DMF5001液晶顯示器與波形顯示技術

摘要：DMF5001是日本東芝公司生產的集控制、驅動、顯示為一體的薄板式點陣圖形顯示器，可用來顯示各種字符和圖形。文中介紹了DMF5001液晶顯示器的工作原理和軟、硬件接口電路，討論了點陣式圖形顯示器示波形的三種方法，最后給出了部分顯示控制。

關鍵詞：液晶顯示器 波形顯示 顯示內插 DMF5001

DMF5001是集控制器、驅動器、顯示器為一體的薄板式點陣圖形顯示器。它不僅可以直接顯示ASCII字符，還可以顯示漢字和各種圖形。DMF5001可廣泛應用于各種便攜式波形顯示儀器，如數字存貯示波器瞬態波形存貯器等。由于液晶顯示器對空間電磁輻射的干擾不敏感，且在緊湊的儀器空間中不需要專門的屏蔽保護，因而可大大簡化儀器的結構和制造成本。

1 DMF5001的硬件結構及接口

圖1為DMF5001的內部電路框圖。它由一片160×128點的單屏結構液晶顯示器NRD7353、兩片行驅動器T6961B、兩片列驅動器T7778A、一片控制器T6963C及8k的RAM和相關配套電路組成。由圖1可以看出，外部電路與DMF5001的接口實際上就是與控制器T6963C的接口。它通過執行T6963C的內部命令來控制8k RAM的讀寫和顯示板的顯示。

DMF5001的接口引線如圖1所示。其中，D0-D7為雙向數據總線，WR和RD為讀寫控制線，CE為片選信號，C/D為命令/數據控制線。C/D控制信號可與WR、RD控制信號配合工作。當C/D=1時，系統將認為向T6963C寫入的8位數據是命令，而從T6963C讀出的8位數據則認為是當前T6963C的內部工作狀態；當C/D=0時，系統的寫入和讀出均為顯示數據。HALT為功耗控制端，當HALT=1時為正常工作，HALT=0時，為低功耗狀態。該電路選擇的是+5V（Vcc）工作電源，液晶顯示板的電源VEE為-20V。DMF5001的顯示對比度控制電壓為Vadj=0-VEE。

DMF×××可以與8051系統直接接口。其實際接口電路如圖2所示。其中，74LS138的地址譯碼輸出信號Y6可作為DMF5001的CS控制信號，地址范圍為C000H-DFFFH。同時，74LS373輸出的地址線A0應接到DMF5001的C/D控制端。因此，向DMF5001寫入命令和讀出狀態的地址為C001H，寫入和讀出數據的地址為C000H。

2 DMF5001顯示原理及軟件接口

DMF5001在顯示屏上顯示的內容，取決于8k RMA中預置的數據。8k RAM可分為文本緩沖區和圖形緩沖區。其中文本緩沖區的每一個存貯單元對應于顯示屏上的一個字符，全屏可顯示16行×20列，需占用320個存貯單元；而圖形緩沖區的每一個存貯單元對應顯示屏上的一個8×1點陣，其全屏圖形為160×240點陣，需占用2560個存貯單元。當用戶向緩沖區內輸入顯示數據時，控制器T6963C立即從緩沖區內讀出這些數據，然后將其變換為顯示驅動碼送到行、列顯示驅動器，并在顯示屏相應的位置顯示字符和圖形。如果實際使用的字符緩沖區大于320單元或者圖形緩沖區大于2560單元，那么，可以通過改變當前顯示的起始地址來實現滾屏或換頁，以此來切換顯示緩沖區內的各個部分內容。

控制器T6963C內含128字符的字符發生器，用戶只需將字符的ASCII代碼寫入字符緩沖區，即可顯示字符。設Y=0～15為顯示屏上字符顯示的行號，X=0～19為顯示屏上字符顯示的列號，則字符寫入緩沖區的地址為：

add=home+20Y+X

式中，home為字符緩沖區的首地址。

T6963C可以對圖形緩沖區內每一個存貯單元的每一位進行置位和復位，以實現圖形、曲線或漢字的顯示。為了在顯示屏上顯示一點或清除一點，需處理的圖形緩沖區單元的地址為：

add=home+20Y+INT(X/8)

該存貯單元應置位或復位的位為：

bit=7-mod(X，8)

其中，Y=0～127為顯示屏上點的行號，X=0～159為顯示屏上點列號。

DMF5001的文本和圖形可以分別顯示，也可以重疊同時顯示。DMF5001的命令集共有10條命令，簡述如下：

（1）指針設置命令。該命令用于設置游標指針、外部字符發生器的地址指針以及顯示數據的地址指針；

（2）首地址和顯示列寬設置命令。用來設置文本和圖形緩沖區的首地址和顯示寬度；

（3）顯示模式設置命令。用于設置文本與圖形的“與”、“或”、“異或”等顯示方式。

（4）顯示控制命令。主要控制文本、圖形、游標的顯示或關閉；

（5）游標圖案選擇命令。通過該命令可選擇一線光標至八線光標；

（6）數據讀寫命令。每次讀出或寫入一個數據，地址自動遞增、遞減或不變；

（7）數據連續讀寫命令。可以連續讀出或寫入數據，地址自動遞增；

（8）屏幕數據讀出命令。用于讀出顯示屏上各種邏輯組合的數據；

（9）屏幕拷貝命令。通過該命令將顯示屏上的一行顯示數據寫入到圖形緩沖區中；

（10）位操作命令。通過該命令并利用屏幕像素的組合來顯示圖形。

應當說明：在各種命令輸入或數據讀寫之前，需要讀出和判斷T6963C的狀態字。只有狀態字中相應的位所指示的狀態為“允許”或“就緒”時，才能進行相應的操作。某些命令需要帶有數據，如地址指針的設置、數據的讀寫等，這些命令需要先輸入數據，后輸入命令。若為雙字節數據，則先輸入低字節，后輸入高字節。

在DMF5001型薄板式液晶圖形顯示器上電以后，系統應首先需要對T6963C進行初始化。其初始化流程如圖3所示，每一步的命令已在圖中標出。命令所帶的數據可根據顯示需要來決定。在上電或顯示過程中，一般都需要清屏，其方法是向文本和圖形緩沖區內寫滿數據00H。

3 點陣圖形顯示器的波形顯示技術

DMF5001點陣圖形顯示器是利用顯示屏上像素點的顯示或清除來表示圖形的。在采樣數據的波形顯示時，每一個采樣數據在顯示器上表現為一個像素點，而該像素點對應于圖形緩沖區某一單元的某一位。

數據波形的顯示通常有三種方式：直接點顯示、矢量內插顯示，正弦內插顯示。根據不同的情況選用相應的顯示方式。

數據波形顯示的質量與模擬信號采樣頻率有關。對于一定頻率f0的模擬信號波形，為了在采樣后能夠足夠精確地顯示出來，需要選用足夠高的采樣頻率fs，而fs的選取又與其所采用的顯示方式有關。fo、fs和顯示方式的關系定義如下：

fs=Kfo

在直接點顯示時，K=25，脈沖內插顯示時，k=10，正弦內插顯示時，K=2.5。

可見，不同的顯示方式所需要的采樣頻率相差很大。反之，若采樣頻率fs一定，則不同的顯示方式所限定的最高輸入信號頻率也相差很大。

3.1 直接點顯示

直接點顯示是一種虛線顯示方式，它簡單地將各數據點按照其時間順序和幅值的大小擺放在顯示屏上，該方式的顯示速度很高，與波形的形狀無關，適用于多個波形的同時顯示和快速換屏的情況。

直接點顯示對于規則的周期信號，大約需要每周期25點才能較好地顯示該信號。而每周期25點的直觀感覺已經能夠足夠精確地表示波形原形了。但如果每周期取樣點較少，或者是非周期的瞬態信號，則直接點顯示容易產生難以辨認或視覺混淆現象。而當信號變化較快且幅值較大時，由于采樣點相對較少，該方式將使得波形不連續；同時也不容易辨認波形細節。

3.2 矢量內插顯示方式

矢量內插方式又稱為線性內插方式，即高級編程語言中常用的“LINE”命令所描繪的曲線方式。它將點顯示方式中的各個數據點用直線連接起來，從而能夠使曲線具有連貫和動態感覺，這樣，就避免了單個數據點的丟失和數據密集時的視覺混淆現象，從而大大地改善了視覺效果。

矢量內插方式顯示瞬態信號時，不容易感覺到顯示誤差的存在。但實際上，由于是用直線代替曲線，因此，當采樣率較低且曲線曲率較大時，就會產生較大的顯示誤差。

3.3 正弦內插顯示方式

正弦內插顯示方式對正弦波輸入信號非常有效，它可以從低至每周期2.5個點的采樣序列中滿意地恢復原始信號。

正弦內插顯示的理論基礎是采樣的內插公式：

式中，Δ為采樣的時間間隔。

從該公司可以看出，連續函數x(t)可以由它的采樣值x(Δn)來表示。

在實際計算機內插顯示的數據點時，可用量化的A/D采樣數據x(n)代替內插公式中的模擬采樣值，其內插計算點數的多少由所需的顯示精度決定。由于采樣序列只能為有限長度，所以，內插卡的求和范圍應限制在計算點（-m,m）左右的區間內，由此產生的x(t)幅值誤差為：

Δy≈1(πm)

因此，當m>30時，顯示精度優于1%。

圖4為每周期采樣5點的正弦波。圖4（a）是矢量內插顯示的波形，圖4（b）為正弦內插顯示的波形，而內插后每周期25個顯示點，計算求和的長度為m=50。