摘要：采用MAX II系列CPLD器件來實現(xiàn)LCD控制器,。由于MAX II CPLD是唯一具有用戶閃存(UFM)的CPLD，因此用一片CPLD 芯片就可完成LCD全部的時序控制,、顯示控制等功能,這樣無需再加入其它的接口器件,，使微處理器和LCD顯示模塊之間的接口電路變得更加簡潔,。 本文對LCD控制器的硬件及軟件都給出了較詳細的說明，并在EPM240ZM上實現(xiàn)了LCD控制器的功能,。
關(guān)鍵詞：CPLD,，LCD 控制器，用戶閃存
0前言
液晶顯示屏(LCD)是薄型平面顯示設(shè)備,，由排列在光源或者反射器之前一定數(shù)量的彩色或者單色象素構(gòu)成,。這類顯示屏已經(jīng)成為大部分嵌入式系統(tǒng)不可缺少的組成部分。但是在嵌入式系統(tǒng)中八位和十六位微處理器大多沒有內(nèi)置的LCD控制器,，又由于LCD屏的分辨率很高,，即使有內(nèi)置的LCD控制器，也較難進行控制,；另外內(nèi)置LCD控制器對內(nèi)存帶寬的占用較高,，使控制器所能支配的資源也會變得非常有限。因此在微處理器和LCD屏之間加上一個LCD控制器是非常必要的,。常用的LCD控制器主要有兩種：專用的控制芯片和基于可編程器件的控制器,。本文采用Altera公司的MAX II系列CPLD器件來實現(xiàn)LCD控制器。CPLD一般使用外加的串行EEPROM來存儲非易失信息,，而MAX II CPLD是唯一具有用戶閃存(UFM)的CPLD,，它支持用戶存儲高達8Kbits的非易失信息，因此不需要采用外部存儲器,，并且在實現(xiàn)LCD控制器時還可以利用CPLD的內(nèi)部UFM振蕩器來滿足時鐘需求,，從而避免了采用外部時鐘信號。這些獨特的功能使MAX II CPLD成為實現(xiàn)LCD控制器最好的目標(biāo)器件,。
1 嵌入式系統(tǒng)的LCD接口電路結(jié)構(gòu)
基于MAX II CPLD的LCD接口電路一般采用圖1所示結(jié)構(gòu),。圖中LCD接口電路負責(zé)接受微處理器的配置，通過總線把DRAM上保存的顯示數(shù)據(jù)讀出,，然后按照屏類型和顯示設(shè)置轉(zhuǎn)換為需要的格式,，并按照屏?xí)r序要求發(fā)送出去。在設(shè)計顯示控制器時,，需要注意如下幾個方面：支持的屏類型,、總線類型的選擇、同微處理器之間的交互方式,、動態(tài)圖像顯示和中斷設(shè)計,。基于CPLD的LCD控制器可以提供合適的顯示單元,，它產(chǎn)生需要的時序信號,，滿足LCD的時序要求，同時卸載了微處理器和控制器繁重的LCD處理任務(wù),，從而提高了處理器和控制器執(zhí)行其他操作的效率,。
2 LCD 控制器組成與接口信號
2.1 LCD 控制器組成
由圖1可知,LCD控制器有三個主要模塊：有限狀態(tài)機(FSM),、時鐘分頻器和用戶閃存(UFM)模塊。
1,、初始化LCD和有限狀態(tài)機模塊
FSM模塊有8個不同的狀態(tài),。它用于初始化LCD，初始化完成后顯LCD進行讀寫操作,。圖2所示為LCD模塊的初始化步驟,。為簡化初始化過程，每次發(fā)送一條命令后,，延時15ms(而不是檢查忙標(biāo)志的狀態(tài)),。但是向LCD模塊寫入數(shù)據(jù)時，每一數(shù)據(jù)寫操作之后,，要檢查忙標(biāo)志的狀態(tài),。這樣就加速了寫操作過程。
2,、時鐘分頻器模塊
時鐘分頻器模塊主要是降低內(nèi)部振蕩器輸出頻率,，從而滿足了LCD模塊的時序要求以及控制器的性能要求。該模塊把振蕩器輸出信號osc的頻率由.5MHz降低到43kHz左右,。降低頻率以后的信號（即Clk信號）從時鐘分頻器模塊輸出（見圖3）,。該模塊主要代碼為：
module divider (osc, clk);
input osc;
output clk;
reg clk;
reg [6:0]count;
initial
begin
count = 7'b0000000;
end
always @ (posedge(osc))
begin
count = count + 7'b0000001;
clk = count[6];
end
endmodule
3、用戶閃存模塊
MAX II CPLD中的用戶閃存UFM模塊主要用于存儲LCD控制器打開之后,，需要在LCD屏上顯示的信息。采用十六進制(Intel格式)文件(.hex)對UFM進行設(shè)置,，并利用UFM宏功能進行例化,。
UFM模塊接口信號主要有addr、nread,、do,、dv、osc和clk信號：
Addr為9位地址總線,，用于選擇UFM的某一存儲位置,。
nread 若該信號設(shè)置為0，以讀取地址總線所指向存儲器的內(nèi)容,。
do 為數(shù)據(jù)輸出信號,。8位數(shù)據(jù)總線，保持地址總線所指向16位存儲器的高8位,。
dv 為數(shù)據(jù)有效信號,。該信號指示8位數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)有效并且可讀。
osc 為UFM模塊內(nèi)部振蕩器輸出,。輸出信號到時鐘分頻器,，輸出頻率為5.5MHz,。
2.2 LCD 控制器接口信號
1、LCD控制器與LCD屏之間的接口信號
LCD控制器與LCD模塊之間的接口信號有E,、RS,、RW 、DB0-DB7：
E為使能選通信號,。該信號下降沿將雙向總線上的數(shù)據(jù)鎖存到數(shù)據(jù)或者命令寄存器中,，反之亦然。
RS為寄存器選擇信號,。用于選擇LCD模塊的數(shù)據(jù)和命令寄存器,。當(dāng)RS=0時為命令寄存器；
RS=1時為數(shù)據(jù)寄存器,。
RW為區(qū)分讀寫操作的讀寫信號,。RW=0：寫操作；RW=1：讀操作
DB0-DB7為8位雙向總線,，承載LCD模塊的數(shù)據(jù)和命令,。
2、LCD控制器與微處理器之間的接口信號
LCD控制器與微處理器之間的接口信號有DATA0-DATA7,、RST,、WE、ACK：
DATA0-DATA7 為處理器和控制器的8位總線,，承載LCD模塊上顯示的ASCII字符值,。
RST 為復(fù)位信號。該信號用于復(fù)位控制器,，再次初始化LCD模塊,。
WE 為寫使能信號。該信號指示寫周期的開始,。應(yīng)將它設(shè)為低電平,，使能對LCD模塊的寫操作。
ACK 為應(yīng)答信號,。該信號指示數(shù)據(jù)已經(jīng)成功地發(fā)送到LCD模塊,，準(zhǔn)備接收后面的數(shù)據(jù)。
在此信號變?yōu)榈碗娖街鞍l(fā)送的任何數(shù)據(jù)都被控制器忽略,。
3設(shè)計與仿真
本設(shè)計通過MAX II CPLD EPM240ZM成功地實現(xiàn)了處理器和LCD模塊的接口,，圖5-圖7分別給出了LCD控制器的整體模塊、綜合結(jié)果和仿真波形,。
4結(jié)論
本設(shè)計采用MAX II系列CPLD器件EPM240ZM來實現(xiàn)LCD控制器,，解決了微處理器與LCD顯示模塊之間的接口問題，并在OptrexSC1602D 16×2字符LCD模塊上實現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的顯示功能,。由于是使用一片MAX II CPLD芯片完成LCD全部的時序控制,、顯示控制等功能,所以是接口電路變得更加簡潔,、可靠，具有很好的應(yīng)用價值,。
本文作者創(chuàng)新點: 使用唯一具有用戶閃存(UFM)的MAX II CPLD,，不需要采用外部存儲器就實現(xiàn)了LCD 全部的時序控制、顯示控制等功能,，使LCD 接口電路變得更加簡潔,、可靠。