基于單片機的微功耗中文人機界面設計

概括來說,MSP430F14x單片機具有極低的功耗、強大的處理能力、豐富的片上外圍模塊,方便高效的開發方式。

本系統采用的MSP430F149單片機,是F14x系列中功能最強大的一款。它具有一個硬件乘法器、6個I/O端口（每個有8個I/O口）、1個精確的模擬比較器、2個具有捕捉/比較寄存器的定時器、8路12位A/D轉換器、片內看門狗定時器、2個串行通信接口和60KB的FlashROM,2KB RAM。

F149還具有強大的擴展功能,其具有48個I/O引腳,每個I/O口分別對應輸入、輸出、功能選擇、中斷等多個寄存器,使得功能口和通用I/O口可以復用,大大增強了端口功能和靈活性,提高了對外圍設備的開發能力。

MSP430F149的以上特點,使其非常適合于構成一個全功能的便攜式單片機應用系統。

二、液晶顯示模塊與接口電路

圖形點陣式液晶可顯示用戶自定義的任意符號和圖形,并可卷動顯示,它作為便攜式單片機系統人機交互界面的重要組成部分被廣泛應用于實時檢測和顯示的儀器儀表中。支持漢字顯示的圖形點陣液晶在現代單片機應用系統中是一種十分常用的顯示設備,漢字BP機、手機上的顯示屏就是圖形點陣液晶。它與行列式小鍵盤組成了現代單片機應用系統中最常用的人機交互界面。

采用圖形點陣式液晶顯示較之其它顯示方式主要有以下優點：

（1）工作電壓低、功耗極低。工作電壓3～5V,工作電流≤10uA／cm2,特別適用于便攜式的儀器儀表中。
（2）液晶顯示屬被動顯示,受外界光線干擾小。
（3）圖形點陣式液晶可顯示的信息量大,分辨率高。
（4）不產生電磁干擾。
（5）可靠性高。使用壽命長。

在設計中,筆者采用了信利（TRULY）公司的MG-12232液晶顯示模塊。MG-12232模塊供電電壓的典型值為3V,工作電流的典型值為0.3mA,很適合本系統3V電平的低功耗環境。其可顯示范圍為122×32點陣,即能實現所謂的雙排漢顯。MG-12232采用的控制器是兩片SED1520,一片SED1520控制器可以驅動16行×80列。SED1520控制器可以在3V邏輯下正常工作,因而避免了與MSP430單片機邏輯電平不匹配的問題。其具體結構框圖見圖2。

圖2 SED1520的引腳定義和結構框圖

SED1520控制器作為液晶顯示屏與MCU的接口,它直接驅動MG-12232液晶,控制字符、漢字以及圖形的顯示。由于MSP430F149具有48個I/O引腳,借助SED1520,可以直接利用MSP430的I/O口模擬液晶的讀寫和控制時序。使得MCU對液晶的操作實際上變為MCU對液晶顯示控制器SED1520的操作,因而接口電路的的硬件連接和軟件編程都簡單了很多。

圖2中V5引腳提供MG-12232液晶的對比度電壓,可以通過一個－12V電壓發生電路（如MAX765）產生,經一個100K電位器分壓后即可使用。

MCU可以通過SED1520的一些控制引腳和13條常用指令來訪問液晶顯示模塊。如RST用于重啟動SED1520,E1和E2分別用于使能兩片SED1520。R/W控制對SED1520的讀或寫。A0決定此次操作是指令讀寫還是數據讀寫。

一個SED1520顯示控制器能控制80×16點陣液晶的顯示,其顯示RAM共16行,分2頁,每頁8行,每一頁的數據寄存器分別對應液晶屏幕上的8行點。當設置了頁地址和列地址后就確定了顯示RAM中的唯一ピＦ聊簧系拿懇渙卸雜σ桓魷允綬AM的字節內容,且每列最下面一位為MSB,最上面一位為LSB,即該RAM單元字節數據由低位到高位的各個數據位對應于顯示屏上某一列的由高到低的8個數據位。對顯示RAM的一個字節單元賦值就是對當前列的8行（一頁）像素點是否顯示進行控制。

如圖3,MSP430F149單片機的P5口用作與液晶顯示模塊通信的數據口。

圖3 MSP430F149與MG-12232的電路連接示意圖