一種RS485接口多國語言LCD12864顯示器的設(shè)計(jì)

趙建新

（哈爾濱華德學(xué)院 黑龍江省哈爾濱市 150025）

RS485 通信標(biāo)準(zhǔn)自從上世紀(jì)80年代以來，以其傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、布線成本低等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用[1]。工業(yè)領(lǐng)域中的PLC、變頻器、電能表等設(shè)備大多采用RS485 通信標(biāo)準(zhǔn)，為了方便用戶實(shí)時(shí)監(jiān)測這些設(shè)備的狀態(tài)信息，設(shè)計(jì)了一種RS485 通信標(biāo)準(zhǔn)的顯示屏，可以讀取工控設(shè)備的狀態(tài)信息并實(shí)時(shí)顯示到顯示屏上，在工控領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示。

如圖1所示，工控設(shè)備通過RS485 接口把數(shù)據(jù)傳輸至MCU，MCU 將數(shù)據(jù)解包后，得到需要顯示的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)中包含文字則會(huì)從字庫芯片中查找字模，最后將數(shù)據(jù)顯示到12864 液晶屏上[2]。

1.1 MAX3485通信芯片

MAX3485 是MAXIM 公司生產(chǎn)的一款3.3V 供電的RS485 電平收發(fā)芯片，靜態(tài)電流僅300uA，最高可達(dá)到2.5Mbps 傳輸速度，使用廣泛。MAX3485 應(yīng)用電路如圖2所示。

MAX3485 的2 腳和3 腳是使能管腳，低電平為接收狀態(tài)，高電平為發(fā)送狀態(tài)，因此2 腳和3 腳可以短接，僅需MCU 一個(gè)IO口即可控制。

1.2 STC12LE5A60S2單片機(jī)芯片

STC12LE5A60S2 是STC 公司生產(chǎn)的一款3.3V 供電的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的MCU芯片，指令集和管腳兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)（如圖3所示），速度比傳統(tǒng)51 單片機(jī)快6～12 倍，在工業(yè)控制，強(qiáng)干擾場合比較適用。

本系統(tǒng)運(yùn)行中涉及到字庫讀取、字模運(yùn)算等操作，對(duì)MCU 運(yùn)算性能要求高，因此速度快性能強(qiáng)的STC12LE5A60S2 是系統(tǒng)正常工作的保障。

1.3 GT30L24A3W字庫芯片

本系統(tǒng)選用GT30L24A3W 為字庫芯片，2.7～3.6V 供電，功耗低，SPI 串行總線接口，操作方便。該字庫芯片內(nèi)建12*12、16*16、24*24、32*32 點(diǎn)陣字庫，支持GB18030 簡繁體漢字、JIS0208日文字符集、KSC5601 韓文字符集等180 國外文字符，并且兼容以上各種文字的Unicode 字符集。橫置橫排的字模排列格式[3]。用戶通過字符內(nèi)碼，計(jì)算出該字符所對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣在芯片中的地址，然后可以從該地址連續(xù)讀出字符點(diǎn)陣信息。

片選輸入（CS#）：CS#的下降沿為串行數(shù)據(jù)傳輸開始信號(hào)，傳輸期間必須保持低電平，兩條指令之間為高電平。

串行數(shù)據(jù)輸出（SO）：數(shù)據(jù)從芯片輸出，在時(shí)鐘的下降沿移出。

串行數(shù)據(jù)輸入（SI）：數(shù)據(jù)從串行輸入芯片，在時(shí)鐘的上升沿移入。

串行時(shí)鐘輸入（SCLK）：數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入，在下降沿移出。

總線掛起輸入（HOLD#）：該信號(hào)變低電平并且SCLK 信號(hào)為低電平時(shí)，進(jìn)入掛起狀態(tài)；該信號(hào)變高電平并且SCLK 信號(hào)為低電平時(shí)，結(jié)束掛起狀態(tài)。

表1：GT30L24A3W 指令參數(shù)表

圖1：系統(tǒng)硬件電路框圖

圖2：MAX3485 應(yīng)用電路圖

圖3：STC12LE5A60S2 管腳圖

1.4 LCD12864液晶屏

本系統(tǒng)選用深圳晶聯(lián)訊電子有限公司生產(chǎn)的JLX12864G-1503型號(hào)的液晶屏，使用方便，顯示清晰，廣泛應(yīng)用于人機(jī)交互面板。

JLX12864G-1503 液晶模塊選用矽創(chuàng)公司生產(chǎn)的ST7567 驅(qū)動(dòng)IC，功能強(qiáng)，穩(wěn)定性好，接口豐富，可以采用4 線SPI 或并口連接外部MCU（6800 時(shí)序和8080 時(shí)序可選）。

圖4：系統(tǒng)整體運(yùn)行流程圖

2 軟件部分設(shè)計(jì)

2.1 串口超時(shí)接收

工業(yè)領(lǐng)域中的PLC、變頻器、電能表等設(shè)備通信協(xié)議一般為MODBUS 協(xié)議，這種協(xié)議沒有包頭包尾作為標(biāo)志，不知道該幀是否接收完成，一般采用超時(shí)方式。接收超時(shí)應(yīng)根據(jù)自己實(shí)際應(yīng)用加入，現(xiàn)在大多數(shù)都是硬件中斷接收，一進(jìn)中斷就將數(shù)據(jù)拷到接收緩存中，等有空再處理這些數(shù)據(jù)就可。但是如果利用循環(huán)查詢時(shí)，最好加入超時(shí)，讓接收函數(shù)能夠在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)檢測是否有數(shù)據(jù)過來。

大部分串口應(yīng)用程序都是以一字節(jié)為單位傳輸，當(dāng)檢測到特定字符（如換行）才判定一幀數(shù)據(jù)結(jié)束。這樣做的問題在于一旦特定字符受干擾丟失，會(huì)導(dǎo)致MCU 誤判。該系統(tǒng)需要以幀為單位傳輸數(shù)據(jù)，只要字符與字符之間間隔超過一定的時(shí)間，那么就判定這一幀數(shù)據(jù)結(jié)束。

2.2 字庫芯片GT30L24A3W讀取操作

GT30L24A3W 使用SPI 接口和MCU 通信，該字庫芯片的讀取操作只有兩種模式：正常模式和快速模式。指令參數(shù)如表1所示。

正常模式下，需要用指令碼來執(zhí)行每一次操作。讀取操作如下：

（1）首先將片選信號(hào)（CS#）拉低，串行數(shù)據(jù)輸入（SI）發(fā)送1 字節(jié)的命令字（0x03）和3 個(gè)地址，每一位在串行時(shí)鐘輸入（SCLK）上升沿被鎖存。

（2）然后該地址的字節(jié)數(shù)據(jù)通過串行數(shù)據(jù)輸出引腳（SO）移位輸出，每一位在串行時(shí)鐘輸入（SCLK）下降沿被移出。（3）讀取字節(jié)結(jié)束后，將片選信號(hào)（CS#）拉高，結(jié)束本次操作?？焖倌Ｊ较拢瑯有枰弥噶畲a來執(zhí)行每一次操作。讀取操作如下：

（1）首先將片選信號(hào)（CS#）拉低，串行數(shù)據(jù)輸入（SI）發(fā)送1 字節(jié)的命令字（0x0B）和3 個(gè)地址以及一個(gè)字節(jié)的Dummy，每一位在串行時(shí)鐘輸入（SCLK）上升沿被鎖存。

（2）然后該地址的字節(jié)數(shù)據(jù)通過串行數(shù)據(jù)輸出引腳（SO）移位輸出，每一位在串行時(shí)鐘輸入（SCLK）下降沿被移出。

（3）如果片選信號(hào)（CS#）持續(xù)保持為低，則下一個(gè)地址的字節(jié)數(shù)據(jù)繼續(xù)通過串行數(shù)據(jù)輸出引腳（SO）移位輸出。

以12×12 點(diǎn)陣為例，給出從首地址fontaddr 讀出12×12 點(diǎn)陣字符數(shù)據(jù)的程序操作。

（1）text[i]為漢字GB2312 編碼的高8 位。

（2）text[i+1]為漢字GB2312 編碼的低8 位。

（3）fontaddr 為漢字首地址。

（4）0x3cf80 + 376*24 為12×12 漢字點(diǎn)陣起始地址。

（5）0x3cf80 為12×12 全角字符點(diǎn)陣起始地址。

2.3 系統(tǒng)整體運(yùn)行流程

串口接收到一幀數(shù)據(jù)后，根據(jù)這一幀數(shù)據(jù)中的字符GB2312 碼，計(jì)算出該字符在字庫芯片中的首地址，取出字模并顯示到液晶屏上。系統(tǒng)整體運(yùn)行流程圖如圖4所示。

3 結(jié)束語

使用STC12LE5A60S2 單片機(jī)芯片和GT30L24A3W 多國語言字庫芯片設(shè)計(jì)的LCD12864 顯示器，顯示正常，穩(wěn)定可靠。不足之處在于屏幕尺寸小，顯示文本內(nèi)容有限。