传输行、列地址由2低6位决定，传输页地址为低3位决定。
2 三种接口设计
2.1 直接连接法
连接框图如图1所示。
该种方式占用GPIO口较多，对于要大量应用GPIO口复用功能的系统并不合适。为便于说明，图1将LPC210X的P0.0～P0.12选为连接的13个口，具体到设计系统中，可根据系统用到功能对应GPIO口复用功能进行选取和配置。HS12864-16A的数据线为8条，所以存在于Flash中的字模也是按8位存的，可由字模软件得出，传输数据进行显示的时候要满足以下时序：首先使D/I为高电平，R/W为低电平，接着将Flash里的某个8位二进制字模传送到8个I/O口上，然后使能E模拟下降沿时序，把数据锁存到液晶显示器内部的显示存储器中即可显示。
程序由ADS1.2编译器编译。
GPIO口配置：
#define LCD_DI 0x00000100 ;指令选择线P0.8
#define LCD_RW 0x00000200 //读写选择线P0.9
#define LCD_E 0x00000400 //使能线P0.10
#define LCD_CS1 0x00000800 //左屏选择线P0.11
#define LCD_CS1 0x00000800 //左屏选择线P0.11
#define IO_USE 0x00001FFF //13个GPIO口传输方向
传输字模数值到液晶显示器数据上的子程序如下：
void SendData(unsigned char date){
IOSET=data;
IOCLR=~data&0x000000FF;
}
备注：以上子程序为并行传输，也可以用串行移位进行传输，具体代码如下：
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++){ //依次发送8位数据
if((data&0x80)!=0) //最高位为1，对应口线置1
IOSET=IO_TURN;
Else
IOCLR=IO_TURN; //否则置0
data<<=1; //移到下一数据线
}
IO_TURN=0x00000080; //8位数据传输完毕后，仍然将P0.7设为起始线
}
下面以左半屏来说明如何在屏幕上任意显示16×16点阵汉字。
传送指令子程序如下：
void wcodel(unsigned char code){ //送指令
IOSET=LCD_CS1; //开左屏
IOCLR=LCD_CS2; //关右屏
IOCLR=LCD_RW; //写选择
IOCLR=LCD_DI; //指令选择
SendData(code); //依次将指令代码传到数据线上
IOSET=LCD_E; //模拟使能E下降沿
IOCLR=LCD_E;
}
同理，只要把IOCLR=LCD_DI改为IOSET=LCD_DI便成传送数据了。为便于区分，可将函数名改为wdata1（data）。
显示左屏汉字子程序如下：
void hzleft(unsigned char page,unsigned charrow,unsigned char number){ //形参分别为页、列、汉字序号
unsigned char i,j;
wcode1(0xc0); //设置12864从第1行显示
wcode1(0x3f); //开显示器
for(j=page;j<page+2;j++){
wcode1(row); //设置显示列
wcode1(0xb8+j); //设置显示页
for(i=16*(j-page);i<16*(j+1-page);i++)//依次取字模传输
wdata1(hangzi[32*a+i]);
}
}
每个汉字字模由32个字节组成，前16个字节显示汉字上半部分，后16个字节显示汉字下半部分，构成完整的16×16点阵。其中number代表存在Flash中的汉字排名序列号，只要把页、列、汉字序号实参值传到汉字显示子程序中进行调用即可显示汉字了。参考上面程序便能很方便地写出字母、数字的显示子程序。
程序中使用寄存器名称时要先在头文件中将其映射到对应地址，如对IOSET做如下定义：
#define IOSET(*((volatile unsigned long *)0xE0028004))
其它类似。
另外，要定义设置引脚连接GPIO，以及GPIO方向设置。
PINSEL0=0xX0000000；//设置用到的13个引脚连接到GPIO，为X的根据应用系统配置
PINSEL1=0xXXXXXXXX;
IODIR=IO_USE； //设置用到的13线方向为输出
当然，完整的应用还必须包括ARM时钟代码、启动代码等。
2.2 串行转换法
从上面可以看出，尽管用8个GPIO口模块总线非常容易与液晶显示器建立连接，但是占用口线太多。为节省口线，可以考虑加入串入并出的移位寄存器74HC595，用LPC210X的GPIO口复用SPI功能或直接用GPIO口模拟SPI功能进行驱动，后者更加方便。下面用这种方式进行说明，同样为方便，选用了连续的GPIO口P0.0～P0.7,具体设计系统要按实现情况进行配置，框图如图2所示。
该种方法通过3个GPIO口模拟SPI对74HC595进行控制，驱动液晶数据显示。
模拟SPI的GPIO口配置如下：
#define SPI_CLK 0x00000001 //时钟线为P0.0
#define SPI_DATA 0x00000002 //传输数据线为P0.1
#define SPI_CS 0x00000004 //74HC595选通线为P0.2
传输字模数值到数据线上的子程序：
void SendData(unsigned char date){
unsigned char i;
IOCLR=SPI_CS; //SPI_CS=0
for(i=0;i<8;i++){ //依次发送8位数据
IOCLR=SPI_CLK; //SPI_CLK=0
if((date&0x80)!=0) //传输最高位
IOSET=SPI_DATA;
Else
IOCLR=SPI_DATA;
date<<=1;
IOSET=SPI_CLK; //SPI_CLK=1
}
IOSET=SPI_CS; //SPI_CS=1
}
其它程序与方法1类似。有了以上子程序，就可以很方便地加以调用，进行液晶驱动显示。
2.3 CPLD分部连接法
CPLD是大规模逻辑器件，对于LPC210X的复杂应用显得非常重要，笔者的项目是用它来扩展外部接口的，LCD应用只是其中一部分，连接图如图3所示。
共占用9线，为说明方便，也选用了连续的GPIO口。该方法把一个字节字模分成高4位和低4位，分别通过P0.0～P0.3传送。在CPLD里设计一个4位锁存器，当高4位传送完毕后，锁存器进行锁存，然后发送低4位，接着由P0.4选通锁存器，将8位数据同时送出，这样节省了4个GPIO口；另外由P0.5通过CPLD直接控制CS1和CS2，也节省了1个GPIO口。LPC210X程序参照方法1很容易写出，只是注意这里是分两次、每次4位传送，以及每次传送要改变P0.4的状态。CPLD采用了Xilinx XC9500系列的XC9572，程序用Verilog-HDL语言编写，其中数据分部传送程序设计如下：
module latch(out_high,out_low,data,enable);//定义模块latch
output[3:0]out_high; //定义输出口高4位
output[3:0]out_low; //定义输出口低4位
input enable; 定义锁存选通信号
reg[3:0] out_high;
reg[3:0]out_low;
reg[3:0]lock; //定义锁存寄存器
always@(enable or data)
begin
if(!enable) //低电平锁存
lock<=data;
else //高电平开通锁存 ，输出8位
begin
out_high=lock;
out_low=data;
end
end
endmodule
至于P0.5选通CS1、CS2，在另一always块中用ifelse语句进行判断就可以了。
程序设计完成后，在WEBPACK中对用到的引脚进行分配与锁定，然后编译。如果需要仿真的 埃?鸵?杓贫ゲ阄件，可使用Xilinx公司推出的免费仿真软件MODELSIM。
对于上面的第二种方法，也可以考虑用CPLD设计称位存储器及时序控制。在复杂应用中，加上CPLD不但可以令设计简化，还可以使系统性能大大增加。
结语
对于无外部总线的Philips LPC210X，只能通过GPIO口模拟部连接液晶显示器。但在设计过程中，可以考虑通过串行转换或CPLD分部连接的方法减少GPIO口的使用，以便充分利用LPC210X的资源。不过没有总线毕竟有所束缚，好在Philips即将推出的LPC22X4系列控制器开放了外部总线，相信当这款芯片推出后，必将得到更多的关注。
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