中文点阵液晶显示驱动器RA8816及其应用

0 引言
    液晶显示器由于它具有功耗低、体积小、重量轻、显示的信息量大，能显示各种类型的信息，如字符、图形(包括汉字、曲线、表格等)，正越来越广泛地应用于各个领域，尤其是在便携设备中，更是占据着绝对主流的地位。
    对于简单的信息显示，通常用段码式LCD驱动器，如盛群的HT1621等。而对于复杂的信息显示，则必须由点阵式LCD驱动器来驱动，最常见的点阵式LCD驱动器中，有不带中文字库的东芝LCD驱动器T6963[1-4]，也有带中文字库的矽创LCD驱动器ST7920[5-7]。对于较大的应用系统，由于系统通常有足够大的存储空间，可以将中文字库放在系统的存储空间中，因此常选用不带中文字库的LCD模块；对于较小的应用系统，系统控制器本身的存储空间有限，且运行速度较低，因此通常选用带中文字库的LCD模块。
    在一般应用中，人机交互是通过显示屏和键盘来完成的。但在小型便携式应用中，不仅系统控制器的存储空间较小，无法将中文字库放在其存储空间内，而且控制器的IO口数量也非常有限，不能满足实际应用对按键及IO口数量的要求。瑞佑科技最新推出的RA8816，不仅内置了中文字库，而且还提供了4×5的键盘扫描接口及多种控制器接口，特别适用于各种小型屏幕应用产品，如收银机、公用及家用电话、传真机、手持式电子装置及各式测量设备等。

1 RA8816介绍
    RA8816是一个点阵LCD驱动控制器，能够支持中英文及图形显示模式，其内部结构框图如图1所示。RA8816内部主要是由显示内存、256K字节的字模ROM、命令寄存器、LCD控制器、LCD驱动器、升压电路、分压电路、微控制器接口及键盘扫描电路等组成。其中内置256K字节的ROM字库，包含中文字库、数字和英日欧文等字母字库。1170字节的显示内存，最大可支持144×65的LCD面板。此外，RA8816还提供450字节的屏幕滚动缓存，使其具有滚动屏幕时显示内容不断更新的效果。在文字模式中，RA8816可接收标准中文编码(GB码或BIG5)，直接显示中文，而不需要进入图形模式以绘图的方式显示中文，提高了液晶显示效率。与ST7920不同的是，RA8816可以任意指定中文字符的显示位置，并且无须偶地址对齐。RA8816还提供了256字节的CGRAM用于自行造字，以便在文字模式下显示字库中没有的文字符号。
    在控制器接口方面，RA8816提供了多种接口方式，可直接支持8080／6800系列控制器的并行数据总线接口，并提供4位或8位的数据位宽。此外RA8816还支持串行总线控制接口，包括3线、4线(A—Type和B—Type两种)及I2C共四种的串行接口。
    RA8816整合了多项的实用接口，包含内置DC／DC升压电路及液晶亮度调整电路，4 x 5的键盘扫描接口并支持长按及短按时间判断，8个通用IO口可直接驱动LED，这些接口极大地简化了外围电路设计。因此在系统开发时，可选用成本较低的微控制器与RA8816搭配，不仅使系统设计快捷、方便，而且能够降低开发成本。

    RA8816的主要特性有：
    1．支持1／65占空比，1／9～1／5偏压的LCD面板；
    2.内置2～4倍升压电路、电压调整电路及电压跟随电路；
    3．内置RC振荡器；
    4．支持文字与图形两种混和显示模式；
    5．支持BIG5或GBO码
    6．支持ASCII 8×8英文字型，8×16半角和16×16全角简体中文或繁体中文；
   7．支持粗体、反白、滚动等多种显示效果。

2 RA8816硬件配置
    RA8816可工作在并行模式或串行模式，工作模式的选择由P/S引脚状态来决定，P/S为高电平时，选择并行模式，否则为串行模式。引脚C86用来选择并行接口的类型，当C86为高电平时选择6800系列控制器接口，为低电平时选择8080系列控制器接口。引脚BIT4用来确定并行模式中数据总线的宽度，BIT4为高电平时总线宽度为4位，否则总线宽度为8位。当工作在串行控制模式时，其串行接口方式由表1确定。

    LCD驱动方式及面板材质的不同，所需要的驱动电压是不同的；在实际应用系统中，系统能提供的电压也是有差异的。这要求LCD驱动芯片有较宽的电压工作范围，RA8816内置有步进升压电路，可以产生4倍、3倍或2倍于(VDD—VSS)电压的LCD驱动电压-VLCD，该电压供给电压调整器及内部LCD驱动电路使用。若在C1P与C1M跨接一个1μF左右的电容则能产生2倍于(VDD—Vss)电压；若C2P与C2M也跨接一个l μF左右的电容则产生3倍于(VDD—Vss)电压；若要产生4倍于(VDD—Vss)电压，则还要在C3P与C1M间跨接一个l μF左右的电容，如图2所示。RA8816灵活的VLCD产生方式，使得其能够驱动不同材质的LCD面板。

    RA8816的系统时钟由引脚CLK_SEL的状态来确定，CLK SEL为高电平时，系统时钟由内部RC振荡电路产生；CLK SEL为低电平时，系统时钟需外电路提供并从EXT CLK引脚输入。RA8816的矩阵键盘扫描接口应用起来非常方便，只要将KsT[3．．0]行扫描输出和KIN[4．．0]列输入信号接上相应的按键，如图3所示，并通过相应命令寄存器的设置就能正常工作。当有按键按下时，引脚会产生中断信号，系统控制器就可以通过控制总线接口读入相应的键码。

3 RA881 6软件编程
    系统控制器对RA8816有两种控制时序，一种是对命令寄存器的读写(Rs=0)，另一种是对数据寄存器的读写(RS=1)。RA8816的命令寄存器共有25个，在对命令寄存器读写时，控制器必须先告诉RA8816要对哪一个命令寄存器进行读或写，因此控制器传递给RA8816的第一个数据是RA8816命令寄存器的索引号，第二个数据才是真正写入(或读出)该命令寄存器的有效数据。命令寄存器控制着RA8816的显示属性，数据寄存器反映RA8816的显示内容。RA8816的控制接口有多种形式，下面以I2C接口为例，说明如何对RA8816命令寄存器进行读写，其他接口的读写过程与此相似。RA8816命令寄存器的写时序如图4所示。

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    根据图4所示时序，写命令寄存器的子程序如下所示：

    当RS=I，表示控制器对RA8816进行数据寄存器的读写，如果写入(RW=O)数据到数据寄存器，写入的内容根据命令寄存器设置而显示在LCD屏上。如果是读取(RW=1)操作，则读取的是不同模式下的字模数据。
    有了对寄存器的读写函数后，就可以对RA8816的显示进行控制，下面以文字滚动功能为例，说明RA8816的控制方法。RA8816提供LCD的显示画面，可根据命令寄存器任意指定一块区域，由硬件自动做屏幕画面的滚动，其中命令寄存器可以设置屏幕的滚动方向和速度，每次滚动画面的像素与滚动的范围等。与滚动相关的主要命令寄存器有：SWSXR[0x08]和SWSYR[0x09]两个寄存器决定滚动区域的左上角坐标x和Y；SWR xR[0x0A]和SWRYR[0x0B]两个寄存器决定滚动区域的大小Ax和△Y；SCOR[0x0C]表示滚动的位移量；ASCR[0x0D]的DB7’DB4决定滚动的速度，DB3～DB0决定每次位移的像素点数；SCCR[0x0E]的DB7和DB6决定滚动多少个像素点后产生中断，DB3和DB2决定屏幕滚动的方向。图5给出了屏幕滚动流程图。

    图5．屏幕滚动流程图
    屏幕滚动的主要代码如下：

4 小结
    内置中文字库的液晶显示驱动器RA8816，不仅具有多种显示模式及显示效果，而且支持常见的8080／6800系列控制器并行接口和多种串行接口，这极大地扩展了RA8816的应用范围。RA8816内置的步进升压电路及电压调整电路，可以匹配较宽范围的系统电压。此外，RA8816还提供了键盘扫描和通用IO接口，大大简化了系统硬件电路设计和软件设计，使得用低成本的控制器就能实现完善的人机交互界面。