基于DSP的液晶顯示若干問題的探討

1 引言

信息時代，信息的獲取最終要通過顯示來實現人機交換，隨著電子產品集成化的發展趨勢，液晶顯示屏在便攜式儀器中實現圖形和文本混合顯示應用愈加廣泛[1，2]。DSP作為控制處理器以其高速、高精度性能廣泛應用于數據采集系統。因此采用DSP控制器實現液晶顯示越來越普遍。但是在實際應用中常會出現電壓匹配、抗干擾、PCB布線和響應速度、時序匹配等諸多問題，本文針對出現的這些問題提出具體解決方案，并給出編程實例。

2 硬件結構

TMS320LF2407A是TI公司推出的一款高性能定點DSP控制器。液晶顯示模塊采用的驅動控制器為KS0108B及其兼容顯示控制驅動器。圖1為液晶顯示模塊與DSP的硬件電路，系統主要由DSP控制器、隔離緩沖電路和液晶顯示模塊3部分組成。隔離緩沖電路由兩片74LS245組成。調節滑動電阻R1可以調節液晶顯示對比度。

3 相關問題及解決方案

3．1 電壓匹配

DSP的數據、地址、控制總線通過接口信號線連接至液晶顯示模塊。DSP的I／O端口工作電壓為3．3 V，由于DSP有時將數據寫入控制器，有時又從控制器讀數據，因此數據總線是雙向的。如果直接把兩者連接，數據的流向可能會對3．3 V系統造成損害，所以本設計中DSP和液晶模塊通過兩片74LS245進行連接，74LS245具有隔離作用。74LS245(1)連接DSP對液晶輸出模塊的控制信號．信號為單向，引腳DIR始終置為"1"，使得控制信號由741S245的A口流向B口。而74LS245(2)連接DSP與液晶模塊的數據線，數據為雙向，因此引腳DIR則由DSP的IS的反來控制數據的流向。由于DSP輸出的信號電壓均為3．3 V，而液晶模塊的驅動電壓為5 V，所以需要在74LS245和液晶模塊之間加入上拉電阻，這樣才能與LCD控制器準備接收的數據相匹配。

3．2 抗干擾

LCD顯示屏常置于儀表的面板上，通過一條扁平電纜連接至主控板。測控儀表內部的電磁干擾對LCD的工作有一定的影響[3,4]，如果該儀表工作于工業生產過程，惡劣的環境對于液晶屏的工作更為不利，這就需要在設計中采用各種抗干擾措施。本系統采取的主要抗干擾措施如下：

(1)設計LCD模塊的接口時，在VSS和VDD之間接一只0．1μF的去耦電容，接10μF或20μF電容濾波，提高電源輸入的穩定性。

(2)LCD模塊的工作電流很小，為幾毫安，但其背光部分所需要的電流遠大于其工作電流，因此在設計中需將工作電源和背光電源分別布線。

(3)為避免其他不明干擾源對液晶顯示的影響，采用軟件掩飾顯示不正常的問題，即定期對液晶屏復位(通過RES的反引腳)，保證液晶顯示屏長期工作的穩定性。如果不允許液晶屏定期復位，可以檢測LCD內部工作寄存器和顯示RAM，一旦發現LCD不正常，可以對LCD復位。

3．3 PCB布線

所有電路設計的最后一步就是印制電路板(PCB)的布線，如果這部分設計不當，PCB會發射出過量的電磁干擾(EMI)，使整個電路工作不正常。在電能質量監控裝置中，DSP輸出的信號頻率高達幾兆赫茲甚至幾十兆赫茲，因此任何一條PCB布線都可能成為天線。布線的長和寬都會影響線路電阻和電感量，進而影響系統的響應速度。同時高頻信號傳輸線路過長會引起信號失真，導致顯示不正常。因此在布線時，液晶模式和DSP之間所有傳輸信號的布線都應盡可能的短且寬，這樣可以減少其分布參數和相互間的電磁干擾，保證高頻信號高質量傳輸，從而保證電路正常工作。

3．4響應速度

在傳統液晶顯示控制電路的軟件編程中，由于液晶顯示模塊的上電復位過程遲于控制器的復位時間，所以在程序上電執行液晶模塊初始化程序之前需要先運行一段延時程序，而且一般每次對液晶模塊控制器的控制端口、數據端口進行讀、寫操作時，必須調用延時子程序，否則將無法正常顯示。筆者在進行初步開發時，遵循了上述開發經驗，增加了一定的延時程序，這時便出現了響應速度的問題。雖然DSP的運行速度相當快，但是每段延時程序累積起來，再加上循環程序的運行需要，整個系統響應速度將會很慢，甚至會被誤認為顯示不成功，這樣對于電能質量實時監控系統而言是不允許的，因此在設計過程中不斷地縮短延時時間，最后不需要添加任何延時程序也能進行正常的顯示，所以在對液晶模塊編程時要根據實際情況設計延時程序，以保證系統的響應速度。

3．5時序匹配

在顯示系統中，由于DSP控制器的運算速度非常快，機器周期很短(25 ns，工作頻率40 MHz)。在這種情況下，液晶的控制器難與其同步(0CM12864模塊讀寫數據的時序如圖2所示，時序參數如表1所示)。本系統采用的解決方案是在DSP數據接口與LCD數據接口之間使用三態總線收發器74LS245進行數據緩沖。同時在軟件設計方面根據兩者時序關系，在程序中加入DSP等待狀態周期(根據工作頻率的不同改變程序中的參數來滿足時序要求)，延長DSP輸出信號的持續時間。

4 字符顯示軟件設計

字符顯示函數DISP的形參ARRAY、PAGE、COL及TYPE分別代表定義的字模數組、頁面物理地址、列物理地址及顯示類型(漢字TYPE=16，數字字母TYPE=8)。程序中PAGE的范圍為0～7。使用物理地址，該值與第0頁指令代碼0xOB8相"或"后。就可得到期望頁面的指令代碼，從而提高了編程效率。同樣的，COL范圍0～127也使用了物理地址，在每寫一列數據前，軟件都會判斷當列所在的物理位置，以調用左屏或右屏的驅動子程序，與第0列指令代碼0x40相"或"后即可得到設置列地址的指令代碼。至于寫反顯字符只需將DATA取反(即～DATA)寫入相應I／O口即可。字符顯示流程如圖3所示，下面給出具體程序：

5 結束語

本文提出基于DSP的液晶顯示設計過程中出現的問題及其解決方案，并給出具體的電路設計和編程實例，論證了所提出的解決方案的有效性。