摘 要：為了方便地研究等離子體激發(fā)過程的優(yōu)化及控制，設(shè)計(jì)了等離子體激勵(lì)源的液晶顯示系統(tǒng)。結(jié)合圖形液晶顯示模塊G121C與C8051F020，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)相應(yīng)的硬件電路和控制程序。結(jié)合G121C中集成液晶控制器SED1335的豐富指令系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)圖文混合顯示，并進(jìn)行波形的平滑滾動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)等離子體激勵(lì)頻率、功率、反射系數(shù)和駐波比等的動(dòng)態(tài)顯示，為等離子體激發(fā)的研究以及應(yīng)用研究建立了良好的人機(jī)界面。

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關(guān)鍵詞：G121C;C8051F020;SED1335;圖文混合顯示

中圖分類號(hào)：TN609 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)0118704

Application of Liquid Crystal Model G121C on Plasma Exciting Source

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XU Lingfei1，WANG Shiqing1，CHEN Xue2

(1.EngineeringTechnical College，Chengdu University of Technology，Leshan，614007，China;

2.Sichuan Public Security Fire-fighting Corps，Chengdu，610072，China)

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Abstract：To study the optimizing and controlling of plasma exciting expediently，we design a liquid crystal display system of the plasma exciting source.Combining the liquid crystal model G121C and C8051F020，we realize the corresponding hardware circuit and controlling program.With the G121C′s integrated liquid crystal controller SED1335，the system can display Combing tex-graphics and can scroll the wave smoothly.Accordingly we achieve the display of voltage，temperature，reflectance and standing wave ratio of the plasma exciting source dynamically.With this system，we establish a favorable human-machine interface for the study of the plasma exciting and the application.



Keywords：G121C;C8051F020;SED1335;combining text-graphics displaying



1 引 言

隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代的測(cè)量?jī)x器、儀表都向智能化、微型化、低功耗化方向發(fā)展，對(duì)此，用液晶顯示器模塊（LCM）來顯示系統(tǒng)信息及其動(dòng)態(tài)變化波形。他可實(shí)現(xiàn)邊采集邊顯示，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示的功能。實(shí)現(xiàn)了信號(hào)記錄設(shè)備的智能化、微型化、低功耗化。

為方便地研究等離子體激發(fā)過程的優(yōu)化及控制，設(shè)計(jì)了一個(gè)等離子體激勵(lì)源的液晶顯示控制系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和主要部分的具體實(shí)現(xiàn)過程。通過本系統(tǒng)，可以直觀明了地觀察等離子體激發(fā)長(zhǎng)度隨激發(fā)頻率和饋入功率的變化過程，并實(shí)時(shí)顯示激發(fā)系統(tǒng)的頻率、功率、反射系數(shù)和駐波比等重要信息。

2 系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介

2.1 液晶顯示模塊

G121C^[1]是一款128×128點(diǎn)陣，STN灰模自帶白色EL背光，自帶液晶顯示控制器的液晶顯示模塊。G121C內(nèi)部主要由128×128全點(diǎn)陣液晶顯示屏、SED1335^[2]液晶控制器、行列驅(qū)動(dòng)器、電壓產(chǎn)生控制單元顯示RAM和EL背光片組成，其內(nèi)部組成如圖1所示。

G121C內(nèi)部的液晶顯示控制器液晶顯示模塊的核心部分，在此主要介紹液晶顯示控制器SED1335的特點(diǎn)及其功能：

其特點(diǎn)有：

具有較強(qiáng)功能I/O緩沖器；

指令功能豐富；

4位數(shù)據(jù)并行發(fā)送，最大驅(qū)動(dòng)能力為640×256點(diǎn)陣。

2.2 單片機(jī)

C8051F020 l^[3]是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)(SoC)芯片，具有與8051兼容的微控制器內(nèi)核，與MCS-51指令完全兼容，主要有以下一些特征：

高速流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51 內(nèi)核可達(dá)25 MIPS；

真正12 位100 ksps 的8 通道ADC 帶PGA和模擬多路開關(guān);

兩個(gè)12 位DAC 可編程更新時(shí)序;

全速非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口片內(nèi)；

64 kB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器；

4 096+256=4 352 B片內(nèi)RAM；

可尋址64 kB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口。

C8051F020內(nèi)部集成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中所需要A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，UART、I2C、SPI通信接口，溫度測(cè)量器等部件。選用C8051F020可以提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的集成度、可靠性并控制整體成本。

3 SED1335內(nèi)部結(jié)構(gòu)

SED1335由接口部、控制部、驅(qū)動(dòng)部3部分硬件組成^[2]：

3.1 接口部

SED1335接口部分由指令輸入緩沖器、數(shù)據(jù)輸入緩沖器、數(shù)據(jù)輸出緩沖存器組成，可隨時(shí)接收MCU的訪問，并按內(nèi)部時(shí)序及時(shí)地將MCU發(fā)來的指令和數(shù)據(jù)傳輸就位。接口部設(shè)置了兩種MCU時(shí)序，可分別適配8080系列和M6800系列的MCU。

3.2 控制部

SED1335控制部是SED1335的核心。他由振蕩器，功能邏輯電路，顯示RAM管理電路，字符庫管理電路以及產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)時(shí)序的時(shí)序發(fā)生器組成，振蕩器可工作在1~10 MHz范圍內(nèi)。SED1335能在很高的工作臺(tái)頻率下迅速地解譯MCU發(fā)來的指令代碼，將參數(shù)置入相應(yīng)的寄存器內(nèi)，并觸發(fā)相應(yīng)的邏輯功能電路運(yùn)行?？刂撇靠梢怨芾?4 kB顯示RAM，管理內(nèi)藏的字符發(fā)生器及外擴(kuò)的字符發(fā)生器CGRAM或EXCGROM。

3.3 驅(qū)動(dòng)部

SED1335驅(qū)動(dòng)部具有各顯示區(qū)的合成顯示能力，傳輸數(shù)據(jù)的組織功能及產(chǎn)生液晶顯示模塊所需要的時(shí)序。SED1330向液晶顯示模塊傳輸數(shù)據(jù)的方式為 4位并行方式。

4 SED1335顯示特性

4.1 文本顯示特性

具有此特性^[2]的顯示，RAM區(qū)專用于文本方式顯示，在該顯示RAM區(qū)中每個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)都認(rèn)為是字符代碼。SED1335將使用該字符確定字符庫中字符首地址，然后將相應(yīng)的字模數(shù)據(jù)傳送到液晶顯示模塊上。文本顯示RAM的一個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)顯示屏上的8×8點(diǎn)陣。

4.2 圖形顯示特性

具有此特性的顯示RAM區(qū)專用于圖形方式顯示。在該顯示RAM區(qū)中每個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)直接被送到液晶顯示模塊上，每個(gè)位的電平狀態(tài)決定顯示屏上一個(gè)點(diǎn)的顯示狀態(tài)，“1”為顯示，“0”為不顯示。所以圖形顯示RAM的一個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)顯示屏的8×1點(diǎn)陣。SED1335中專有一組寄存器來管理這兩種特性的顯示區(qū)，SED1335可以單獨(dú)顯示一個(gè)顯示特性區(qū)，也可以兩個(gè)特性的顯示區(qū)通過某種邏輯關(guān)系合成顯示。這些顯示方式及特征的設(shè)置都是通過軟件指令設(shè)置實(shí)現(xiàn)的。

4.3 字符發(fā)生器

SED1335管理內(nèi)藏字符發(fā)生器CGRAM，在此字符發(fā)生器內(nèi)固化了160種5×7點(diǎn)陣字符的字模。SED1335還能外擴(kuò)字符發(fā)生器，這種外擴(kuò)字符發(fā)生器可用RAM 區(qū)開辟的CGRAM，也可用EPROM固化字庫來取代SED1335內(nèi)部字符發(fā)生器。由于SED1335僅能8位字符代碼，所以一次最多只能顯示及建立足點(diǎn)256種字符。在SED1335的字符表中給出了內(nèi)部字符和外擴(kuò)字符發(fā)生器內(nèi)的全部?jī)?nèi)容，同時(shí)給出了外擴(kuò)字符發(fā)生器的字符代碼范圍：80H~9FH和E0H~FFH共64種。

根據(jù)以上所介紹的顯示特性，我們可以進(jìn)行文本、圖形單獨(dú)顯示和文本、圖形混合顯示，并根據(jù)的需求，實(shí)現(xiàn)不同的復(fù)雜顯示功能。

5 SED1335指令集

SED1335有13條指令^[2]，如表1所示。多數(shù)指令帶有參數(shù)，參數(shù)值由用戶根據(jù)所控制的液晶顯示模塊的特征和顯示的需要來設(shè)置。

MCU把指令代碼寫入指令輸入緩沖器內(nèi)（即A0=1），指令的參數(shù)則隨后通過數(shù)據(jù)輸入緩沖器（即A0=0）寫入。帶有參數(shù)指令代碼的作用之一就是選通相應(yīng)參數(shù)的寄存器，任一條指令的執(zhí)行（除SLEEP IN，CSRDIR ，CSRR 和MREAD外）都產(chǎn)生在附屬參數(shù)的輸入完成之后。當(dāng)寫入一條新的指令性時(shí)，SED1335將在舊的指令性參數(shù)組運(yùn)行完成后等待新的參數(shù)的到來。MCU可用寫入新的指令的方式來結(jié)束上一條指令參數(shù)的寫入，此時(shí)已寫入的新參數(shù)與余下的舊參數(shù)有效期地組合成新的參數(shù)組，需要注意的是，雖然參數(shù)可以不必全部寫入，但所寫的參數(shù)順序不能改變，也不能省略。

6 硬件電路

圖2中JP1 ADP05V24是電壓升壓器，5 V輸入，24 V輸出，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻器R3，其輸出用以實(shí)現(xiàn)液晶顯示器顯示對(duì)比度的調(diào)節(jié);

JP2為G121C外部接口，實(shí)現(xiàn)與C8051F020及其他控制部件的連接;

JP3為一自制電壓逆變器，可產(chǎn)生一交流電壓輸出，用于驅(qū)動(dòng)G121C自帶的EL背光片;

LCMSingals為C8051F020控制G121C的控制線，可與任意一個(gè)I/O端口的5個(gè)引腳連接;

DATA[0..7]為C8051F020與G121C數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)線，選用C8051F020的P3口。

在進(jìn)行MCU與G121C的連接時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

MCU和G121C接口之間的電壓匹配；

G121C復(fù)位電路的設(shè)計(jì)；

G121C對(duì)比度電路的設(shè)計(jì)；

G121C負(fù)壓和背光驅(qū)動(dòng)電壓電路的設(shè)計(jì)。

由于G121C接口的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電壓為5 V而C8051F020并口的標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓為3 V，因此，應(yīng)將C8051F020并口的輸出方式設(shè)置為漏極輸出^[3]，并在MCU并口與G121C連接處加上上拉電阻以提升MCU的輸出電壓驅(qū)動(dòng)能力，上拉電阻的阻值為10 kΩ。

G121C的復(fù)位信號(hào)的電平為低電平有效，而且復(fù)位信號(hào)在低電平停留時(shí)間要大于200 μs，為了方便控制，對(duì)復(fù)位信號(hào)的時(shí)間控制放在軟件中實(shí)現(xiàn)。復(fù)位電路將SED1335內(nèi)部電路復(fù)位，重新啟動(dòng)工作要重新執(zhí)行程序的SYSTEM SET指令。

7 軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求能在液晶模塊上實(shí)時(shí)顯示頻率、功率等一些關(guān)鍵參數(shù)和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示變化波形。對(duì)此，根據(jù)SED1335控制器的特點(diǎn)，我們采用文本和圖形異或混合顯示的方式。在文本區(qū)顯示相關(guān)的參數(shù)，圖形區(qū)進(jìn)行波形的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示。

SED1335控制采用間接控制的方式，系統(tǒng)上電后首先初始化SED1335，然后進(jìn)行一列顯示工作，液晶顯示程序流程圖如圖3所示，SED1335初始化程序流程如圖4所示。

對(duì)于漢字和數(shù)字的顯示比較簡(jiǎn)單，用專用的軟件將所需漢字的字模提取出來，然后在SED1335存儲(chǔ)區(qū)建立字庫，在需要時(shí)只需調(diào)用相應(yīng)的字模代碼即可。一個(gè)字模代碼代表8×8的點(diǎn)陣，字庫中的第一個(gè)字模代碼為80H，依次加1。漢字字模為16×16的點(diǎn)陣，以文本方式顯示，這樣一個(gè)漢字有4個(gè)代碼，根據(jù)個(gè)人愛好編寫相應(yīng)的字模寫入順序，在此的寫入順序?yàn)樯?下-左-右。

在編寫軟件的過程中，將重點(diǎn)放在頻率、功率等波形動(dòng)態(tài)顯示上。SED1335的指令豐富，功能強(qiáng)大，而且有64 kB的存儲(chǔ)器。因此，通過合理組合相應(yīng)的指令即可輕松實(shí)現(xiàn)波形的實(shí)時(shí)滾動(dòng)顯示。由于波形起伏比較大，在進(jìn)行相應(yīng)的畫線時(shí)，不能簡(jiǎn)單地只進(jìn)行描點(diǎn)，應(yīng)將兩點(diǎn)之間的顯示存儲(chǔ)區(qū)添“1”，這樣就可以實(shí)現(xiàn)大起伏波形的逼真顯示。在進(jìn)行波形平滑滾動(dòng)時(shí)，組合SCROLL和CSRW指令進(jìn)行不斷的操作，本程序?qū)D形顯示區(qū)在1000H~B000H之間的存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行循環(huán)滾動(dòng)。中間加入相應(yīng)的清零程序，在此設(shè)置為在滾過128×16的存儲(chǔ)區(qū)時(shí)進(jìn)行一次清零，因此在循環(huán)區(qū)的兩端應(yīng)分別留出一個(gè)128×16的存儲(chǔ)區(qū)域。

程序采用C51^[5]編寫，模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了顯示程序的方便調(diào)用。對(duì)于C8051F020對(duì)G121C控制的低層程序，根據(jù)系統(tǒng)硬件連線的不同可以靈活改變。

系統(tǒng)中液晶顯示所用到的控制子程序列舉如下：



/*延遲子程序*/

void LCDdelay(int delay) 

{ 

int i;

for(i=0;i

nop_();

} 

/*寫指令子程序*/

void 

LCDWrCommand(char Command) 

{ 

CS=0;

A0 = 1;

P3 = Command;

LCDdelay(5);



LcdWr = 0;

LcdRd = 1;



LCDdelay(5);

LcdWr = 1;



LCDdelay(5);

CS=1;

}

/*寫數(shù)據(jù)子程序*/

void LCDWrData(char Data)

{

CS=0;

A0 = 0;

P3 = Data; 

LCDdelay(5);

LcdWr = 0; 

LcdRd = 1;

LCDdelay(5);

LcdWr = 1;

LCDdelay(5);

CS=1;

}

/*SED1335初始化子程序*/

void LCDInitialize(void) 

{

unsigned int i;

/*LCD SYSTEM SET系統(tǒng)設(shè)置命令*/

LCDWrCommand(0x40);

LCDWrData(0x30);

LCDWrData(0x87);

LCDWrData(0x07);

LCDWrData(0x0f);/*顯示域長(zhǎng)度為128dot */

LCDWrData(0x40);/*確定液晶工作頻率 */

LCDWrData(127);/*顯示屏高度為127dot */

LCDWrData(16); 

LCDWrData(0);

/* LCD SCROLL顯示區(qū)設(shè)置命令 */

LCDWrCommand(0x44);

LCDWrData(0x00);/*顯示1區(qū)對(duì)應(yīng)的顯示RAM起始低8位地址 */ 

LCDWrData(0x00);/*顯示1區(qū)對(duì)應(yīng)的顯示RAM起始高8位地址 */ 

LCDWrData(128); /*顯示1區(qū)占用128個(gè)dot行 */

LCDWrData(0x00);/*顯示2區(qū)對(duì)應(yīng)的顯示RAM起始低8位地址 */

LCDWrData(0x10);/*顯示2區(qū)對(duì)應(yīng)的顯示RAM起始高8位地址 */

LCDWrData(128);/*顯示2區(qū)占用128個(gè)dot行 */

LCDWrData(0x00);LCDWrData(0xb0); 

LCDWrData(0x00); LCDWrData(0x00);

/* 水平卷動(dòng)，初始化時(shí)必須清零 */

LCDWrCommand(0x5a); ；

LCDWrData(0x00);

/* 各個(gè)顯示區(qū)的合成方式*/

LCDWrCommand(0x5b); 

LCDWrData(0x09);/*參數(shù):顯示方式為兩屏圖文疊加 */

/* 打開顯示*/

LCDWrCommand(0x59);

LCDWrData(0x56);

/* 光標(biāo)自動(dòng)向右增一*/

LCDWrCommand(0x4c);

/* 設(shè)定光標(biāo)位置命令 */

LCDWrCommand(0x46);

LCDWrData(0);/*從0000位置開始 */

LCDWrData(0);

/* 清第一顯示區(qū)*/

LCDWrCommand(0x42);/*允許MCU連續(xù)地把顯示數(shù)據(jù)寫入顯示區(qū)內(nèi)命令 */

for(i=0;i<4096;i++)

LCDWrData(0x20);

/* 設(shè)定光標(biāo)位置命令 */

LCDWrCommand(0x46);

LCDWrData(0x00);/*從1000位置開始 */

LCDWrData(0x10);

/* 清第二顯示區(qū)*/

LCDWrCommand(0x42);

for(i=0;i<36864;i++)

LCDWrData(0x00);

}



以上程序經(jīng)測(cè)試，運(yùn)行可靠，可以作為顯示程序設(shè)計(jì)的參考。

8 結(jié) 語

在實(shí)際測(cè)試中程序運(yùn)行順利，漢字、波形的顯示和平滑滾動(dòng)達(dá)到預(yù)期的要求。該單片機(jī)液晶顯示模塊系統(tǒng)在等離子體激勵(lì)源中得到了良好的應(yīng)用，也可以滿足工業(yè)控制、監(jiān)控和智能儀表等系統(tǒng)對(duì)圖形界面顯示的要求，有著良好的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Seiko Instruments Inc.Liquid Crystal Display Module G121C00P00C/G121CB1P00C User′s Manual.2001.

［2］Seiko Epson Corporation.SED1335 Series LCD Controller ICs Technical Manual.2001.

［3］潘琢金，施國(guó)君.C8051Fxxx高速SoC單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

［4］李宏，張家田.液晶顯示器件應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［5］徐愛鈞，彭秀華.單片機(jī)高級(jí)語言C51 Windows環(huán)境編程與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

［6］李維諟，郭強(qiáng).液晶顯示應(yīng)用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2000.

［7］王幸之，王雷，翟成.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

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作者簡(jiǎn)介 徐靈飛 1981年出生，河南新鄉(xiāng)人，助教，工學(xué)碩士。主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代應(yīng)用電子、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”