基于MC9S08AW32和HT1621家电液晶显示系统设计

摘 要：根据液晶驱动芯片HTl621的性能特点和组成结构，结合飞思卡尔微控制器MC9S08AW32，论述了一种家电液晶显示系统的设计。对HT1621在该液晶显示系统设计中的实际应用做了详细论述，重点阐述了该系统的硬件构成和软件设计过程，并给出了硬件接口框图和软件流程图。该液晶显示系统具有显示稳定，功耗低，界面友好等优良性能，并且节省了微控制器I/O口资源。
关键词：MC9S08AW32；HT1621；家电；液晶显示；硬件设计；软件设计

0 引 言
    液晶显示系统是家电控制系统的重要组成部分。家电液晶显示系统通过液晶显示模块(Liquid Crys-tal Display)将其工作状态和时间等重要信息显示出来，用户根据这些信息下达操作指令到微控制器进行处理，从而实现对家电功能的控制。液晶显示模块不仅可以生动地显示图形、汉字及字符，而且功耗小，工作电压低，因此在现代家电产品中的应用越来越广泛。家电液晶显示系统主要包括液晶显示模块LCD、背光源、液晶驱动芯片HT1621、飞思卡尔微控制器MC9S08AW32和按键模块等。在此，根据HT1621的性能特点、组成结构和编程方法，结合MC9S08AW32，对HT1621在家电液晶显示系统中的实际应用作了详细论述，阐述了该系统的硬件设计和软件设计过程，并给出了该系统的硬件接口框图和软件流程图。

1 液晶驱动芯片HT1621介绍
1．1 HT1621的特性
    HTl621是台湾盛群(HOLTEK)公司推出的128段(32×4)内置存储器的多功能驱动器，可以驱动多段LCD字符是其主要特征。HTl621可以构成LCD显示模块和显示系统，与微控制器的通信仅需要3～4根，同时它还包括了一个省电命令，有效地减少了系统的功耗。HTl621是48引脚的SSOP封装，具有很多优良的特性，其主要特性如下：
    (1)工作电压2．4～5．2 V；
    (2)内嵌256 kHz RC振荡器；
    (3)节电命令可用于减少功耗；
    (4)一个32×4段的LCD驱动器；
    (5)一个内嵌的32×4位显示RAM内存；
    (6)三种数据访问模式。
1．2 HT1621内部系统结构
    HT1621内部系统结构包括显示内存(RAM)、系统振荡器、看门狗定时器、声音发生器和LCD驱动器等。下面仅介绍与该设计相关的显示内存(RAM)和LCD驱动器。
1．2．1 显示内存(RAM)
    静态显示内存RAM，以32×4位的格式储存所显示的数据。RAM的数据可直接映射到LCD驱动器；RAM中存储的数据可用READ，WRITE和READ-MODIFY-WRITE命令访问。图1是从RAM到LCD驱动器的映像。

1．2．2 LCD驱动器
    HT1621是一个128段(32×4)的LCD驱动器。它可由软件配置成1／2或1／3的LCD驱动器偏压和2，3或4个公共端口。这一特性使HT1621适用于多种LcD应用场合。LCD驱动时钟由系统时钟分频产生；LcD驱动时钟的频率值保持为256 Hz，由频率为32．768 kHz的晶振、片内Rc振荡器或外部时钟产生；LcD驱动器相关命令参见表1。

    粗体100即“100”表示命令模式类型。如果执行连续的命令，除了第一个命令，其他命令的模式类型码将被忽略。LCDOFF命令使LCD偏压发生器失效，从而关闭LCD显示；LCD ON命令使LCD偏压发生器有效，从而打开LCD显示。BIAS&COM是LCD模块的相关命令，可以使HT1621与大多数LCD模块相兼容。
1．3 HTl621命令格式
    HT1621可以用软件设置。两种模式的命令可以配置HTl621和传送LCD所显示的数据。HTl621的配置模式称为命令模式，命令模式类型码为100。命令模式包括系统配置命令，系统频率选择命令，LCD配置命令，声音频率选择命令，定时器／WDT设置命令和操作命令。
    数据模式包括READ，wRITE和READ-MODI-FY-WRITE操作，表2是数据和命令模式类型码表。模式命令应在数据或命令传送前运行。如果执行连续的命令，命令模式代码即100，将被忽略。当系统在不连续命令模式或不连续地址数据模式下，端口CS应设为“1”，而且先前的操作模式将复位。当端口CS返回“0”时，应先运行新的操作模式类型码。

2 液晶显示系统硬件电路的设计
2．1 MC9S08AW32微控制器
    MC9S08Aw32微控制器是美国飞思卡尔半导体公司开发的基于高性能HCS08核的系列成员之一。它包含众多有价值的特性，如20 MHz内部总线频率，32 KB片上在线可编程FLASH存储器，2 KB片上RAM，灵活而无需外部元件的内部时钟发生器，低压检测、高性能的模／数转换器(ADC)，串行通信模块等。即使在各类恶劣环境下，MC9S08Aw32亦可达到极佳的EMC性能。
2．2 硬件接口电路
    液晶显示系统硬件接口电路主要包括微控制器MC9S08Aw32、液晶显示模块LCD、背光源、液晶驱动芯片HT1621和按键模块以及电阻、电容元器件等，如图l所示。

    图1中，微控制器Mc9S08AW 32的PTC0～PTC2端口分别接液晶驱动芯片HT1621的片选信号端口(CS)、“写”信号控制端口(WR)和数据信号端口(DATA)，并分别接上拉电阻到高电平(Vcc)。由于不需要对HT1621进行“读”操作，“读”信号控制端口(RD)只需通过上拉电阻接到高电平(Vcc)。M(29S08AW32的PTE0～PTE7端口接键盘模块；PTC3端口接NPN晶体管，以控制背光板。液晶驱动芯片HT1621的COM0～COM3端口分别与LCD的COMl～cOM4端口相连；SEGO～SEG31端口分别与LCD的SEG1～SEG32端口相连。当LCD的显示段码数少于128(32×4)时，将HTl621剩余的驱动端口置空。该设计采用的LCD有4个公共端口和32×4个段码。

3 液晶显示系统的软件实现
    微控制器MC9S08AW32通过三个端口即PTC0PTC2分别与HTl621的“CS”、“WR”和“DATA”相连，实现对液晶驱动芯片“写”命令和数据的控制。“CS”是HT1621的片选信号端VI，当“CS”为低电平和作为输入时，“读／写”HT1621的数据和命令有效。“DATA”是串行数据输入／输出端口，“读／写”数据和“写”命令通过“DATA”进行。“WR”是写时钟输入端口，当“WR”信号为E升沿时，端El“DATA”上的数据地址和命令被写入HT1621上相应的RAM区。在微控制器初始化过程中，设定PTE0～PTE7为输入口。MC9S08AW32通过扫描这些端口的状态来检测、判断是否有按键按下，并通过MC9S08AW32对HT1621进行“写”操作使LCD显示相应的功能。同时，当有按键按下时，MC9S08AW32通过PTC3端口输出高电平，NPN晶体管Q1导通，背光板K极拉低点亮。当超过一定的时间无按键操作时，背光板关灭，以减小功耗。通过编程，当有按键操作时，LCD可以闪烁显示用户要选家电的工作模式。若无按键操作，LCD显示当前的时间、工作状态等信息。
3．1 HTl621的初始化及控制时序
    HTl621是可编程芯片。根据HT1621的命令和数据代码，通过把下面的宏定义程序“写”到HT1621，完成HTl621的初始化以及与“写”数据和命令相关的模式的设置。

   
    图2 是HT1621的“写”命令和数据的信号时序图。

    根据图2“写”命令和数据的信号时序图，以及MC9S08AW32的端口定义，通过下面的赋值语句和宏定义，初始化MC9S08AW32对HTl621的三个控制端口为“输出”，完成3个端口的高低电平设定。
   

3．2 软件设计流程图
    软件设计流程图如图3所示。

4 结 语
    该设计主要应用于家电控制系统的显示部分。液晶显示系统是家电控制系统的重要组成部分。MC9S08AW32和HT1621都具有高性能、低功耗、可靠性高等优点。目前，将两者相结合，已经成功应用于电饭煲、冰箱、空调、洗衣机等家电液晶显示系统。实践证明，该显示系统不仅显示稳定，功耗小，设计、使用方便，而且通过节省单片机I／O口，降低了生产成本，达到工业上对显示系统性能的要求。