基于ADSP2181为主控CPU实现与液晶模块的总线接口设计

引言

常用液晶显示模块的种类有笔段式、字符式和图形式等，可方便地用于各种嵌入式系统的液晶显示。字符式液晶显示模块SMC1602B是长沙太阳人电子有限公司的8位并行接口、内藏控制器HD44780的背光式两行液晶显示模块。

本文使用的DSP是AD公司的一种低价格、高性能的16位定点运算DSP—ADSP2181。它集成度高，在ADSP21XX基础上，把24x16KB的程序存储器，16x16KB的数据存储器，两路串行接口和两路DMA都集成在一个芯片上，运行速度快，指令周期可达25ns。它具有2048个存储单元的Ｉ／Ｏ口，支持并行的外围设备以及相应的可编程等待状态发生器，适合与不同速度的外设接口，可扩展性强。

SMC1602B的原理

字符式液晶显示模块SMC1602B由一块5x7点阵液晶屏和控制芯片HD44780及其辅助电路组成。它可以显示字母、数字、符号等，显示容量为16x2 个字符，芯片工作电压为4.5~5.5V，工作电流为2mA（5V），模块最佳工作电压为5V，字符尺寸为4.95x7.95（W×H）mm。

接口信号说明

SMC1602B液晶显示模块具有16条接口信号线，包括8条三态数据线，使能信号线E，读写选择信号线R/W，命令/数据选择信号线RS等，其详细的接口信号说明如表1所示。

其中，VL为液晶屏的参考电源，外接可调电阻可用来调节液晶屏的对比度。R/W为读写选择信号，R/W＝1为读状态，R/W＝0为写状态。RS为寄存器选择信号，RS＝1为指令寄存器，RS＝0为数据寄存器。E为使能信号，读状态在高电平有效，写状态在高脉冲下降沿有效。这三条控制线用于主控CPU访问模块内部控制器HD44780使用。

读写操作时序

SMC1602B模块接口控制时序适合M6800系列MPU，具有较宽的适应能力，其具体读、写操作时序如图1所示。

RAM地址映射图

模块SMC1602B内部的控制器是日立公司的HD44780，它是专用于字符显示的液晶显示控制驱动集成电路，集驱动器与控制器于一体，内藏有显示缓冲区 DDRAM和用户自定义的字符发生器CGRAM。其中，显示缓冲区DDRAM是用来存储显示字符代码的，共有80x8位（80个字节），CPU可对 DDRAM进行读、写操作，读、写单元的地址由内部地址计数器AC提供。DDRAM各个单元均对应着显示屏上的各个字符位，他们的对应关系如图2所示。即使显示屏没有这么大，但他们的对应关系依然存在，由HD44780内定的，是不可更改的。因此，当需要在屏幕上某行某列显示某个字符时，CPU只需将字符对应的数据写入显示DDRAM相应的地址处即可，该模块会自动将显示DDRAM内容送往液晶屏，完成相应的显示。可见，SMC1602B模块能根据主控 CPU写入到该模块的各种命令字及显示RAM数据，自行对液晶屏进行一系列操作，而不再需要主控CPU的参与。

指令说明

液晶模块SMC1602B具有特定的指令，指令格式非常简单，主控CPU只需通过接口将指令写入到液晶模块就可设置工作方式，或者控制液晶模块实现某种功能。常用的指令如表2所示。

状态字说明

液晶显示模块SMC1602B内有一个忙标志位STA7，它反映了控制器HD44780内部运行时序状态。当STA7＝1时，表示内部操作正在运行，不能接受外部数据；当STA7＝0时，表示已准备好接收，可以随时接收CPU发来的数据和命令，这是SMC1602B向CPU发出的唯一联络信号。CPU对模块的读操作（RS＝0，R/W＝1），读出来的状态字是忙标志位与7位当前数据地址指针值的组合，其格式如表3所示。因此，对控制器每次进行读写操作之前，都必须进行读写检测，确保STA7为0。

ADSP2181与SMC1602B硬件接口设计

一般地，主控CPU与SMC1602B液晶模块的硬件接口有总线方式和模拟口线方式两种，这里，我们以ADSP2181作为主控CPU，使用总线接口方式，如图3所示。通过数据总线与控制总线，直接采用I/O设备访问形式控制该液晶显示模块。

根据液晶模块的读写时序要求，使能信号E由适合的逻辑器件组合控制，同时也可增加适当的硬件延时。由于液晶显示模块SMC1602B是8位μP接口的，故只须将ADSP2181的低8位数据总线与之相连即可。工作时，地址线A9为低电平，同时，地址线A1和A0分别控制模块的读写选择信号R/W与命令数据选择信号RS，相应的操作即可直接对DSP的I/O存储器空间进行。根据接口电路设计，相应的I/O操作口地址有四种：写指令为IO（0X000），写数据为IO（0X001），读状态为IO（0X010），读数据为IO（0X011）。

ADSP2181与SMC1602B软件接口设计

相对快速的DSP而言，SMC1602B是一慢速的外设，但ADSP2181内置有可编程等待状态产生器，等状态控制寄存器映射于数据存储区DM （0X3FFE）。在CPU读写I/O端口时，通过增加0~7个等待状态，可以加长CPU等待外部I/O口响应的时间，完全满足SMC1602B的时序要求。另外，在连续向液晶模块写数据时，为了解决LCD反应太慢的问题，在连续写之间调用了延时5ms子程序。在系统DSP程序中，液晶显示模块子程序流程图如图4所示，其中，对LCD读写位于I/O存储器地址0X000~0X003。

结语

本文以ADSP2181为主控CPU，实现了与液晶模块SMC1602B的接口，较好地解决了两者之间的速度匹配问题，类似地，51系列、96系列、 M6800系列等单片机以及其他系列的DSP器件都可以实现液晶显示。以液晶模块SMC1602B作为某测控系统的显示部分，具有工作电压低，显示清晰可靠，受干扰小等优点，同时也要注意到其反应较慢的缺陷。

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