跟晓雅数码学单片机之LCD学习全攻略（硬件篇）

跟晓雅数码学单片机之 LCD学习全攻略（硬件篇） 说明：文中涉及到的资料有《2.4寸 TFT原理图.pdf》、《LMS241GF31_PI_Rev000_090210(1) （图纸）.pdf》和《S6D04H0驱动 IC手册.pdf》，已经上传到百度文库和新浪爱问共享资料。 下载地址：http://ishare.iask.sina.com.cn/f/35461926.html 晓雅数码在此也只是抛砖引玉，难免有不足或者错误的地方，欢迎大家提出，可以发邮 件：2652599905@qq.com联系，特此声明！晓雅数码，与你同行！ 一、原理图详解 首先，看看开发板里面关于 LCD模块接口的连接原理图，如下： 图 1 LCD接口的连接原理图 说明：其中的第 26引脚（YD）、第 27引脚（XR）、第 28引脚（YU）和第 29引脚（XL） 是和触摸屏相关的信号线，在这里我们只是学习 LCD模块的显示，因此可以不必理会这四 根信号线，以后我们需要学习触摸功能时再对其讨论。 其他的连线要么是接到了电源和地，要么连接到了 51单片机的某些引脚。 如果我是第一次使用 LCD模块来做显示的话，我不禁地会问到：为什么 LCD接口是这 样连线的呢，也就说这样的依据是什么呢？是不是其他的 LCD模块接口也是这样类似 的设计？“知其然，知其所以然”是我们学习的目的，好了，废话少说，解决这些问题，就 如同使用一款新的芯片，我们最需要看的就是它的 datasheet，因此，我们首先看看 LCD模 块厂商提供的资料《LMS241GF31_PI_Rev000_090210(1)（图纸）.pdf》。 图 2 前 6小节目录内容 上图 2给出了前 6小节的目录内容，可以知道前面 4小节主要讲了该款 LCD模块的最 大功耗、光学特性、电特性、触摸屏面板说明，这些内容主要用于选型（功耗要求、光电特 性要求等等）。从第 5小节开始涉及到了原理图的介绍了，第 5小节是一个原理框图，从整 体的角度让我们知道 LCD模块接口是怎么一回事。 图 3 LCD接口原理框图 图 3的右边有三个框，从上到下分别是 LCD屏、背光、触摸屏面板的连线示意图。 从上面我们只知道 LCD屏、背光、触摸屏面板三部分的相关信号线，但不知道，每个 信号线的排列顺序，于是紧接着第 6小节就解答了这个问题。 图 4 输入端引脚分布 这里给出了 LCD模块接口每个引脚代的意思，其中 NC表示空。这里的 37个引脚就 和原理图里面的 37个引脚是一一对应的关系了。突然，我又有新的问题了，图 4可以大概 知道每个引脚代表的意思，但是具体每个引脚的功能是什么，如何使用的呢？为什么这里的 数据线（Data0~Data15）是 16位的，而不是 8位或者 32位呢？要回答这些问题，就不得不 看《S6D04H0驱动 IC手册.pdf》（其实做 LCD 模块的厂商也是依据这个资料来的，所以所 这个资料是核心，必须要懂的），里面几乎回答了所有这些问题。 图 5 驱动 IC的 Overview 对于 S6D04H0驱动 IC手册的概括（Overview）这里重点提到如图 5中红色标记的两个 小节。首先看 1.4.2 Functional Block Diagram of the IC，如图 6所示： 图 6 驱动 IC的功能框图 细心的读者可以发现，改驱动 IC提供的某些引脚我们的原理图里面根本没有用到，这 是为什么呢？这是因为那些引脚主要是针对 LCD模块厂商使用的，而我们用的引脚只是用 于单片机与驱动芯片的数据传输、控制信号（包括复位、读、写等信号线）。这里提到了数 据传输，必然涉及到数据位数和控制方式，那么数据位数和控制方式是如何确定的呢（也就 是上面提到的问题）。 这时，我们来看看 Overview中我所要讲到的第二个重点：1.6.2 Interface Logic Pins. 如下图所示： 图 7 接口逻辑引脚 图 7 列出的引脚中，我们先看看红色框中的接口模型（Interface mode），当 IM0~IM3 的状态不同，接口模型就不同，也就是单片机与 LCD模块的通信数据线和控制方式不同。 这里接口模型分为并行和串行两大方式，并行方式又分为两类：80 MCU Parallel和 68 MCU Parallel。每种方式和分类又根据通信的数据线的多少，分成了更多的小类，在这里总共分 成了 12种不同的接口模型。总体来说，并行方式数据的传输快于串行方式，数据线越多一 次传输的数据量越大，当然所需要的 I/O口也多，这就是不同的接口模型的优缺点。 从上面可知，当我们设置不同的 IM0~IM3引脚电平时，就可以选择不同的数据传输方 式了，不过一般，IM0~IM3 的状态在 LCD 出厂时，已经由 LCD 厂家固定好了。我们再次 打开 LCD厂家提供的 datasheet----《LMS241GF31_PI_Rev000_090210(1)（图纸）.pdf》中的 第 10小节：FPC Circuit。如图 8 FPC电路所示： 图 8 FPC电路 FPC是 Flexible Printed Circuit的简称，又称软性线路板、柔性印刷电路板，挠性线路板， 简称软板或 FPC，实物图如下： 图 9 LCD屏和 FPC 图 9的右边黄色部分就是 FPC，上面有很细的线路走线。 刚才插播了一下什么是 FPC。现在回到图 8，右边的大红色框就是厂家处理的接口，也 就是 LCD模块出厂后已经由厂家固定了的，而左上角的框中就是厂家留给我们设计用的接 口，仔细看看这里的接口连线和图 1是完全对应的。这也证实了左上角的接口确实是厂家留 给用户的接口。 图 8中左边还有两个用红色框标记的框框，现在我们放大，看看这里是什么。 这就是传说中的 IM0、IM1、IM2和 IM3的状态的设置了。这里 IM0=高电平‘1’， IM1~IM3=低电平‘0’： 因此厂家出厂的时候将其接口模型设置成了“80 MCU 16-bit Parallel I/F”，即数据位 16 位，8080总线。到此，回答了前面提的问题----为什么是 16位数据传输。 如果 LCD模块厂家出厂时候，IM0~IM3的设置改变了，那么我们的控制方式也就变了， 这也是为什么用同样的驱动 IC，其 LCD的驱动接口不一样的原因。 在看其他 LCD的书籍时候，会提到 LCD模块的连接方法有两种：直接控制和间接控制。 直接控制的意思是 LCD 模块的总线接口直接与 MCU 端口连接，然后 MCU 通过程序控制 端口而模拟出 LCD模块所需的总线时序完成对 LCD模块的操作；间接控制的意思是MCU 本身具有外部总线，程序以总线的形式访问 LCD模块。 我们知道MCS-51单片机用的是 8080总线，硬件接口为 8位数据线，1根片选信号、1 根读信号和 1根写信号。可惜我们这里 IM0~IM3将其设置为 16位数据线了，这样就不能用 总线的形式访问 LCD 模块。如果 LCD 模块厂家出厂时候将 IM0~IM3都设置为 0，即选择 “80 MCU 8-bit Parallel I/F”，那么硬件设计就有两种不同的连接了，一种是直接控制方 式，另一种是间接控制方式。对于我们的这款 LCD模块，虽然是 8080总线，但由于数据线 是 16位的，而 51单片机只支持 8位数据总线，所以我们选择了直接控制方式即用端口模拟 总线时序。 使用直接控制方式时，单片机和 LCD模块的连接很方便，随便选择 16个 I/O引脚（为 了编程的方便和可靠性，这 16个引脚最好是连续的）作为 16位数据线，而其他的片选信号、 复位信号、读控制信号、写控制信号等等随意连接，可以根据实际情况而定。 到此，我们回顾一下 LCD模块与单片机的硬件连线原理图（为了阅读方便，将图 1重 新贴于此）。 图中的： CS：片选信号----低电平选中 LCD模块 WR：写信号-----上升沿写入数据 RD：读信号------上升沿读出数据 RESET：复位信号----LCD模块工作前复位 DB0~DB15：数据线----传输数据、命令等 YD、XR、YU、XL：触摸相关的，这里不考虑 LEDA：背光正极----直接接 3.3V，背光一直有效 LEDK1、LEDK2、LEDK3、LEDK4：背光负极-----直接接地 上面的这些控制线和数据线都很容易理解，对于信号线 RS 特别说明一下。我们写入 LCD模块的“数据”分为两种，一种是对 LCD模块内的寄存器的设置，我们把对写入寄存 器的“数据”称为命令（本质都是数据，只是人为起了另一个名字而已）；另一种“数据” 是写入到 LCD的显示缓冲区 GRAM中，这种“数据”就直接叫数据，不另外取名罢了。既 然传给 LCD模块既有命令，又有数据，那么 LCD模块是怎么区分何时是数据何时是命令的 呢？这就是 RS的作用，RS=1表示对 GRAM的操作；RS=0表示对寄存器的操作。 初学者会问，你是怎么知道它们表示这样的意思呢？靠经验么？呵呵，有时候经验是靠 不住的，最好还是从原版的芯片手册里面找依据，见《S6D04H0驱动 IC手册.pdf》第 43页， 如下图 10所示： 图 10 80-系列并行接口 图10的表中已经很详细的表述了引脚名称及其对应的引脚功能。图10中没有提到复位、 片选、背光等引脚，晓雅数码的理解是因为这些引脚无论哪种数据传输模式都会用到，所以 不必单独讨论，它们的意思在芯片资料里面也有描述，在此不再赘述。 现在的问题又来了，从图 10 中我们没有看到 RS 这样的符号啊？为什么原理图里面用 的是 RS这个符号呢？为了说明这个问题请看图 4----输入端引脚分布（为了阅读方便，再次 将图 4贴在下面：） 看 No.5：DCX----Register Select，哦，原来 DCX就是 RS（Register Select的首字母缩写）。 其实从图 10里面可以看见 DCX还有一个名字叫 E。为什么会这样呢？这是因为同一个引脚 可能由于接口模型方式的不同它的功能不同，人们为了更好的表达在不同模式下的不同功 能，于是将同一个引脚起了不同的名字，其实这和单片机具有第二功能命名如出一辙，仅仅 是功能不同称呼变了而已。 讲到这里，涉及到 LCD模块与单片机的接口连线应该阐述的比较详细了，接下来主要 是驱动（软件）方面的事情。 说明：文中涉及到的资料有《2.4寸 TFT原理图.pdf》、《LMS241GF31_PI_Rev000_090210(1) （图纸）.pdf》和《S6D04H0驱动 IC手册.pdf》，已经上传到百度文库和新浪爱问共享资料。 下载地址：http://ishare.iask.sina.com.cn/f/35461926.html 晓雅数码在此也只是抛砖引玉，难免有不足或者错误的地方，欢迎大家提出，可以发邮 件：2652599905@qq.com联系，特此声明！晓雅数码，与你同行！ 为了编排时候页数不过于太多，文中引用文字或图片截图可能看的不清楚，不过文中引 用资料里面的文字或图片在本文中已经详细说明了出处，可以打开原文档进行阅读！ 晓雅数码，与你同行！