51XA單片機(jī)與圖形液晶顯示器的接口設(shè)計(jì)

0 引言

p51xa是philips公司的一種16位單片機(jī)，可管理的存儲(chǔ)器空間大，運(yùn)行速度快，支持實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)的增強(qiáng)了實(shí)現(xiàn)高級(jí)語言的支持，可以運(yùn)用在需要復(fù)雜、高速控制的場(chǎng)合，在體系結(jié)構(gòu)上與mcs－5高度兼容，便于實(shí)現(xiàn)向高性能微控制器的快速、平滑轉(zhuǎn)移。北京精電蓬遠(yuǎn)顯示技術(shù)有限公司的mgls240128t是一種240×128點(diǎn)陣的圖形lcd（液晶顯示器），可以顯示圖形、曲線，全屏可顯示15×8個(gè)漢字，適宜用在需要有較多顯示內(nèi)容的場(chǎng)合，它內(nèi)含t6963c控制器，能直接與intel系列的微處理器接口。

1 p51xag37單片機(jī)和t6963c簡(jiǎn)介

p51xa單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部數(shù)據(jù)總線均為16位結(jié)構(gòu)，支持?jǐn)U展的外部存儲(chǔ)器空間為1mb－16mb，p51xa內(nèi)核的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，克服了一般微處理器單累加器的瓶頸，其內(nèi)核的幾個(gè)寄存器中的每一個(gè)都可作為累加器使用，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)取指令和操作數(shù)據(jù)的回寫。p51xa在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)一個(gè)ale（地質(zhì)鎖存允許）脈沖可以讀取16個(gè)字節(jié)，從而大大提高訪問外部存儲(chǔ)器的速度，p51xa的存儲(chǔ)器按分段組織，每段為64kb，p51xa有系統(tǒng)模式和用戶模式兩種工作模式，有ssp（系統(tǒng)堆棧指針）和usp（用戶堆棧指針）兩個(gè)堆棧指針，堆棧可以安排在內(nèi)部存儲(chǔ)中，也可以安排在外部存儲(chǔ)器中。在運(yùn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)的情況下可以有效地實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的保護(hù)，p51xa支持4種類型的中斷－－異常中斷、事件中斷、陷阱中斷和軟中斷，采用矢量中斷的方法，加快了中斷的相應(yīng)速度，圖1為p51xa訪問外部數(shù)據(jù)總線的單個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)序圖，在時(shí)鐘頻率為30m赫茲時(shí)的一個(gè)時(shí)鐘周期為33.3ns。

圖2為t6963c時(shí)序及參數(shù)，p51xa工作在30m赫茲時(shí)與t6963c的時(shí)序配合有一定差異，需要用軟件和硬件的方法解決，在運(yùn)行速度滿足要求的情況下可適當(dāng)減低xa的時(shí)鐘頻率。

mgls240128t內(nèi)部使用t6963c控制器和8kb的數(shù)據(jù)緩沖器，可以工作在圖形模式和本文模式，工作在本文模式時(shí)可以使用其內(nèi)部的字符發(fā)生器，也可以使用外部的字符發(fā)生器。但它的字符發(fā)生器的容量不大，如果系統(tǒng)中僅需要顯示部分特定的漢字，則可以在lcd的片內(nèi)ram中建立一個(gè)字符發(fā)生器，工作在本文模式，這里主要介紹圖形模式下工作。t6963c通過指令設(shè)置其顯示功能，指令可以帶1個(gè)或2個(gè)參數(shù)，也可不帶參數(shù)，t6963c的指令系統(tǒng)有10種指令，這里僅介紹用于圖形顯示的部分指令。如圖3所示。

mgls240128t內(nèi)部的顯示緩存在系統(tǒng)中的地址安排由其地址譯碼電路決定，而圖形顯示區(qū)的首地址則可以由軟件設(shè)定，通過修改顯示首地址可以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)效果。首地址的第1個(gè)字節(jié)的d7位對(duì)應(yīng)于lcd顯示屏左上角的一個(gè)點(diǎn)，然后是d6、d5、…d0位等，再接下一個(gè)字節(jié)等，直到設(shè)定的圖形顯示區(qū)右邊界為止。然后是下一行第1個(gè)字節(jié)，如此等等，寫入指令前最好先檢查它的狀態(tài)字，如t6963c處于準(zhǔn)確就緒狀態(tài)，則可以寫入指令，順序是先寫入?yún)?shù)，然后寫入指令。它的狀態(tài)字結(jié)構(gòu)如圖4所示。

進(jìn)行不同的操作時(shí)需檢測(cè)不同的狀態(tài)位。

（1）顯示區(qū)域設(shè)置
設(shè)置圖形區(qū)首地址：par1，par2，42h，其中：par1、par2分別為圖形顯示區(qū)首地址的低字節(jié)和高字節(jié)，42h為指令代碼。
設(shè)置圖形區(qū)寬度（字節(jié)數(shù)/行）：par，00h，43h。其中：par為用字節(jié)數(shù)表示的寬度，43h為指令代碼。

（2）顯示開關(guān)
格式如下：
98h：圖形顯示開
90h：圖形顯示關(guān)

（3）數(shù)據(jù)自動(dòng)讀寫方式設(shè)置
設(shè)置數(shù)據(jù)自動(dòng)讀/寫方式后，每讀/寫顯示緩沖區(qū)一次，其內(nèi)部地址指針自動(dòng)加1，格式如下：
b0h：設(shè)置自動(dòng)寫
b1h：設(shè)置自動(dòng)讀
b2h/b3h：自動(dòng)讀/寫結(jié)束

（4）數(shù)據(jù)一次讀寫方式
共有6條，分別如下所示（其中data為要寫入的數(shù)據(jù)，讀操作時(shí)不需要數(shù)據(jù)）：
data c0h：數(shù)據(jù)寫，地址加1
c1h：數(shù)據(jù)讀，地址加1
data c2h：數(shù)據(jù)寫，地址減1
c3h：數(shù)據(jù)讀，地址減1
data c4h：數(shù)據(jù)寫，地址不變
c5h：數(shù)據(jù)讀，地址不變

（5）位操作
該指令可將當(dāng)前地址指針位置的顯示緩沖區(qū)的某一字節(jié)的制定位置1或清零，格式如下：
1 1 1 1 n3 n2 n1 n0
其中：n3＝1置1，n3＝0清零，n2 n1 n0為字節(jié)內(nèi)的位地址。利用位操作指令可以在屏上顯示各種曲線或圖形。

2 接口硬件設(shè)計(jì)

雖然p51xa有sfr（特殊功能寄存器）總線，可以將擴(kuò)展的外部接口器件連接在sfr總線上，但并不是每一種派生產(chǎn)品都將sfr總線引到片上外，所以在大多數(shù)情況下和mcs－51類似，利用外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間來擴(kuò)展外部接口，由于一般使用xa的場(chǎng)合往往需要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的空間較大，而xa的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是分段結(jié)構(gòu)的，為了使接口電路簡(jiǎn)單一般可將系統(tǒng)中需要擴(kuò)展的外部接口集中在一個(gè)專門的段內(nèi)，同時(shí)盡可能安排在該段的前1kb空間，以便于用直接尋址方式訪問。在簡(jiǎn)單的前、后臺(tái)方式下，擴(kuò)展的外部接口可直接用絕對(duì)地址進(jìn)行訪問。

需要注意的是，p51xa的外部總線進(jìn)行了優(yōu)化，地址的低4位a0－a3不是分時(shí)復(fù)用的及在外部總線設(shè)為16位的情況下不需要地質(zhì)線a0，此時(shí)a0作為高位數(shù)據(jù)的寫信號(hào)線－－wrh，而原來的wr作為低8位數(shù)據(jù)的寫信號(hào)線－－wrl，在擴(kuò)展8位的外部接口器件的時(shí)一般盡量安排在偶地址。lcd的模塊mgls240128t可以直接與p51xa總線實(shí)現(xiàn)接口，其邏輯圖見圖5所示，這里就mgls240128t連接在xa數(shù)據(jù)總線的低8位，寫入時(shí)用wrl控制信號(hào)線，xa地址總線的a1用做mgls240128t的cd控制，根據(jù)系統(tǒng)的具體安排，用xa地址線的高位譯碼后驅(qū)動(dòng)mgls240128t的片選線。

3 接口軟件設(shè)計(jì)

接口軟件用hi－tech c編寫，分成為應(yīng)用程序提供服務(wù)的接口函數(shù)和訪問硬件的驅(qū)動(dòng)程序等兩個(gè)層次，接口函數(shù)通過調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)初始化、漢字、圖形等的顯示。

根據(jù)對(duì)t6963c的指令系統(tǒng)的分析可知，指令有雙字節(jié)數(shù)據(jù)、單字節(jié)數(shù)據(jù)和無數(shù)據(jù)等，在對(duì)t6963c進(jìn)行讀寫之前其必須根據(jù)其狀態(tài)寄存器來判斷是否可以進(jìn)行操作，以下為底層的3個(gè)寫指令/數(shù)據(jù)的函數(shù)和初始化函數(shù)：


4 結(jié)束語

p51xa是一種與標(biāo)準(zhǔn)的mcs－51高度兼容、高性能的16位單片機(jī)，它為廣大熟悉mcs－51的開發(fā)人員提供了一種向16位單片機(jī)的平滑轉(zhuǎn)移，也為我們提供了更加廣泛的選擇。