工业物联网LCD数码屏的驱动原理及低功耗设计(华大半导体HC32L136)

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不脱发的程序猿 发表于 2020/12/31 23:25:43 2020/12/31
【摘要】 目录 1、驱动原理 2、驱动程序 3、低功耗设计 在工业物联网传感器可视化设计时,仅仅为显示传感器的数值变化,多选用低成本、低功耗、尺寸合适的LCD数码屏,本次博客为各位分享华大半导体HC32L136驱动LCD数码屏的实现方法以及低功耗设计。 1、驱动原理 LCD数码屏本质上就是数码管,因为其主要是为了显示传感器数据,多为若干个7段数码管(7个亮段和1个小数...

目录

1、驱动原理

2、驱动程序

3、低功耗设计


在工业物联网传感器可视化设计时,仅仅为显示传感器的数值变化,多选用低成本、低功耗、尺寸合适的LCD数码屏,本次博客为各位分享华大半导体HC32L136驱动LCD数码屏的实现方法以及低功耗设计。

1、驱动原理

LCD数码屏本质上就是数码管,因为其主要是为了显示传感器数据,多为若干个7段数码管(7个亮段和1个小数点组成
)组成,7个亮段实际上就是7个条形的发光二极管,按顺时针方向,这7个亮段分别为a、b、c、d、e、f、g大多数七段数码管还带有一个小数点位dp。如下图所示:

7段数码管中亮段的发光原理和普通的发光二极管是一样的,所以可以把这7个亮段看成7个发光二极管,根据内部7个发光二极管的共连端不同,可将七段数码管分为共阳(共阳极)和共阴(共阴极)两种。共阳极就是把所有LED的阳极(正极)连接到
共同接点COM,而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp (小数点) ;共阴极则是把所有LED的阴极(负极)连接到共同接点COM,而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp(小数点),通过控制各个LED的亮灭来显示数字。如下图所示:

7段数码管有多种颜色、多种尺寸供设计时使用,它们的显示原理相同。如果要7段数码管显示数字1,只要点亮b、c两段即可;如要显示数字5,则需要点亮a、f、g、c、d段。其他数字和一些字母可以按照下图中的说明点亮对应的亮段来显示,7个亮段可以灵活地表现数字和一些字母信息。

在实际应用中,从节约端口数量、降低成本等角度考虑,LCD数码屏中的多个数码管并联,采用动态扫描的方式,一位一位地轮流点亮各位显示器(扫描),对于显示器的每一位而言,每隔一段时间点亮一次。虽然在同一时刻只有一位显示器在工作(点亮),但利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应,看到的却是多个字符“同时”显示。显示器亮度既与点亮时的导通电流有关,也与点亮时间和间隔时间的比例有关,调整电流和时间参,可实现亮度较高较稳定的显示。

2、驱动程序

最近在研究国产华大半导体的MCU,本次将基于HC32L136实现LCD数码屏的驱动程序设计,这里我选用的是自定制LCD数码屏,驱动原理和市面上的LCD屏一致,如下图所示:

该LCD数码屏有4个公共端,29个端口,在不借助驱动芯片的前提下,要保证MCU有29个富余的IO口,LCD数码屏引脚对应特性如下图所示:

 华大半导体的HC32L136支持LCD 控制器可适用于单色无源液晶显示器(LCD)的数字控制器/驱动器,最多具有 8 个公用端子(COM)和 40 个区段端子(SEG),用以驱动 160 (4x40)或 288 (8x36)个 LCD 图像元素。可以选择电容分压或电阻分压,支持内部电阻分压,内部电阻分压可以调节对比度,支持 DMA 硬件数据传输,明显足够我使用了,特性如下所示:

  • 高度灵活的帧速率控制。
  • 支持静态、1/2、1/3、1/4、1/6 和 1/8 占空比。
  • 支持 1/2、1/3 偏置。
  • 多达 16 个寄存器的 LCD 数据 RAM。
  • 可通过软件配置 LCD 的对比度。
  • 3 种驱动波形生成方式:内部电阻分压、外部电阻分压,外部电容分压方式,可通过软件配置内部电阻分压方式的功耗,从而匹配 LCD 面板所需的电容电荷。
  • 支持低功耗模式:LCD 控制器可在 Active、Sleep、DeepSleep 模式下进行显示。
  • 可配置帧中断。
  • 支持 LCD 闪烁功能且可配置多种闪烁频率
  • 未使用的 LCD 区段和公共引脚可配置为数字或模拟功能。

LCD 控制器框架图如下所示:

了解了 LCD数码屏的特性后就要开始设计程序了~

基于HC32L136 LCD 控制器需要完成基本的配置,使用相关的API即可快速配置好扫描模式、驱动波形、帧速率等信息。

第1步:使能RCL时钟、配置内部低速时钟频率为32.768kHz、开启LCD时钟和GPIO时钟,配置代码如下所示:


  
  1. Sysctrl_ClkSourceEnable(SysctrlClkRCL,TRUE); ///< 使能RCL时钟
  2. Sysctrl_SetRCLTrim(SysctrlRclFreq32768); ///< 配置内部低速时钟频率为32.768kHz
  3. Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralLcd,TRUE); ///< 开启LCD时钟
  4. Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralGpio,TRUE); ///< 开启GPIO时钟

第2步:LCD端口配置,因为是基于LCD 控制器,所以使用特定GPIO无法自定义,可参阅HC32L136管脚功能查询及配置表进行了解。

配置代码如下所示:


  
  1. ******************************************************************************
  2. ** \brief 初始化外部GPIO引脚
  3. **
  4. ** \return
  5. ******************************************************************************/
  6. void App_PortCfg(void)
  7. {
  8. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin9); //COM1
  9. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin10); //COM2
  10. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin11); //COM3
  11. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin12); //COM4
  12. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin8); //SEG0
  13. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin9); //SEG1
  14. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin8); //SEG2
  15. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin7); //SEG3
  16. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin6); //SEG4
  17. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin15); //SEG5
  18. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin14); //SEG6
  19. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin13); //SEG7
  20. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin12); //SEG8
  21. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin11); //SEG9
  22. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin10); //SEG10
  23. ///< SEG11不用,凑成16位,方便计算
  24. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin1); //SEG12
  25. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin0); //SEG13
  26. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin5); //SEG14
  27. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin4); //SEG15
  28. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin7); //SEG16
  29. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin6); //SEG17
  30. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin5); //SEG18
  31. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin4); //SEG19
  32. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin3); //SEG20
  33. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin2); //SEG21
  34. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin1); //SEG22
  35. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin0); //SEG23
  36. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin3); //SEG24
  37. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin2); //SEG25
  38. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin3); //VLCDH
  39. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin4); //VLCD3
  40. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin5); //VLCD2
  41. Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin6); //VLCD1
  42. }

第3步:配置LCD,这里我使用的是配置是:外部电容工作模式、1/4duty、1/3 BIAS、电压泵时钟频率选择2kHz、LCD扫描频率选择128Hz、LCD时钟选择RCL、选择模式0,具体配置可查阅用户手册,讲解的比较细致,代码如下所示:


  
  1. /**
  2. ******************************************************************************
  3. ** \brief 配置LCD
  4. **
  5. ** \return 无
  6. ******************************************************************************/
  7. void App_LcdCfg(void)
  8. {
  9. stc_lcd_cfg_t LcdInitStruct;
  10. stc_lcd_segcom_t LcdSegCom;
  11. LcdSegCom.u32Seg0_31 = 0xFC000800; ///< 配置LCD_POEN0寄存器 开启SEG0~SEG25,SEG12不开 ‭11111100 00000000 00001000 00000000‬
  12. LcdSegCom.stc_seg32_51_com0_8_t.seg32_51_com0_8 = 0xffffffff; ///< 初始化LCD_POEN1寄存器 全部关闭输出端口
  13. LcdSegCom.stc_seg32_51_com0_8_t.segcom_bit.Com0_3 = 0; ///< 使能COM0~COM3
  14. LcdSegCom.stc_seg32_51_com0_8_t.segcom_bit.Mux = 0; ///< Mux=0,Seg32_35=0,BSEL=1表示:选择外部电容工作模式,内部电阻断路
  15. LcdSegCom.stc_seg32_51_com0_8_t.segcom_bit.Seg32_35 = 0;
  16. Lcd_SetSegCom(&LcdSegCom); ///< LCD COMSEG端口配置
  17. LcdInitStruct.LcdBiasSrc = LcdExtCap; ///< 电容分压模式,需要外部电路配合
  18. LcdInitStruct.LcdDuty = LcdDuty4; ///< 1/4duty 占空比(DUTY):定义为 1/(LCD 显示器上的公用端子数)的数字
  19. LcdInitStruct.LcdBias = LcdBias3; ///< 1/3 BIAS 偏置(BIAS):驱动 LCD 时使用的电压等级,定义为 1/(驱动 LCD 显示的电压等级数–1)
  20. LcdInitStruct.LcdCpClk = LcdClk2k; ///< 电压泵时钟频率选择2kHz
  21. LcdInitStruct.LcdScanClk = LcdClk128hz; ///< LCD扫描频率选择128Hz
  22. LcdInitStruct.LcdMode = LcdMode0; ///< 选择模式0
  23. LcdInitStruct.LcdClkSrc = LcdRCL; ///< LCD时钟选择RCL
  24. LcdInitStruct.LcdEn = LcdEnable; ///< 使能LCD模块
  25. Lcd_Init(&LcdInitStruct);
  26. }

第4步:建立LCD驱动GPIO和LCD数码屏中数码管之间的驱动关系,以LCD数码屏中左上角4个数码管为例建立(之后的数码管显示规律有差异)。

十六进制如下表所示:

数字 通断控制位 A B C DP 通断控制位 F G E D LCD十六进制
0 默认为0 1 1 1 0 默认为0 1 0 1 1 0x0E0B
1 0 1 1 0 0 0 0 0 0x0600
2 1 1 0 0 0 1 1 1 0x0C07
3 1 1 1 0 0 1 0 1 0x0E05
4 0 1 1 0 1 1 0 0 0x060C
5 1 0 1 0 1 1 0 1 0x0A0D
6 1 0 1 0 1 1 1 1 0x0A0F
7 1 1 1 0 0 0 0 0 0x0E00
8 1 1 1 0 1 1 1 1 0x0E0F
9 1 1 1 0 1 1 0 0 0x0E0C
DP         0 0 0 1         0 0 0 0 0x0100
  高8位 低8位 高8位 低8位  

根据以上关系建立关系数组,该部分实现代码如下所示:


  
  1. void Lcd_Drive(int8_t id,int16_t num1,int16_t num2,int8_t point)
  2. {
  3. ///< LCD数字0~9和DP/COL1
  4. uint16_t Numerical_Tables1[11]={0x0E0B,0x0600,0x0C07,0x0E05,0x060C,0x0A0D,0x0A0F,0x0E00,0x0E0F,0x0E0C,0x0100};
  5. uint32_t Num_Collect=0;
  6. ///< 屏幕第1、2(id==0)、3、4(id==1)小数字
  7. if(id==0 || id==1)
  8. {
  9. if(num1>=0 && num1<=9)
  10. {
  11. Num_Collect=Numerical_Tables1[num1]; ///< 第一个数字
  12. }
  13. else if(num1==-1)
  14. {
  15. Num_Collect=0x0000; ///< 熄灭
  16. }
  17. if(num2>=0 && num2<=9)
  18. {
  19. Num_Collect|=Numerical_Tables1[num2]<<16; ///< 第二个数字
  20. }
  21. else if(num1==-1)
  22. {
  23. Num_Collect|=0x0000<<16; ///< 熄灭
  24. }
  25. if(point==1)
  26. {
  27. Num_Collect|=Numerical_Tables1[10]; ///< 第一个DP
  28. }
  29. else if(point==2)
  30. {
  31. Num_Collect|=Numerical_Tables1[10]<<16; ///< 第二个DP/COL1
  32. }
  33. else if(point==3)
  34. {
  35. Num_Collect|=Numerical_Tables1[10]; ///< 第一个DP
  36. Num_Collect|=Numerical_Tables1[10]<<16; ///< 第二个DP/COL1
  37. }
  38. Lcd_WriteRam(id,Num_Collect);
  39. Num_Collect=0;
  40. }
  41. }

至此就可以实现LCD数码屏幕的驱动。

3、低功耗设计

 HC32L136进入深度休眠状态,不会改变端口状态,在进入休眠前根据需要更改 IO 的状态为休眠下的状态,所以在深度休眠状态下LCD数码屏可以继续显示工作。

运行上述程序,LCD数码屏所有数码管工作点亮耗能约890毫安左右,如下图所示:

使用低功耗设计后,耗能约为2.6微安,极大降低了功耗,如下图所示:

低功耗设计实现代码如下所示:


  
  1. void App_LowPowerMode(void)
  2. {
  3. ///< 打开GPIO外设时钟门控
  4. Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralGpio, TRUE);
  5. //swd as gpio
  6. Sysctrl_SetFunc(SysctrlSWDUseIOEn, TRUE);
  7. ///< 配置为数字端口
  8. M0P_GPIO->PAADS = ~0xE000;
  9. M0P_GPIO->PBADS = ~0x0384;
  10. M0P_GPIO->PCADS = ~0xFC03;
  11. M0P_GPIO->PDADS = ~0xFFEF;
  12. ///< 配置为端口输入
  13. M0P_GPIO->PADIR = 0XFFFF;
  14. M0P_GPIO->PBDIR = 0XFFFF;
  15. M0P_GPIO->PCDIR = 0XFFFF;
  16. M0P_GPIO->PDDIR = 0XFFFF;
  17. ///< 输入下拉(除LCD端口以外)
  18. M0P_GPIO->PAPD = 0xE000;
  19. M0P_GPIO->PBPD = 0x0384;
  20. M0P_GPIO->PCPD = 0xFC03;
  21. M0P_GPIO->PDPD = 0xFFEF;
  22. Lpm_GotoDeepSleep(TRUE);
  23. }

 

文章来源: handsome-man.blog.csdn.net,作者:不脱发的程序猿,版权归原作者所有,如需转载,请联系作者。

原文链接:handsome-man.blog.csdn.net/article/details/104591679

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