基于MSP430F169的射頻識(shí)別器彩色液晶顯示驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

王 浩，雷 宇，魏 啟，王 釵，王 軍，艾 梅

(中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探公司西安物探裝備分公司 陜西 西安 710061)

0 引 言

聲學(xué)二次定位系統(tǒng)[1，2]是利用船上的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與投放到海底的應(yīng)答器[1，2]之間的聲納通信，獲取聲納信號(hào)走時(shí)，確定兩者距離，并結(jié)合船載GPS的位置坐標(biāo)，通過(guò)主機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算獲取水下應(yīng)答器的空間坐標(biāo)。由于海洋勘探采集設(shè)備(采集站)內(nèi)置或外置應(yīng)答器，投放到水下時(shí)和水面GPS位置存在一定的偏差，利用聲學(xué)系統(tǒng)可進(jìn)行進(jìn)一步的精確定位，即聲學(xué)二次定位[3，4]。每一個(gè)應(yīng)答器單元，都有自己的組號(hào)、ID序列號(hào)和內(nèi)置電池的電壓。新開(kāi)發(fā)研制的聲學(xué)二次定位射頻識(shí)別器(RFID)能夠在應(yīng)答器下水前，識(shí)別每一個(gè)接近的應(yīng)答器單元，以真彩色、醒目大字體顯示其組號(hào)、ID序列號(hào)和內(nèi)置電池的電壓，并提供低壓報(bào)警，便于應(yīng)答器在海上施工作業(yè)下水過(guò)程中，船上施工人員監(jiān)視應(yīng)答器的狀態(tài)，將異常應(yīng)答器檢出，確保狀態(tài)正常的應(yīng)答器才能下水?；贛SP430F169的串口液晶顯示驅(qū)動(dòng)是射頻識(shí)別器的顯示控制子系統(tǒng)，根據(jù)射頻識(shí)別器的主處理器和液晶選型，確定通訊接口、通訊協(xié)議和驅(qū)動(dòng)控制。選用不同廠(chǎng)商制造的液晶屏，需要開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的液晶驅(qū)動(dòng)控制程序。

1 液晶驅(qū)動(dòng)的硬件平臺(tái)

液晶的顯示驅(qū)動(dòng)控制是建立在射頻識(shí)別器的主處理器的類(lèi)型和液晶終端的選型基礎(chǔ)上的。

射頻識(shí)別器的主處理器MCU選用微處理器MSP430F169。MSP430F169是美國(guó)TI(Texas Instruments)公司生產(chǎn)的一種混合信號(hào)處理器，具有超低功耗和強(qiáng)大的處理能力[5]。體系架構(gòu)采用16位RISC，最高運(yùn)算速度為8 MIPS。其片內(nèi)整合多款低功耗外圍模塊，具有60 KB閃存、2048 B RAM、12位ADC、雙DAC，2個(gè)USART、I2C接口、HW乘法器接口、1個(gè)DMA通道。

選用微處理器MSP430F169的主要原因是：其供電電壓采用1.8～3.6 V伏，工作功耗250 μA/MIPS(MIPS：每秒百萬(wàn)條指令數(shù))，具有超低功耗。此外MSP430F169接口資源豐富，擁有USART接口，可通過(guò)簡(jiǎn)單的接口轉(zhuǎn)換芯片變成RS232 接口，實(shí)現(xiàn)與串口液晶的通訊控制。

液晶彩屏終端選擇了一款具有RS232串行接口的智能型液晶彩屏終端，該終端是一款高性能、低功耗的真彩顯示器。該液晶彩屏終端的主要性能[6]：

1)處理器: 32位ARM處理器+FPGA雙核控制架構(gòu)；

2)存儲(chǔ)容量：內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)的1 GBit Flash；

3)接口特性：與上位機(jī)MCU通訊接口：RS232或3.3V CMOS/TTL UART；

4)PC下載圖形接口：USB2.0；

5)分辨率：800×480，16位真彩色RGB顯示;

6)內(nèi)置8×12、8×16、12×24、16×32、32×64 ASCII字庫(kù)；12×12、16×16、24×24 GBK和32×32、64×64 GB2312字庫(kù)，可自定義任意WINDOWS字庫(kù);

7)尺寸：7 in(1 in=25.44 mm,下同)；

8)工作電壓：最小7.6 V、標(biāo)準(zhǔn)9.0 V、最大24 V；

9)工作電流：最小110 mA、標(biāo)準(zhǔn)340 mA、最大440 mA;

10)工作溫度：-20～70 ℃;

11)觸摸屏工作溫度：-10～60 ℃。

該液晶彩屏終端選型完全滿(mǎn)足海洋勘探船上作業(yè)需求：標(biāo)準(zhǔn)功耗3 W；彩屏大小7 in，屏幕分辨率800×480，擁有64點(diǎn)陣的超大漢字字庫(kù)，以64點(diǎn)陣字體可以顯示12行文本，完全滿(mǎn)足射頻識(shí)別器顯示信息需要的行數(shù)；具有64 K色的TFT真彩，顯示美觀(guān)；具有RS232串行接口，只需3根連線(xiàn)就可實(shí)現(xiàn)與主處理器的通訊。

二次定位射頻識(shí)別器的原理圖如圖1所示。射頻識(shí)別器的主處理器MCU通過(guò)射頻接口獲取應(yīng)答器的組號(hào)、ID序列號(hào)和內(nèi)置電池的電壓的分檔編號(hào)，經(jīng)解析、處理后通過(guò)RS232接口發(fā)送給液晶終端，顯示對(duì)應(yīng)字符信息。

圖1 RFID 器系統(tǒng)原理框圖

2 液晶驅(qū)動(dòng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

液晶顯示驅(qū)動(dòng)應(yīng)用接口軟件是基于微處理器MSP430F169開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的，通過(guò)RS232接口與智能液晶終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)字符信息的顯示。

液晶顯示驅(qū)動(dòng)應(yīng)用接口軟件的應(yīng)用需求如下：

1)顯示設(shè)備制造商名稱(chēng)：64點(diǎn)陣中文顯示；

2)顯示應(yīng)答器的組號(hào)：BCD碼，最小1，最大999，64點(diǎn)陣3位顯示；

3)顯示應(yīng)答器的ID：BCD碼，最小1，最大99， 64點(diǎn)陣3位顯示；

4)顯示應(yīng)答器內(nèi)置電池的電壓：共27檔(從5 V到13.50 V)，浮點(diǎn)數(shù)，64點(diǎn)陣3位顯示。

液晶顯示驅(qū)動(dòng)應(yīng)用接口軟件采用匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，這樣編譯的代碼容量小，執(zhí)行速度快，效率高。整個(gè)驅(qū)動(dòng)程序由主程序、組號(hào)顯示子程序、ID號(hào)顯示子程序和電池電壓顯示子程序組成，如圖2所示。

圖2 液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序的組成

上述應(yīng)用子程序建立在串口發(fā)送子程序[7]的基礎(chǔ)上，主程序完成顯示數(shù)據(jù)字段的定義、串口的初始化和子程序的初始化和調(diào)用等。整個(gè)程序設(shè)計(jì)的核心是基于串口通訊協(xié)議，用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)應(yīng)用通訊接口模塊。下面從MSP430F169 與液晶彩屏終端的通訊協(xié)議、MSP430F169的存儲(chǔ)空間地址映射、驅(qū)動(dòng)程序數(shù)據(jù)區(qū)定義和核心關(guān)鍵子程序的設(shè)計(jì)4個(gè)方面完整地闡述其驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)思路。

2.1 MSP430F169與液晶彩屏終端的通訊協(xié)議

MSP430F169與液晶彩屏終端的通信協(xié)議幀由4部分組成：幀頭+指令+參數(shù)+幀尾。其幀結(jié)構(gòu)詳細(xì)組成見(jiàn)表1。如果指令參數(shù)多于1個(gè)字節(jié)，統(tǒng)一以MSB方式(高字節(jié)在前，低字節(jié)在后)進(jìn)行通信，每幀最大的數(shù)目是1024B(包含幀頭和幀尾)，指令數(shù)據(jù)均以十六進(jìn)制表示。與字符顯示相關(guān)的幀指令格式見(jiàn)表2，給出了設(shè)置前景色0x41指令和文本顯示指令0x20指令的詳細(xì)指令幀結(jié)構(gòu)。

表1 幀的結(jié)構(gòu)組成

表2 字符顯示幀指令格式

液晶和上位機(jī)的通訊協(xié)議是整個(gè)液晶字符控制顯示的基礎(chǔ)，通過(guò)向串口液晶彩屏終端按照數(shù)據(jù)幀格式發(fā)送數(shù)據(jù)幀，就能在液晶屏幕給定的位置坐標(biāo)、給定的背景色以字體前景顏色顯示給定點(diǎn)陣大小的字體，實(shí)現(xiàn)字符的顯示控制。

2.2 MSP430F169的存儲(chǔ)空間地址映射

MSP430F169的存儲(chǔ)空間地址映射[8]定義了中斷向量表的入口地址0FFFEh、flash程序存儲(chǔ)區(qū)的地址空間的起始地址01100h、RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的地址空間，其詳細(xì)地址映射如圖3所示。液晶驅(qū)動(dòng)控制顯示是基于MSP430F169的存儲(chǔ)空間地址映射的，它是整個(gè)液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序框架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

圖3 MSP430F169的存儲(chǔ)空間地址映射

2.3 數(shù)據(jù)區(qū)定義

液晶顯示驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)區(qū)主要定義驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)區(qū)，它包括：組號(hào)顯示控制碼的頭部和尾部，中間需要插入實(shí)際組號(hào)的BCD碼(百位+十位+個(gè)位)；ID 號(hào)的顯示控制和組號(hào)相似，只是顯示的BCD 碼有兩位(十位+個(gè)位)；電池電量顯示數(shù)據(jù)包含27個(gè)電池電量顯示表。其數(shù)據(jù)區(qū)定義詳見(jiàn)下面的代碼部分。

ORG 0FFFEh ;定義程序入口地址

DC16 init ;

ORG 01100h ；MCU 復(fù)位地址

Tab_GrpNo01:

DB 0EEh，20h，00h，32h，00h，8Ch，01h，09h，0D7h，0E9h，0BAh，0C5h，0A3h，0BAh;

;組號(hào)顯示控制碼第1部分：在屏幕坐標(biāo)(50，140)藍(lán)色背景顯示64點(diǎn)陣字體

"組號(hào)："；在第1部分和尾部分插入BCD碼組號(hào)值(百位+十位+個(gè)位)

Tab_GrpNo02:

DB 0FFh，0FCh，0FFh，0FFh;組號(hào)顯示控制碼尾部分，幀結(jié)束標(biāo)志

Tab_ID01:

DB 0EEh，20h，00h，32h，00h，0F0h，01h，09h，49h，44h，0BAh，0C5h，0A3h，0BAh;

;ID號(hào)顯示控制碼第1部分：在屏幕坐標(biāo)(50，240)藍(lán)色背景顯示64點(diǎn)陣字體"ID號(hào)："；在第1部分和尾部分插入BCD碼ID號(hào)值(十位+個(gè)位)

Tab_ID02:

DB 0FFh，0FCh，0FFh，0FFh;ID號(hào)顯示控制碼尾部分

;定義27個(gè)電量表顯示控制碼，不一一列出，只給出3個(gè)表以?huà)佫D(zhuǎn)引玉。

Tab_Bat00: ;顯示"電量： 5.00 v"(50，340)

DB 0EEh， 20h， 00h， 32h， 01h， 54h， 01h， 09h， 0B5h， 0E7h， 0C1h， 0BFh， 0A3h，

0BAh， 20h， 35h， 2Eh， 30h， 30h， 20h， 76h， 0FFh， 0FCh， 0FFh， 0FFh

Tab_Bat01: ;顯示"電量： 6.00 v"(50，340)

DB 0EEh， 20h， 00h， 32h， 01h， 54h， 01h， 09h， 0B5h， 0E7h， 0C1h， 0BFh， 0A3h，

0BAh， 20h， 36h， 2Eh， 30h， 30h， 20h， 76h， 0FFh， 0FCh， 0FFh， 0FFh

Tab_Bat1A: ;顯示"電量：13.75 v"(50，340)

DB 0EEh， 20h， 00h， 32h， 01h， 54h， 01h， 09h， 0B5h， 0E7h， 0C1h， 0BFh， 0A3h，

0BAh， 31h， 33h， 2Eh， 37h， 35h， 20h， 76h， 0FFh， 0FCh， 0FFh， 0FFh

2.4 液晶驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵子程序設(shè)計(jì)思想

液晶驅(qū)動(dòng)程序在射頻識(shí)別器的應(yīng)用工作流程如圖4所示：通過(guò)搜尋接近的應(yīng)答器，分別讀取其組號(hào)、ID號(hào)、電池電壓檔位編號(hào)，通過(guò)依次調(diào)用組號(hào)、ID號(hào)、電池電壓子程序，在屏幕設(shè)定的行上以藍(lán)色背景和紅色字體顯示其組號(hào)、ID號(hào)、電池電壓。

圖4 液晶驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)用工作流程

液晶顯示驅(qū)動(dòng)的核心程序包括：組號(hào)發(fā)送子程序、ID號(hào)發(fā)送子程序和電池電壓發(fā)送子程序。

組號(hào)發(fā)送子程序的幀結(jié)構(gòu)是："組號(hào)："+組號(hào)的BCD碼數(shù)值(百位+十位+個(gè)位)+組號(hào)顯示控制碼尾部分(幀結(jié)束標(biāo)志)，分別通過(guò)串口發(fā)送三部分的內(nèi)容就可以在屏幕指定的坐標(biāo)開(kāi)始以一行顯示組號(hào)的具體數(shù)值。前面的數(shù)據(jù)區(qū)的標(biāo)號(hào)Tab_GrpNo01定義了"組號(hào)："，標(biāo)號(hào)Tab_GrpNo02定義了幀結(jié)束標(biāo)志，具體的組號(hào)值由于是3位BCD碼，存儲(chǔ)于兩個(gè)8位寄存器中，子程序需要分別讀取兩個(gè)寄存器的BCD碼值，并轉(zhuǎn)換成ASCII碼。

ID號(hào)發(fā)送子程序和組號(hào)發(fā)送子程序結(jié)構(gòu)完全相同，只是發(fā)送的內(nèi)容不同。"ID號(hào)："+ID號(hào)的BCD碼數(shù)值(十位+個(gè)位)+ID號(hào)顯示控制碼尾部分(幀結(jié)束標(biāo)志)，分別通過(guò)串口發(fā)送三部分的內(nèi)容就可以在屏幕指定的坐標(biāo)開(kāi)始以一行顯示ID號(hào)的具體數(shù)值。前面的數(shù)據(jù)區(qū)的標(biāo)號(hào)Tab_ID01定義了" ID號(hào)："，標(biāo)號(hào)Tab_ID02定義了幀結(jié)束標(biāo)志，具體的ID號(hào)值由于是2位BCD碼，存儲(chǔ)于一個(gè)8位寄存器中，子程序需要讀取該寄存器的BCD碼值，提取出ID號(hào)的十位和個(gè)位，并分別轉(zhuǎn)換成ASCII碼。

電池電壓發(fā)送子程序根據(jù)測(cè)量電壓的分檔編號(hào)值(測(cè)量電壓區(qū)間：5～13.75V，被分成27個(gè)檔位，5 V的編號(hào)為0，對(duì)應(yīng)顯示數(shù)據(jù)表中的Tab_Bat00；依次類(lèi)推，13.75 V編號(hào)為26，對(duì)應(yīng)顯示數(shù)據(jù)表中的Tab_Bat1A)建立和顯示數(shù)據(jù)表中的顯示控制碼的映射：每幀(每行)電壓顯示控制碼占用25個(gè)字節(jié)，根據(jù)這個(gè)偏移量，結(jié)合測(cè)量電壓的分檔編號(hào)值查詢(xún)當(dāng)前編號(hào)值對(duì)應(yīng)的顯示控制碼，這樣在屏幕的指定行顯示編號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓值。

3 顯示效果和開(kāi)發(fā)要點(diǎn)

液晶驅(qū)動(dòng)程序的顯示效果如圖5所示。

圖5 液晶驅(qū)動(dòng)程序顯示效果

液晶驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)要注意：液晶屏的驅(qū)動(dòng)接口、液晶屏的控制協(xié)議、液晶屏幕的顯示規(guī)劃、命令幀結(jié)構(gòu)的組合控制、程序的查表控制、BCD碼顯示控制需要轉(zhuǎn)ASCII碼。注意整體設(shè)計(jì)邏輯和控制細(xì)節(jié)才能高效開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)控制程序，并且可擴(kuò)展到其它應(yīng)用領(lǐng)域。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從微處理器MSP430F169 與液晶彩屏終端的通訊協(xié)議、MSP430F169的存儲(chǔ)空間地址映射、驅(qū)動(dòng)程序數(shù)據(jù)區(qū)定義和核心關(guān)鍵子程序的設(shè)計(jì)多個(gè)方面完整地闡述液晶驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)思路，并采用匯編語(yǔ)言通過(guò)串口通訊實(shí)現(xiàn)了聲學(xué)二次定位射頻識(shí)別系統(tǒng)(RFID)中對(duì)應(yīng)答器單元組號(hào)、ID序列號(hào)和內(nèi)置電池電壓的真彩色、大字體中文顯示，并提供低壓報(bào)警功能。該驅(qū)動(dòng)程序已應(yīng)用于聲學(xué)二次定位射頻識(shí)別系統(tǒng)中，已有多套產(chǎn)品應(yīng)用于海洋勘探施工作業(yè)中，滿(mǎn)足了客戶(hù)海上作業(yè)的實(shí)際應(yīng)用需求。