基于元件技術(shù)手冊的嵌入式驅(qū)動開發(fā)的探索

楊佳 鄧力

（1.南寧第三職業(yè)技術(shù)學(xué)校 廣西 南寧 530001；2.桂林理工大學(xué) 南寧分校，廣西 南寧 530001）

【摘 要】文章通過對國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)崗位的技能進(jìn)行分析，針對國內(nèi)院校嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容、實驗實訓(xùn)開設(shè)的現(xiàn)狀，根據(jù)企業(yè)對嵌入式崗位招聘需求，提出了基于元件技術(shù)手冊的嵌入式驅(qū)動開發(fā)的新思路。以LPC2106驅(qū)動LCD1602液晶的項目，探索了基于元件技術(shù)手冊來進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)的培訓(xùn)新思路，提出了基于元件技術(shù)手冊進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)的新方法，對拓展國內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)教學(xué)提供了新的課程培訓(xùn)思路。

【關(guān)鍵詞】嵌入式；驅(qū)動開發(fā)；LCD1602；LPC2106

【中圖分類號】TP311 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）03-0046-05

1 嵌入式系統(tǒng)崗位分析

隨著我國信息化與工業(yè)化融合的推進(jìn)，嵌入式技術(shù)的廣泛應(yīng)用已成為必然趨勢[1]。企業(yè)不僅對嵌入式系統(tǒng)人才需求的數(shù)量在增加，對嵌入式系統(tǒng)人才的技能要求也在不斷地提高。從事嵌入式產(chǎn)品的相關(guān)研發(fā)，離不開硬件層、中間層、軟件層、功能層4個層次的研發(fā)工作[2]。它的開發(fā)流程都必須先定義產(chǎn)品功能，再對定義進(jìn)行系統(tǒng)分割，然后進(jìn)行軟硬件的規(guī)劃和設(shè)計，按照崗位職能可進(jìn)一步細(xì)分如下。

軟件研發(fā)分為系統(tǒng)構(gòu)建工程師、上層驅(qū)動開發(fā)工程師、上層應(yīng)用程序開發(fā)工程師。

硬件研發(fā)分為電路原理圖設(shè)計工程師、PCB設(shè)計工程師、底層驅(qū)動開發(fā)工程師。

軟件研發(fā)的3類工程師按照操作系統(tǒng)的種類又分出與各種操作系統(tǒng)相對應(yīng)的工程師。目前，在各領(lǐng)域應(yīng)用的主流操作系統(tǒng)有UCOS-II、LINUX、WINCE、VXWORKS等。企業(yè)一般會按照不同的操作系統(tǒng)平臺招聘相應(yīng)的工程師。

2 當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)培訓(xùn)的不足

目前，國內(nèi)高校開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程的高校、培訓(xùn)機構(gòu)較少，嵌入系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容、實驗實訓(xùn)的開設(shè)還處在探索的階段[3]。通過對畢業(yè)學(xué)生、學(xué)員的回訪和到企業(yè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于在學(xué)習(xí)時學(xué)員對元件的手冊沒有全面地練習(xí)，對設(shè)備、元件的相關(guān)代碼都是通過修改（教師提供或網(wǎng)上下載）而得到的，因此當(dāng)采用新元件時，學(xué)員對新元件的驅(qū)動編寫無從下手。

3 嵌入式系統(tǒng)培訓(xùn)改進(jìn)的基本思想

（1）要讓學(xué)員學(xué)習(xí)如何查看廠家提供的技術(shù)手冊并根據(jù)元器件技術(shù)手冊來進(jìn)行設(shè)計。

（2）培訓(xùn)項目元件的選取要有一定的復(fù)雜性，但最好選取學(xué)員不太陌生的元器件。

（3）為了使學(xué)員能更深刻地理解驅(qū)動程序的代碼是如何與元件的硬件電路相對應(yīng)的，驅(qū)動程序的代碼編寫先不采用操作系統(tǒng)。

4 項目設(shè)計

根據(jù)項目設(shè)置的基本思想，設(shè)置一個嵌入式驅(qū)動液晶顯示的電路并完成相關(guān)驅(qū)動代碼的編寫。

液晶采用LCD1602，嵌入式CPU采用LPC2106，驅(qū)動項目編寫軟件采用ADS1.2，為了驗證驅(qū)動代碼運行的結(jié)果是否正確，采用Proteus軟件完成電路設(shè)計，并通過Proteus電路仿真來驗證[4]驅(qū)動代碼在液晶電路的運行情況。

項目主要通過LCD1602的顯示程序來學(xué)習(xí)如何根據(jù)LCD1602廠家的技術(shù)手冊編寫驅(qū)動程序代碼。

液晶LCD1602的主要技術(shù)參數(shù)如下。

1602字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，可以顯示2行，每行顯示16個ASCII字符，并且可以自定義圖形，只需要寫入相對應(yīng)字符的ASCII碼就可以顯示[5]（見表1）。

根據(jù)液晶接口信號引腳說明，完成液晶和CPU的電路連接（如圖1所示）。

根據(jù)電路的連接，在程序中完成管腳的定義：

#define rs （1<<8）

#define rw （1<<9）

#define en （1<<10）

#define busy （1<<7）

根據(jù)手冊管腳的接口信號說明，確定和液晶相連接的LPC2106的引腳為輸入輸出IO口，同時將與液晶連接的CPU引腳定義為輸出IO口的類型：

PINSEL0=0x00000000； //設(shè)置所有引腳連接GPIO

PINSEL1=0x00000000；

IO0DIR=0x7ff； //設(shè)置P0.0—P0.10為輸出IO口

1602液晶的D0～D7端為8位數(shù)據(jù)口，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，而RS、R/W、E端則配合可以做出不同的操作[5]，對1602進(jìn)行操作主要有4種，如下：{1}讀狀態(tài)，輸入：RS=L，RW=H，E=H。輸出：D0～D7=狀態(tài)字。{2}寫指令，輸入：RS=L，RW=L，D0～D7=指令，E=高脈沖。輸出：無。{3}讀數(shù)據(jù)，輸入：RS=H，RW=H，E=H。輸出：D0～D7=數(shù)據(jù)。{4}寫數(shù)據(jù)，輸入：RS=H，RW=L，D0～D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖。輸出：無。

在進(jìn)行讀操作的時候，RW置于1，RS則根據(jù)讀的內(nèi)容（狀態(tài)或數(shù)據(jù)）置為1或0，E置為1，可以在數(shù)據(jù)口讀到正確的數(shù)據(jù)，在將E置為1之后，就可以緊跟著指令去讀取數(shù)據(jù)，在讀到數(shù)據(jù)后，再將E置為0。

在進(jìn)行寫操作的時候，RW要置為0，RS根據(jù)寫的內(nèi)容不同（指令或數(shù)據(jù)）置為1或0，同時在將E置為1之前，要先將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口上，然后將E置為1，經(jīng)過一定的延時后，再將E置為0，在這個時間段內(nèi)必須保證數(shù)據(jù)口上的數(shù)據(jù)穩(wěn)定不變，且為有效的數(shù)據(jù)。

從上文可以看出，如果想對1602進(jìn)行何種操作，只要按其相對應(yīng)的操作規(guī)程來做即可。

雖然以上有4種操作，但實際上歸類起來只有2種，一種讀一種寫，并且進(jìn)行讀或?qū)懚家M(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。

液晶狀態(tài)字說明如圖2所示。

用CPU來控制LCD模塊的方式十分簡單，LCD模塊的內(nèi)部可以看成2組寄存器，一個為指令寄存器，另一個為數(shù)據(jù)寄存器，由RS引腳來控制。所有對指令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的存取均需檢查LCD內(nèi)部的忙碌標(biāo)志STA7，此標(biāo)志用來告知LCD內(nèi)部正在工作，并不允許接收任何的控制命令。而此位的檢查可以令RS=0，用讀取D7來加以判斷。當(dāng)D7為0時，才可以寫入指令或數(shù)據(jù)寄存器。因此，在對控制器每次進(jìn)行讀寫操作之前，都必須進(jìn)行讀寫檢測，確保STA7為0。

根據(jù)手冊的要求，編寫、讀寫檢測函數(shù)：

/****************************************************************************

* 名稱：ChkBusy（ ）

* 功能：檢查總線是否忙

****************************************************************************/

void ChkBusy（ ）

{

IO0DIR=0x700；

while（1）

{

IO0CLR=rs；

IO0SET=rw；

IO0SET=en；

if（?。↖O0PIN & busy））break；

IO0CLR=en；

}

IO0DIR=0x7ff；

}

代碼說明：

根據(jù)讀狀態(tài)，輸入RS=L，RW=H，E=H； 輸出D0～D7狀態(tài)字的定義。為了能讀出D7的狀態(tài)，要使RS=L，RW=H，E=H，因此定義IO0DIR=0x700，使P0.8-P0.10為輸出IO口，而P0.0-P0.7輸入IO口。

忙檢測完成后，需要對LCD1602輸入指令和數(shù)據(jù)，因此定義IO0DIR=0x7ff，將P0.0-P0.10全部定義為輸出IO口。

在對液晶進(jìn)行忙檢測后，就可以對液晶進(jìn)行讀寫操作。寫操作分為寫指令與寫數(shù)據(jù)2種操作，寫指令是定義對液晶進(jìn)行何種操作，寫數(shù)據(jù)是將數(shù)據(jù)傳遞給1602液晶。對液晶進(jìn)行寫操作一般是先執(zhí)行寫操作，然后再寫數(shù)據(jù)。寫指令與寫數(shù)據(jù)相對應(yīng)的函數(shù)如下：

/****************************************************************************

* 名稱：WrOp（ ）

* 功能：寫指令函數(shù)

****************************************************************************/

void WrOp（uint8 dat）

{

ChkBusy（ ）；

IO0CLR=rs； //全部清零

IO0CLR=rw；

IO0CLR=0xff； //先清零

IO0SET=dat； //再送數(shù)

IO0SET=en；

IO0CLR=en；

}

通過寫指令函數(shù)完成對液晶的寫操作。

寫數(shù)據(jù)函數(shù)：

/****************************************************************************

* 名稱：WrDat（）

* 功能：寫數(shù)據(jù)函數(shù)

****************************************************************************/

void WrDat（uint8 dat） //讀數(shù)據(jù)

{

ChkBusy（）；

IO0SET=rs；

IO0CLR=rw；

IO0CLR=0xff； //先清零

IO0SET=dat； //再送數(shù)

IO0SET=en；

IO0CLR=en；

}

LCD1602手冊中液晶初始化的要求如圖3所示。

在使用1602之前，必須對其進(jìn)行初始化操作，初始化過程是往1602固定寫入一定的指令，里面包括指定使用模式、清屏等[5]。LPC2106晶振為11.0592 MHz，為了能準(zhǔn)確地延時，可能通過調(diào)用延時函數(shù)完成延時。

/*****************************************************************************

*名稱：DelayNS（ ）

*功能：長軟件延時

******************************************************************************/

void delay（uint8 z）

{

uint8 x，y；

for（x=z；x>0；x--）

for（y=200；y>0；y--） ；

}

/****************************************************************************

* 名稱：lcd_init（ ）

* 功能：lcd初始化函數(shù)

****************************************************************************/

void lcd_init（void）

{

Delay（15）；

WrOp（0x38）；

Delay（5）；

WrOp（0x38）；

Delay（5）；

WrOp（0x38）； //顯示模式設(shè)置

Delay（5）；

WrOp（0x08）； //顯示關(guān)屏

WrOp（0x01）； //顯示清屏

WrOp（0x06）； //光標(biāo)加1

WrOp（0x0c）； //開顯示

}

在1602上，分為二行，每行有16個字符位置，如何在我們需要的位置上顯示出對應(yīng)的字符呢？可由RAM地址映射圖及數(shù)據(jù)指針設(shè)置，確定液晶顯示的位置（如圖4所示）。

要顯示字符時先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符：比如第二行第一個字符的地址是40 H，那么是否直接寫入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1，所以實際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B（40H）+10000000B（80H）=11000000B（C0H）

圖5是1602顯示RAM緩沖區(qū)對應(yīng)的地址，要在對應(yīng)的位置顯示出字符，首先要寫入一個設(shè)置數(shù)據(jù)地址的指令碼（80H+地址），然后緊跟著寫入要顯示的數(shù)據(jù)即可。

寫指令：WrOp （0x80+地址，0）

寫數(shù)據(jù)：WrDat （字符ASCII碼，1）

比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。

最后完成主函數(shù)的編寫使用：

/****************************************************************************

* 名稱：main（）

* 功能：顯示文本

****************************************************************************/

int main（void）

{

lcd_init（ ）；

IODIR=0x7ff； //設(shè)置為輸出

IOCLR=0x7ff；

WrOp（0xc1）；

WrDat（'a'）；

}

代碼說明：WrOp（0xc1）寫指令函數(shù)定義字符在液晶中顯示的地址為第二行第一個字符，WrDat（'a'）將要顯示的字符a傳遞至液晶顯示。

完成程序的編譯后將生成的.hex文件下載到proteus電路中完成仿真，液晶在第二行第一列正常顯示出字符a。

5 項目的擴展

在完成了嵌入式液晶驅(qū)動代碼的實驗后，還可以引導(dǎo)學(xué)員對該項目進(jìn)行擴展。

（1）如何在液晶中顯示字符串？

為了能夠顯示字符串，可編寫字符串顯示函數(shù)：

/****************************************************************************

* 名稱：DisText（ ）

* 功能：顯示文本函數(shù)

****************************************************************************/

void DisText（uint8 addr，uint8 *p）

{

WrOp（addr）；

while（*p ！='＼0'）WrDat（*（p++））；

}

（2）引導(dǎo)學(xué)員修改程序：如何讓液晶上顯示的字符動態(tài)移動顯示？

（3）如何將ARM中LCD1602液晶的顯示代碼移植到其他的CPU中（以移植到8051為例），讓學(xué)員感受到C語言作為高級語言的優(yōu)勢。

（4）在項目中，針對元件技術(shù)手冊引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行其他課程的實驗：如由元件外形尺寸，引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計PCB時根據(jù)手冊上的元件外形尺寸設(shè)計LCD1602的元件PCB封裝。

6 結(jié)論

本文通過對國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)崗位的分析，針對國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)、培訓(xùn)的情況，通過LPC2106驅(qū)動LCD1602液晶的項目，系統(tǒng)地展現(xiàn)了基于元件技術(shù)手冊進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)的方法，探索了基于元件技術(shù)手冊來進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)的培訓(xùn)新思路，對拓展國內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)教學(xué)提供了新的課程培訓(xùn)思路。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]黃?，?，黎相成，何華光.嵌入式技術(shù)課程的教學(xué)探討[J].廣西大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2007，29（5）：77-78.

[2]潘曉寧.高職高專院校嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)方法的探討[J].職業(yè)教育研究，2007（8）：24-25.

[3]張其亮，韓斌.“嵌入式系統(tǒng)”課程的實驗教學(xué)研究[J].實驗室研究與探索，2009，28（6）：132-133.

[4]倪蘊濤.基于嵌入式系統(tǒng)實驗課程教學(xué)方法改革和教學(xué)思路探索的研究[J].牡丹江教育學(xué)院學(xué)報，2007（4）：130-131.

[5]趙亮.液晶顯示模塊LCD1602應(yīng)用[J].電子制作，2007（3）：58-59.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]