LCD在矿用保护器中的应用

2012-07-06白延敏

科技视界 2012年29期

白延敏

（正德职业技术学院江苏南京 211106）

0 引言

随着液晶显示技术的发展，LCD(液晶显示器)模块已成为家电、工业控制仪器仪表和其他电子产品的重要组成部分。矿用电力综合保护器(以下简称保护器)就是一款利用LCD显示中文图形操作界面的仪器，它是煤矿电力开关专用的多功能综合保护装置，放在矿井下，对下属电网和设备起到综合保护作用。虽然此保护器是装在隔爆型高压配电装置内使用的，但由于其应用环境比较恶劣，LCD的显示还是会受到一定的影响，所以选择一个高效，稳定的传输方式是很必要的。保护器采用LPC2292作为核心处理器，本文主要阐述了LPC2292控制LCD显示的串/并行两种传输模式，讨论了两种接口的电平匹配问题，给出了LCD部分显示技巧和常见问题，分析了液晶显示器件串/并行工作时序以及给出了LCD与LPC2292连接的串行接口电路。

1 OCMJ4＊8C液晶显示模块的主要特点及引脚定义

OCMJ4*8C液晶显示模块是金鹏电子有限公司生产的C系列液晶显示器产品中的一款，其主要特性如下：1）OCMJ4*8C液晶显示模块可以显示字母、数字符号、中文字型及图形；2）OCMJ4*8C液晶显示模块提供三种控制接口，分别是8位微处理器接口，4位微处理器接口及串行接口[1]；3）OCMJ4*8C 液晶显示模块具有上/下/左/右移动，当前显示屏幕及清除屏幕等命令；4）OCMJ4*8C液晶显示模块使用+5V单电源，同时由模块内部提供显示驱动负电压，简化了系统电源的设计，该模块还具有LED背光源。

OCMJ4*8C液晶显示模块的引脚说明如表1所列[1]。从表中我们可以看出，串/并行模式的选择是通过15号引脚PSB上信号的高低来控制的，在名称栏中用括号表示的是串行模式下的控制线，数据线和时钟信号线。

表1 OCMJ4＊8C液晶显示模块的引脚说明

2 OCMJ4＊8C液晶显示模块串/并行传输模式设计

2.1 OCMJ4*8C液晶显示模块并行传输模式及时序图

由前面介绍的OCMJ4*8C液晶显示模块的特征可知，此模块提供两种并行控制接口，分别8位和4位微处理器接口。当PSB脚接高电位时，模块将进入并行模式，在并行模式下可由功能指令对DL置1或置0来选择8位或4位接口，主控制系统将配合(RS,RW,E,DB0…DB7)来达成传输动作。

2.2 OCMJ4*8C液晶显示模块串行传输模式及时序图

当PSB引脚接低电位时，模块将进入串行模式。串行数据传输分3个字节完成：第1个字节为串口控制格式，发送格式为11111RW RS 0，其中串口控制格式中的RW为数据传送方向控制，高电平1表示数据从液晶显示器件LCD到微处理器，低电平0表示数据从微处理器到液晶显示器件LCD。串口控制格式的RS为数据类型选择：高电平1表示发送的数据是要显示数据，低电平0表示发送的数据是指令。下面的数据或指令将被分为2个字节来串行传送或接收。数据或指令的高4位被放在第2个字节串行数据的高4位，其低4位置为“0”；数据或指令的低4位被放在第3个字节的高4位，其低4位置为“0”，即第2字节格式为D7D6D5D40000，第3字节格式为D3D2D1D00000。

2.3 OCMJ4*8C液晶显示模块串、并行传输模式的比较

如果液晶显示模块采用并行模式，则使得对处理器的硬件资源占用较为严重，减少了处理器对其他器件的扩展。并行传输的速度相对串行传输比较快，而且从其时序图可以看出，时序较为简单，编程容易实现。对于串行模式连接，则硬件接口电路较为简单，节约了处理器部分硬件资源，但是其接口时序复杂，软件编程繁琐。串行传输模式相对于并行模式传输较为稳定。

3 LPC2292与液晶显示模块串行连接电路及LCD显示技巧

3.1 LCD与LPC2292串行连接电路及两种接口的电平匹配问题

LPC2292是PHILIPS公司的一款ARM芯片，它是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-STM CPU，并带有256K字节嵌入的高速Flash存储器，144脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、76～112个GPIO口、8路 10位ADC、2/4路 CAN、PWM 通道以及多达9个外部中断等[3]，这使得它满足了在保护器中的各种功能需要。我们使用LPC2292的部分GPIO端口实现对LCD的控制，LPC2292采用的是3.3V的电平接口，而LCD模块为5V电平接口。为了成功实现两个器件接口电平匹配，这里给出两种电平转换方法：

3.1.1 采用电平转换芯片

采用双电压（一边是3.3V，另一边是5V）供电的双向驱动器来实现电平转换。如仙童半导体公司的74LVX4245、TI公司的SN74ALVC164245、SN74ALVC4245等芯片[5]，可以较好地解决3.3V与5V电平的转换问题。这种方法可以使数据的传输更为可靠，其代价就是增加了费用的开销，所以我们给出下面一种简单易行的方法。

3.1.2 直连法

如果对TTL电平标准较为了解的话就可以看出，不进行电平转换也是可以正常工作的。由于CMOS和TTL电平是不兼容的，而5V和3.3V TTL电平标准是一样的，因此不需要额外的器件就可以将二者直接相连。但为了防止5V的电压对低压芯片造成损害，中间可接一个降压电阻。

LCD与LPC2292串行连接的电路框图如图1所示，由于空间限制，这里我们仅给出相关引脚的连接，其余引脚未标出。

3.2 LCD显示技巧

在用LCD进行开发的时候碰到了一些问题，比如LCD出现花屏显示，无光标闪烁等，这里给出对这些问题的解决方法及LCD部分显示技巧。如果LCD有花屏显示说明在软件编程的时候，各信号的写入时间间隔达不到时序的要求，解决方法是可以在两次写信号之间调用一个延时程序，延时超过时序要求的最短时间即可，也不应过长。

延长LCD使用寿命也是一项关键的技术，特别是在此处，LCD作为矿用综合保护器的显示部件，使用环境较为恶劣。延长使用寿命一般是指在不使用LCD时，一定要关闭LCD，或是降低LCD的显示亮度。因为长时间的工作，时间长了就会导致显示器内部单元件的烧坏或者是老化。这种损毁一旦发生就是永久性的，无法挽回。所以我们可以加以改进，LCD的VSS与5V之间可以加一个开关，用开关控制LCD的电源；LCD的背光LED＋可以与LPC2292的一个GPIO口相连，通过软件控制背光的时间。另外还要尽量做好LCD的外部保护工作，不要让湿气性质的东西进入LCD，否则会对LCD里面的单元件造成腐化。