基于單片機的VRAM型彩色液晶顯示模塊設計

介紹一種基于AVR單片機和硬件漢字庫的VRAM 型彩色液晶顯示模塊的設計。給出彩色液晶顯示器的顯示原理、硬件接口設計框圖以及硬件漢字庫的制作和應用，同時給出基于C語言的程序設計模塊，實現了應用VRAM 型液晶的模塊化，便于移植在其他類型的單片機。

　　1 　引言

　　隨著電子技術的飛速發展，越來越多的領域應用到以單片機為控制核心、用液晶作為顯示終端的數字化設備。彩色液晶顯示器作為當代高新技術的結晶產品，不但具有超薄平面、顯示信息豐富、色彩逼真的特點，而且還具有體積小、耗電省、壽命長、無輻射、抗震、防爆等其他類型顯示器無可比擬的優點，因而是工控儀表、機電設備等行業更新換代的理想顯示器件。因此基于單片機系統的彩色液晶顯示模塊的使用也越來越廣泛。本文介紹一種基于AVR 單片機和硬件漢字庫的彩色液晶顯示模塊，該模塊實現了在彩色液晶顯示器上顯示不同顏色的中文、英文、數字及簡單的畫圖功能。

　　2 　液晶顯示器顯示原理

　　本模塊采用的液晶顯示器是河南友利華高科技有限公司生產的YD2502 彩色液晶VRAM 型顯示器。它的點陣數是320 ×240 ,VRAM 容量是64 k ×8 位，由于屏幕上的任何一點都是由R（紅） 、G（綠） 、B（藍） 3 種顏色組成，且灰度不可調節，因此顯示顏色為8 色。基本原理框圖如圖1所示。DC/ DC 轉換器產生液晶所用各種驅動電壓，DC/ AC 逆變器則用來點亮冷陰極背光燈， 顯示驅動邏輯電路采用了優化邏輯電路，利用分時技術讓顯示與寫入數據同時進行，實現了畫面的高速更新，且互不干擾。其顯示原理是：在顯示器內部含有一個顯示緩沖區與屏幕顯示一一對應，使用時只需向緩沖區里寫入相應的數據，屏幕上即可顯示出對應的彩色圖形或文字，也就是說該顯示器可作為單片機系統的一個外部存儲器就可以實現彩色信息的顯示。

圖1 　YD2502 原理框圖

　　3 　硬件系統設計

　　3. 1 　硬件總體設計

　　本模塊中使用的單片機是AVR 系列單片機中功能最強的A Tmega128 。該單片機具有豐富的片上資源如具有128 kB 在線可重復編程Flash、4 kB 的E2 PROM、4 kB 的內部SRAM、48 個I/ O 端口、34 個不同的中斷源、可尋址64 kB 的地址空間、ISP 下載以及J TA G 仿真等功能。詳細介紹請參考其數據手冊。

　　圖2 是該模塊硬件系統總體設計框圖。由于YD2502 的顯示緩沖區里的內容是不能讀出的，為了保存寫入內容，在該模塊中還外擴了一片存儲器芯片61LV5128 ,其存儲容量為512 kB ,除了保存YD2502 顯示緩沖區里的數據外，還為使用本模塊的嵌入式系統提供了擴展應用。由于A Tmega128 的尋址范圍只達到64 KB ,因此采用了分頁管理技術來操作512 kB 的存儲空間。在具體電路設計時，將A Tmega128 的PB3 ～ PB0連接到61LV5128 的高4 位地址線上，將512 kB的存儲空間分成16 頁，每頁32 kB。硬件漢字庫芯片AT29C040A 的存儲容量也是512 kB ,與CPU的接口設計與61LV5128 是類似的，只需將片選信號和高4 位地址線接在不同的I/ O 口上就可以了。

圖2 　硬件設計圖

3. 2 　YD2502 的接口設計

　　YD2502 的接口方式采用總線方式，外部引線包括數據總線（DB7～DB0） 、片選信號（/ CS） 、讀寫輸入（/ RD、/ WR） 和寄存器選擇信號（RS） ,可以直接掛接到單片機的總線上，作為單片機的某部分內存來使用。接口采用16 針插座，引腳定義請參閱其說明書。

　　根據YD2502 可以作為單片機的外部存儲器使用的接口特性，將A Tmega128 的讀寫信號線與YD2502 的讀寫信號線直接連接，具體接口設計原理如圖3 所示。

圖3 　AT128 與YD2502 的接口

　　3. 3 　硬件漢字庫的制作

　　本模塊使用了硬件漢字庫，省去了利用漢字取模軟件獲取點陣數據的麻煩，而且還避免了為保存這些數據而開辟的大量程序存儲空間。

　　漢字庫中要燒寫的點陣文件是UCDOS 軟件中的文件HZK16 ,該文件是16 ×16 的國際漢字點陣文件，文件中按漢字區位碼從小到大依次存放國標區位碼表中的所有漢字，每個漢字占用32字節，每個區為94 個漢字。漢字庫芯片采用的是AT29C040A ,該芯片是ATMEL 公司生產的512 kB的Flash ROM。在制作時，燒寫過程和普通的程序存儲器的編程基本相同，只要注意選擇正確的型號和在選擇打開HZK16 的方式時用二進制方式就可以了，編程校驗成功后，取下備用，硬件漢字庫芯片就制作好了。

　　實際上若顯示HZK16 的文件屬性，其大小為262 kB ,而AT29C040A 的存儲容量為512 kB ,超出部分可以存儲用戶固定的漢字、字母和數字的代碼，從而使顯示內容更加靈活豐富。