基于华大Cortex-M0+内核芯片实现段码式LCD液晶显示屏的设计

1.项目介绍

不管是LED数码管，还是段码式LCD液晶显示屏，在显示上都是由各个段位组合显示成我们想要的字符的。本项目中采用的是4位段码式LCD显示屏，每一位由A~G共7个段位组成，另外还有P1~P4共4个点段位。为了实现在显示程序上的可移植性和通用性，本项目通过数据结构的设计形式结合驱动LCD显示芯片内部RAM的操作方法，给出一种既适合LED数码管，也适合段码式LCD液晶显示屏的程序设计方法。

2.开发环境

软件开发环境：Keil MDK 5.25，HC32005_SDK

硬件设计软件：立创EDA

3.硬件设计

3.1.原理图设计

硬件设计上使用了华大的Cortex-M0+内核的HC32F005C6PA作为主控芯片，整个系统电压工作在3.3V~5V之间，简单的电源设计和复位电路，使用内部24MHz晶振，通用的SWD在线调试和下载接口，在硬件外围电路上省了不少的空间。4个用户自定义按键、2个串口全部引出，一个连接SP232芯片进行RS-232通讯，另一个直接引出TTL作调试监控用、还有一个4位的LCD段码式液晶屏，使用TM1621驱动芯片，作为显示接口。

3.2.PCB设计

 

3.3.焊接调试

 

 

 

3.4.华大MCU初次使用，调试体会

 

4.程序设计

4.1.TM1621驱动设计

TM1621芯片内部带有静态显示内存（RAM），RAM以32*4位格式存储所显示的数据。RAM的数据直接映像到LCD驱动器，也就是说可以通过修改RAM的数据内容，来修改液晶屏显示的内容。对应的COM和SEG所对应的RAM映像图可以参考TM1621的数据手册。对于TM1621我们有4个基础的主要函数，分别如下所述：

4.1.1.void TM1621_Write（uint16_t value， uint8_t length），这是TM1621最底层的函数， 是将value这个数据的高length个bit位写入到TM1621芯片内部，例如：

TM1621_Write（0x8020/*0b 1000 0000 0010 0000*/， 0x0C）; // SYS_EN，将0x8020这个数值的高12位写入到TM1621芯片

4.1.2.void TM1621_UpdateRAM（void），更新TM1621显示RAM，将全局数组暂存储的RAM数据统一一次性的更新到TM1621芯片内，使用的是TM1621的WRITE命令，命令概述详见TM1621数据手册。

4.1.3.void TM1621_ModifyRAM（uint8_t index， uint8_t bit， uint8_t flag），修改TM1621显示RAM，根据数据结构及算法确认修改的TM1621显示RAM的下标和位下标，flag是置位和清除的操作标志。统一修改完成后，需要调用TM1621_UpdateRAM函数更新TM1621的显示RAM，更新液晶屏显示。

4.1.4.void TM1621_Init（void），TM1621芯片初始化配置操作，详见程序设计说明。

4.2.显示设计

4.2.1.定义显示字符和段位的映射表，如下代码给出了38个常用的显示字符：

typedef struct

{

char ch; /*字符索引*/

uint8_t segment［8］; /*字符对应的段编码*/

} DIGITRON_STRUCT;

const DIGITRON_STRUCT DIGITRON_TABLE［38］ =

{

{‘ ’， {0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0}}，

{‘0’， {1， 1， 1， 1， 1， 1， 0， 0}}，

{‘1’， {0， 1， 1， 0， 0， 0， 0， 0}}，

{‘2’， {1， 1， 0， 1， 1， 0， 1， 0}}，

{‘3’， {1， 1， 1， 1， 0， 0， 1， 0}}，

{‘4’， {0， 1， 1， 0， 0， 1， 1， 0}}，

{‘5’， {1， 0， 1， 1， 0， 1， 1， 0}}，

{‘6’， {1， 0， 1， 1， 1， 1， 1， 0}}，

{‘7’， {1， 1， 1， 0， 0， 0， 0， 0}}，

{‘8’， {1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 0}}，

{‘9’， {1， 1， 1， 1， 0， 1， 1， 0}}，

{‘A’， {1， 1， 1， 0， 1， 1， 1， 0}}，

{‘b’， {0， 0， 1， 1， 1， 1， 1， 0}}，

{‘c’， {0， 0， 0， 1， 1， 0， 1， 0}}，

{‘C’， {1， 0， 0， 1， 1， 1， 0， 0}}，

{‘d’， {0， 1， 1， 1， 1， 0， 1， 0}}，

{‘E’， {1， 0， 0， 1， 1， 1， 1， 0}}，

{‘F’， {1， 0， 0， 0， 1， 1， 1， 0}}，

{‘g’， {1， 1， 1， 1， 0， 1， 1， 0}}，

{‘H’， {0， 1， 1， 0， 1， 1， 1， 0}}，

{‘h’， {0， 0， 1， 0， 1， 1， 1， 0}}，

{‘i’， {0， 0， 1， 0， 0， 0， 0， 0}}，

{‘I’， {0， 0， 0， 0， 1， 1， 0， 0}}，

{‘J’， {0， 1， 1， 1， 1， 0， 0， 0}}，

{‘l’， {0， 0， 0， 0， 1， 1， 0， 0}}，

{‘L’， {0， 0， 0， 1， 1， 1， 0， 0}}，

{‘n’， {0， 0， 1， 0， 1， 0， 1， 0}}，

{‘o’， {0， 0， 1， 1， 1， 0， 1， 0}}，

{‘O’， {1， 1， 1， 1， 1， 1， 0， 0}}，

{‘P’， {1， 1， 0， 0， 1， 1， 1， 0}}，

{‘q’， {1， 1， 1， 0， 0， 1， 1， 0}}，

{‘r’， {0， 0， 0， 0， 1， 0， 1， 0}}，

{‘S’， {1， 0， 1， 1， 0， 1， 1， 0}}，

{‘t’， {0， 0， 0， 1， 1， 1， 1， 0}}，

{‘u’， {0， 0， 1， 1， 1， 0， 0， 0}}，

{‘U’， {0， 1， 1， 1， 1， 1， 0， 0}}，

{‘y’， {0， 1， 1， 1， 0， 1， 1， 0}}，

{‘-’， {0， 0， 0， 0， 0， 0， 1， 0}}，

};

4.2.2.定义段位的组成关系，如下给出了显示一位字符所需要的一个段组合，这些定义可以参照段码式LCD液晶屏的PIN引脚关系定义：

const char DISPLAY_DIGIT_TABLE［4］［7］［3］ =

{

{“1A”， “1B”， “1C”， “1D”， “1E”， “1F”， “1G”}，

{“2A”， “2B”， “2C”， “2D”， “2E”， “2F”， “2G”}，

{“3A”， “3B”， “3C”， “3D”， “3E”， “3F”， “3G”}，

{“4A”， “4B”， “4C”， “4D”， “4E”， “4F”， “4G”}，

};

const char DISPLAY_POINT_TABLE［4］［3］ =

{

“P1”， “P2”， “P3”， “P4”

};

直白了说，就是我要在第一位上显示一个‘8’这个字符，那这个字符肯定是由“1A”， “1B”， “1C”， “1D”， “1E”， “1F”， “1G”这7个段位组合显示而成的。

4.2.3.定义段码式LCD液晶屏PIN引脚关系与TM1621驱动芯片显示RAM的对应关系表，如下代码所示：

const char LCD_CS_TABLE［4］［32］［3］ =

{

{“1F”，“1A”，“2F”，“2A”，“3F”，“3A”，“4F”，“4A”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”}，

{“1G”，“1B”，“2G”，“2B”，“3G”，“3B”，“4G”，“4B”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”}，

{“1E”，“1C”，“2E”，“2C”，“3E”，“3C”，“4E”，“4C”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”}，

{“P1”，“1D”，“P2”，“2D”，“P3”，“3D”，“P4”，“4D”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”，“ ”}，

};

这个数组的每一行对应着一个COM，每一列对应着一个SEG，这样一个数据就直接映射成TM1621显示RAM中的每一个BIT位;但需要注意的是，这个数据是需要根据原理图的COM和SEG引脚的设计而定的;本项目在硬件设计上段码式LCD液晶的COM0~COM3分别对应的也是TM1621驱动芯片的COM0~COM3，所以在行的对应关系上与段码式LCD液晶屏PIN引脚关系保持一致，如果顺序不一致，那在数组的行顺序要也要做相应的对应排序;SEG段的数组对应关系设计和COM段的思想是一样的。

4.2.4.void DISPLAY_SearchCS（const char *str， uint8_t *com， uint8_t *seg），这是最关键的一个函数，结合硬件电路设计，查找某个显示字符对应的每一个段编码在TM1621显示RAM的下标和位下标。

4.2.5.void DISPLAY_Digit（uint8_t index， char ch， uint8_t blink， uint8_t flag），这是位显示函数，index是位下标，ch是需要显示字符，blink是闪烁标志，flag是刷新标志;通过这个函数，我们可以调用DISPLAY_Digit（0， ‘8’， 0， 1）;在第一个位置上显一个不闪烁的8字。

5.程序移植性和通用性

在相同硬件驱动的情况下，对应不同设计的段码式LCD，我们只需要根据段码式LCD液晶屏PIN引脚关系，再结合硬件原理图电路设计，修改LCD_CS_TABLE数组即可实现如上显示功能。