在屏顯示器件MC141541及其接口技術(shù)

摘要：MC141541是摩托羅拉公司生產(chǎn)的在屏顯示（OSD）芯片。它采用I2C總線，具有接口方便、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，因而能夠節(jié)省大量的系統(tǒng)資源?？捎脕?lái)顯示儀器及設(shè)備在視頻圖像上疊加所測(cè)量的參數(shù)及信息提示。文中介紹了MC141541與單片機(jī)的接口技術(shù)，同時(shí)給出了一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng)應(yīng)用程序流程圖。

關(guān)鍵詞：在屏顯示器件 I2C總線 單片機(jī) 接口 MC141541

1 引言

在某些圖像處理系統(tǒng)中，往往需要在顯示目標(biāo)視頻圖像的同時(shí)，顯示其參數(shù)及提示等信息。如醫(yī)療設(shè)備B超、CT、X透視，除了在監(jiān)視器顯示人體內(nèi)部的組織器定外，還要顯示相關(guān)參數(shù)，以輔助醫(yī)生作出準(zhǔn)確診斷。電力系統(tǒng)的紅色外檢測(cè)設(shè)備在顯示被測(cè)目標(biāo)的熱像時(shí)，還要顯示出其溫度等參數(shù)，以便測(cè)試人員從定性的熱像和定量的參數(shù)中診斷出故障所在。

利用MC141541在屏顯示器件可使微處理器（MPU）通過(guò)I2C總線接口將需要顯示的數(shù)據(jù)定入在屏顯示器件（OSD），然后將數(shù)據(jù)輸出顯示。其字符的顯示及同步均由OSD完成。OSD作為獨(dú)立的智能I/O，可大大減輕MPU的負(fù)擔(dān)。

2 I2C總線

I2C總線由PHILIPS公司推出，目前已廣泛應(yīng)用于MPU系統(tǒng)及數(shù)字電視等領(lǐng)域。它只有二根信號(hào)線：一根是雙向數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。所有連接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都連接到總線的SDA線上，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL。

具有I2C總線的器件有很多種類(lèi)，常用的如LED驅(qū)動(dòng)器、LCD驅(qū)動(dòng)器、靜態(tài)RAM、EEPROM、時(shí)鐘/日歷、A/D、D/A、電視類(lèi)及音響類(lèi)器件等。I2C總線的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速度為100k bit/s，而其高速方式的傳輸速度為400k bit/s。

組成I2C總線的關(guān)鍵是其傳輸協(xié)議，即如何使總線上的主器件（通常是MPU）協(xié)調(diào)總線上的從器件。協(xié)議主要包括以下幾個(gè)典型過(guò)程：

（1）一位數(shù)據(jù)傳送：串行數(shù)據(jù)總線是按位傳送的，因此位數(shù)據(jù)傳送是I2C總線數(shù)據(jù)傳送的最基本，也是最重要的過(guò)程。I2C總線規(guī)定SCL上一個(gè)時(shí)鐘周期只能傳送一位數(shù)據(jù)；

（2）起動(dòng)和停止：起動(dòng)和停止信號(hào)由主機(jī)發(fā)出，以控制總線上的數(shù)據(jù)傳送。從設(shè)備在偵聽(tīng)到總線上的起動(dòng)信號(hào)后開(kāi)始準(zhǔn)備收發(fā)數(shù)據(jù)；而監(jiān)測(cè)到停止信號(hào)后結(jié)束數(shù)據(jù)傳送。因而，起動(dòng)和停止協(xié)議控制著一幀完整的數(shù)據(jù)傳輸。

（3）應(yīng)答：在一個(gè)字節(jié)（8位）數(shù)據(jù)傳送完畢后，接下來(lái)的一個(gè)時(shí)鐘周期（即第9個(gè)）為應(yīng)答過(guò)程。應(yīng)答過(guò)程可保證傳送數(shù)據(jù)的完整性，并可用來(lái)檢驗(yàn)其有效性。

（4）尋址：要對(duì)并行數(shù)據(jù)總線上的I/O進(jìn)行操作，就必須對(duì)地址總線進(jìn)行譯以選中某個(gè)I/O。而I2C總線并無(wú)地址總線，它是利用所發(fā)送串行數(shù)據(jù)的頭幾個(gè)字節(jié)作為地址來(lái)選中I2C總線的I/O設(shè)備的。每個(gè)I2C總線的I/O設(shè)備都有一個(gè)I2C地址。

3 MC141541芯片及其接口電路

MC141541是MOTOROLA公司推出的增強(qiáng)型在屏顯示器件（EMOSD），可廣泛應(yīng)用于數(shù)字電視及圖像系統(tǒng)中。其主要性能如下：

●具有二種可選分辨率模式，分別為320點(diǎn)/行（CGA）和480點(diǎn)/行（EGA）；

●內(nèi)置PLL電路，最高行頻為110kHz，點(diǎn)時(shí)鐘頻率為52.8MHz；

●內(nèi)部273字節(jié)寄存器可直接存取，全屏字符為10行×24列；

●字符集為128個(gè)符號(hào)圖形ROM和8個(gè)用戶(hù)可編程RAM。10×16點(diǎn)陣字符。其字符顏色、背景顏色、雙倍高度、雙倍寬度、邊框及陰影均可編程；

●I2C總線接口地址為7A（Hex）；

●采用單5V電源供電；

MC141541的接口電路原理圖如圖1所示。其中：Vss和VDD分別為地和電源端；Vco和RP用于外接振蕩電路；H、V分別為分、場(chǎng)同步輸入信號(hào)；SDA、SCL分別為I2C總線數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)；SS為I2C總線允許信號(hào)；R、G、B為輸出至監(jiān)視器的RGB TTL電平信號(hào)。

MC141541是一種I2C總線接口器件，它的硬件接口非常簡(jiǎn)單。根據(jù)上述規(guī)則，只須將SDA與I2C總線的SDA信號(hào)相接，并將SCL與I2C總線的SCL信號(hào)相連即可。MC141541與MPU接口的關(guān)鍵在于按照I2C總線協(xié)議進(jìn)行編程。

MC141541的數(shù)據(jù)包格式如下：

這樣，在監(jiān)視器上顯示字符時(shí)，只須送出行、列坐標(biāo)地址，然后再送出字符代碼即可。在編程時(shí)，上述格式具體可劃分為下述三種方式：

（1）R→C→I→R→C→I……

（2）R→C→I→C→I→C→I→……

（3）R→C→I→I→I……

MC141541可編程的字符RAM編程格式如下：

在編程時(shí)，上述格式亦可劃分為下述三種方式：

（1）S→L→I→S→L→I……

（2）S→L→I→S→L→S→L……

（3）S→L→I→I→I……

在字符RAM編程格式中，SEG ADDRESS和LINE ADDRESS分別為要編程字符RAM的段、線地址，而其段地址字符RAM字模的位置內(nèi)容由線地址尋址的RAM決定。這樣，通過(guò)編程字符RAM就可以得到任意字符、圖標(biāo)及漢字。

4 傳輸協(xié)議子程序

圖1中，接口電路的核心器件是MC141541，MPU選用8031系列芯片89C51。由于89C51沒(méi)有I2C總線接口，因此要根據(jù)I2C總線協(xié)議及MC141541的數(shù)據(jù)傳輸格式，用軟件編程模擬接口時(shí)序。以下是用Franklin C51語(yǔ)言編程模擬I2C總線基本傳輸協(xié)議的子程序清單：

void star( ) //起動(dòng)

{SCL=0；

SDA=1；

SCL=1;

SDA=0;

}

void stop()//停止

{SCL=0；

SDA=0;

SCL=1；

SDA=1；

}

void ack()//應(yīng)答

{SCL=0；

SCL=1；

SCL=0；

}

void wbit()//一位數(shù)據(jù)傳送；寫(xiě)

{SCL=0

SDA=eebit；

SCL=1;

}

void rbit( ) //一位數(shù)據(jù)傳送；讀

{SCL=0;

SCL=1；

Eebit=SDA；

}

5 系統(tǒng)應(yīng)用

圖1所示接口電路可以用于電力行業(yè)紅外測(cè)溫診斷系統(tǒng)中在監(jiān)視器上顯示被測(cè)對(duì)象的溫度及提示信息。

MC141541產(chǎn)生的字符可通過(guò)疊加電路將其疊加在視頻信號(hào)中，并經(jīng)視頻液晶顯示出來(lái)。在紅外測(cè)溫診斷儀則開(kāi)始工作時(shí)，89C51將對(duì)MC141541進(jìn)行初始化。然后清屏并顯示相應(yīng)提示信息。隨著診斷的進(jìn)行，89C51一邊測(cè)量計(jì)算數(shù)據(jù)，一邊將處理好的數(shù)據(jù)傳送給MC141541來(lái)進(jìn)行顯示。圖2所示為其程序流程。

圖3所示為最后顯示結(jié)果圖。其中圓形為紅外傳感器本底，Crs、Max、Cir、Bas分別為實(shí)際溫度、最大溫度、環(huán)境溫度和本底值；左下角交替顯示有關(guān)參數(shù)，如發(fā)射率、檔位、校正、存儲(chǔ)體指示、調(diào)色板指示等。

MC141541是可以在視頻輸出上疊加字符信息的理想接口器件，它接口簡(jiǎn)單，性能價(jià)格比高，因而在儀器儀表中有廣泛的應(yīng)用。