0 引言
隨著電子產品設計技術的不斷發展，電子產品的設計，尤其是人機交互界面的設計日益趨向人性化。這其中的液晶顯示屏以其具有能顯示復雜文字及圖形、顯示面積大小隨意、功耗低、輕薄等優點，而得到廣泛的應用。近年來，隨著單片機技術的飛速發展，涌現了多種性能優良且成本很低的單片機品種。C8051F系列單片機就是其中之一。在工程應用中，C8051F021可在滿足性能要求的前提下，減少浪費、降低成本。為此，本文給出了一種基于C8051F021和RA8835實現的低成本液晶顯示方案。
1 系統主要器件
1．1 C8051F021單片機
本系統選用性能優良且成本較低的SOC單片機C8051F021作為控制核心。C8051F201是完全集成的混合信號系統級MCU芯片，具有32個數字I／O引腳。其主要的內部資源有8通道12位ADC，2通道12位DAC，4 KB的RAM，64 KB的FLASH，以及硬件實現的SPI、SMBus／I2C和兩個UART串行接口，另外還有時鐘振蕩器，看門狗定時器，VDD監視器，溫度傳感器等；C8051F021的所有模擬和數字外設均可由IDE軟件使能／禁止和配置。它采用與8051兼容的CIP－51微控制器內核。因采用流水線結構，其指令執行速度有了很大的提高。此外，C8051F021還配置有標準的JTAG接口，可在IDE軟件的支持下，對安裝在最終產品上的MCU進行非侵入式、全速、在系統調試。C8051F021的封裝為TQFP－64，可在工業溫度范圍內(－45℃～+85℃)使用2．7～3．6 V的電壓工作。
1．2 RA8835液晶控制芯片
RA8835是臺灣瑞佑科技公司推出的新版液晶控制芯片．內含功能強大的I／O緩沖器。RA8835的指令功能豐富，采用四位數據并行發送，可支持文字和圖形的混合顯示，并可將文字和圖形的三層重疊顯示、水平及垂直卷動等動態效果呈現于液晶屏上。RA8835可支持最大為640×256的屏幕顯示分辨率，其內部集成有可支持160個5×7像素字符的Mask ROM，也可外接CGRAM來支持64個8x16像素的字符，或者外接CGROM以支持256個8×16像素的字符。RA8835與EPSON的S1D13305(SED1335)芯片完全兼容，并且加強了穩定性，且擁有制程較新及耗電較低的優勢，可有效降低成本。
RA8835的接口擁有功能強大的I／O緩沖器，它主要表現在兩個方面：
其一是MCU訪問RA8835不需要判斷其“忙”，RA8835隨時準備接受MCU的訪問，可在內部時序下及時地把MCU發來的指令、數據傳輸就位：
其二是RA8835在接口部分設置了適配In－te18080系列MCU和M6800系列MCU的兩種操作時序電路，并可通過引腳的電平設置來選擇二者之一。RA8835接口部分所屬的引腳如下：
- DB0～DB7：三態數據總線，可直接掛在MCU的數據總線上；
- CS：片選信號，低電平有效，MCUI訪問RA8835時，應將其置低；
- RD：為8080接口時，該腳為讀操作信號；
- 為M6800接口時，則為使能信號；
- WR：為8080接口時，該腳為寫操作信號；
- 為M6800接口時，則為是寫操作信號；
- A0：I／O緩沖器選擇信號，當A0為0時，寫數據參數和讀忙標志，當A0為1時，寫指令代碼和讀數據；
- RES：復位信號，低電平有效，當重新啟動RA8835時，還需要使用指令SYSTEMSET。
- SEL1、SEL2：接口時的類型選擇信號。
2 液晶屏電路設計
本系統采用香港信利公司生產的MST-G320240DBSW-213W-E型5．7寸液晶顯示模塊，可顯示的點陣為320x240，藍膜高亮、LED背光、板載5 V負壓、帶RA8835控制芯片。其液晶屏接口電路如圖1所示。
圖1中，AD0～AD7可直接連到C8051F021的數據／地址總線(帶5 V上拉，C8051F021的I／O引腳均耐5 V電壓)；RD和WR分別為讀、寫線，可連接到C8051F021的讀、寫端口(RD：49號引腳，WR：48號引腳；均帶5 V上拉)；RST為上電復位，可連接上電復位電路；CS-LCD為片選輸入；A0為I／O緩沖器選擇。為了避免在無操作時液晶背光常亮，減少系統功耗，延長液晶使用壽命，本系統利用555電路設計了背光固定延時關閉的液晶背光控制電路。該電路選用LM555H搭建單穩態電路，當連至C8051F021 I／O端口的BLC端有觸發脈沖時，555單穩態電路輸出端TC就會輸出一定時長的高電平脈沖，此時T1管導通，液晶背光打開，延時固定的一段時間后，555輸出端TC轉為低電平，T1管截止，液晶背光關閉。根據555單穩態電路輸出脈寬的計算公式，可選擇合適的元件參數。通常當延時定為30秒時，電阻R7可選用100 kΩ，電容C21可選用330μF。在工程項目中，有時由于實際需要，系統還需擴展實時時鐘芯片DS12887和存儲器芯片CAT28C256，此二者的接口與液晶屏接口可共用C8051F021的數據／地址總線用作數據總線，本設計給出的以74HC139為核心的片選電路如圖2所示，其相應的地址如下：
LCD：2000H～2001H
DS12887：4000H～40FFH
C AT28C256：8000H～FFFFH
本系統中的CAT28C256單獨占用A0～A14地址總線，同時A15、A14、A13用作74HC139的譯碼輸入信號線，A0用作液晶屏的I／O緩沖器選擇，由于采用了外MEM低端口復用方式，因此，本系統還設計了以74HC573為核心的地址鎖存電路，其電路如圖3所示。其中，AD0～AD7可接到C8051F021的數據／地址總線，ALE接到C8051F021的ALE端(50號引腳)。
3 系統軟件設計
在軟件設計時，可根據RA8835的內部寄存器來設計RA8835的驅動程序。RA8835控制部分是RA8835的核心。它由振蕩器、功能邏輯電路、顯示RA管理電路、字符庫管理電路和產生驅動時序的時序發生器等幾部分組成，其振蕩器可工作在1～10 MHz范圍內。RA8835能在很高的工作頻率下迅速地解釋由MCU發來的指令代碼，并將參數置入相應的寄存器內，還將觸發相應的邏輯功能電路。控制部分可以管理64 KB顯示RAM、內藏的字符發生器以及外擴的字符發生器CGRAM或EXCGROM。一般地，RA8835可將64 KB顯示RAM分成以下兩種顯示特性區：
(1)文本顯示特性區
具有此特性的顯示RAM區專用于文本方式顯示，訪問該區的每個字節的數據都被認為是字符代碼。RA8835可使用該字符代碼確定字符庫中字符的所在位置，然后將相應的字模數據傳送到液晶顯示模塊，并在液晶屏上出現該字符的8x8點陣塊，即文本顯示RAM區的一個字節對應液晶屏上的8x8點陣。
(2)圖形顯示特性區
具有此特性的顯示RAM區專用于圖形方式顯示，訪問該區的每個字節的數據都將被直接送到液晶顯示模塊上，每個位的電平狀態決定液晶屏上一個點的顯示狀態， “1”為顯示， “0”為不顯示，故圖形顯示RAM區的一個字節對應液晶屏上的8×1點陣。
RA8835中有一組專用寄存器來管理這兩種特性顯示區，它可以單獨顯示一個特性區，也可使兩個特性顯示區通過某種邏輯關系合成顯示，顯示方式的設置可通過軟件指令設置實現。RA8835有13條指令，多數指令帶有參數，參數值可由用戶根據所控制的液晶顯示模塊的特性和顯示的需要來設置。
MCU可把指令代碼寫入指令輸入緩沖器內(即A0=1時)，指令的參數則隨后通過數據輸入緩沖器寫入(即A0=0 時)。帶有參數的指令代碼的作用之一就是選通相應參數的寄存器，任意一條指令(除SLEEPIN、CSRDIR、CSRR和MERAD外)都是在其附屬參數輸入完成之后才能執行。當寫入一條新的指令時，RA8835一般在舊的指令參數組運行完成后，才等待新的參數的到來。
RA8835在8080方式下的時序如圖4所示。圖5所示是RA8835的驅動程序流程圖。
4 結束語
本文對基于C8051F021單片機和RA8835液晶控制器的液晶顯示系統設計方法進行了探討。給出了對模塊進行有效控制的具體接口電路。本系統經工程測試證明其性能穩定、設計簡潔，同時可為相關液晶顯示系統的設計提供一種可借鑒的方法。