液晶顯示器控制

第四章系統設計

4.3 系統應用電路元件介紹

4.3.5 液晶顯示器控制

液晶顯示器或稱 LCD(Liquid Crystal Display)，在系統與使用者最主要的溝通介面是字型顯示，此系統使用的 LCD 模組內建控制 IC 為 SAMSUNG 公司的 S6B1713[6]，

模組可顯示最大點數為 128x64，參照規格書可以很容易的去控制顯示功能，包括如何控制 LCD 顯示的開與關，以及透過輸出電壓控制可以調整玻璃顯示的亮度。LCD 模組介面如圖 4-13，以下簡單說明 LCD 控制的基本流程，詳細的使用方法可參考 LCD 驅動 IC 規格書。

圖 4-13 LCD 模組介面

1. 此模組內建與 MCU 連結控制的介面，包括並列與串列兩種選擇，由於系統實作時 MCU 的 I/O 腳位有限，因此選擇串列介面作為 LCD 與 MCU 溝通的橋樑。圖 4-14 為串列介面控制的時序圖，CS1B 與 CS2 可致能 LCD 驅動晶片，其中 CS2 接腳已經內建在 LCD 模組內，在此系統實作中只要控制 CS1B 即可，腳位 SID 是資料傳輸線，

透過 SCLK 的脈波信號可將 SID 的資料傳送至 LCD 驅動晶片內，如此就可以跟 LCD 驅動晶片溝通。

與 1 去代表顯示的狀態，當寫入的位元為 0 時，表選擇的像素不顯示，相反的若是寫入的位元為 1，則表示將該像素點亮。所以根據 LCD 控制 IC 的規格書就可以將欲顯示的資料顯示至 LCD 面板上。

圖 4-15 LCD 資料顯示記憶體映射方式

3. 圖 4-16 是 LCD 實際所能顯示的記憶體對應方式，圖中 Page0 至 Page7 是系統實做時會使用到的記憶體區塊，每一個區塊是由 8 個 COM 的掃描點組成，總共有 COM1 至 COM64 的縱向掃描，橫向的掃描則使用 SEG1 至 SEG128 的掃描點，因此，根據顯示記憶體的對應方式，就可任意的在 LCD 面板上的任何位置顯示自己定義的資料。

圖 4-16 LCD 資料顯示記憶體對應圖

4. 利用圖 4-15 的控制與顯示方式，倘若要顯示中文字型(圖 4-17)，只要將每一個對應的位元寫入 LCD 顯示資料記憶體，就可以達到顯示中文的目的，而其他字型或是圖形也是以相同的方式去實現。以下將實際控制的方式做一說明。

圖 4-17 字型顯示範例

圖 4-17 中文字型是採用 16x16 的字體，根據圖 4-15 的方式，若要將＂中＂的字型顯示在 LCD 最左上角的位置，縱向掃描需要使用 Page0 與 Page1 的顯示記憶體位址，

橫向掃描則使用 SEG1 至 SEG16 的位址，如此即可構成一個 16x16 的記憶體區塊，再將欲顯示的位元寫入，就可顯示＂中＂的圖形。程式設定方式如下說明：

LCD_RegCommand(0xB0); //設定縱向顯示位址 Page0 LCD_RegCommand(0x10); //設定橫向顯示位址高位元組

LCD_RegCommand(0x00); //設定橫向顯示位址低位元組(SEG1 開始) LCD_DataWrite(0x00); //SEG1 寫入 0x00

LCD_DataWrite(0x00); //SEG2 寫入 0x00 LCD_DataWrite(0xF0); //SEG3 寫入 0xF0 LCD_DataWrite(0x20); //SEG4 寫入 0x20 LCD_DataWrite(0x20); //SEG5 寫入 0x20 LCD_DataWrite(0x20); //SEG6 寫入 0x20 LCD_DataWrite(0x20); //SEG7 寫入 0x20 LCD_DataWrite(0x20); //SEG8 寫入 0x20 LCD_DataWrite(0xFE); //SEG9 寫入 0xFE LCD_DataWrite(0x22); //SEG10 寫入 0x22

LCD_DataWrite(0x20); //SEG11 寫入 0x20 LCD_DataWrite(0x20); //SEG12 寫入 0x20 LCD_DataWrite(0x20); //SEG13 寫入 0x20 LCD_DataWrite(0x20); //SEG14 寫入 0x20 LCD_DataWrite(0xE0); //SEG15 寫入 0xE0 LCD_DataWrite(0x00); //SEG16 寫入 0x00

LCD_RegCommand(0xB1); //設定縱向顯示位址 Page1 LCD_RegCommand(0x10); //設定橫向顯示位址高位元組

LCD_RegCommand(0x00); //設定橫向顯示位址低位元組(SEG1 開始) LCD_DataWrite(0x00); //SEG1 寫入 0x00

LCD_DataWrite(0x00); //SEG2 寫入 0x00 LCD_DataWrite(0x0F); //SEG3 寫入 0x0F LCD_DataWrite(0x04); //SEG4 寫入 0x04 LCD_DataWrite(0x04); //SEG5 寫入 0x04 LCD_DataWrite(0x04); //SEG6 寫入 0x04 LCD_DataWrite(0x04); //SEG7 寫入 0x04 LCD_DataWrite(0x04); //SEG8 寫入 0x04 LCD_DataWrite(0xFF); //SEG9 寫入 0xFF LCD_DataWrite(0x04); //SEG10 寫入 0x04 LCD_DataWrite(0x04); //SEG11 寫入 0x04 LCD_DataWrite(0x04); //SEG12 寫入 0x04 LCD_DataWrite(0x04); //SEG13 寫入 0x04 LCD_DataWrite(0x04); //SEG14 寫入 0x04 LCD_DataWrite(0x07); //SEG15 寫入 0x07 LCD_DataWrite(0x08); //SEG16 寫入 0x00

4.4 中文字庫轉換

只要能夠取得想要顯示字型的字庫，根據圖 4-17 於嵌入式系統中要在 LCD 顯示中文字型的方式並不難，再透過韌體程式去控制讀取及配合 LCD 的顯示特性即可正確的顯示字型。但是其中最重要的還是字庫的取得途徑，ㄧ種是直接跟專業的字型設計公司購買現成的字庫或是委託他們設計專用的字庫，這種類型的字庫一般常見的有華康

B]自動的將這些字型碼擷取並轉換成 LCD 可顯示的對應碼。以目前中文的編碼格式在中國大陸是使用簡體字，一般比較常用的是 GB2312[22]編碼，而台灣是使用繁體字，

即 BIG-5 編碼方式[22][24]，但是這裡要介紹的主要是如何取得 Unicode 與繁體中文對應的顯示碼，因為 Unicode 的編碼範為包含了簡體與繁體所有常用的字型，所以簡體與繁體編碼方式不是本論文研究的重點。以下介紹系統設計時中文字庫產生的技巧與實作方式。

取得字型顯示碼的方式是應用 Unicode 轉 BIG-5 的方式，選用 Unicode 當轉換來源是因為讀取 SIM 卡的電話簿資料為 Unicode 格式。

1. 利用圖 4-18 使用 Windows API 函數＂WideCharToMultiByte “將 Unicode 字串轉換成指定編碼字串位元組陣列，例如＂中＂的 Unicode 編碼為 0x4E2D，則轉換完成的 BIG-5 編碼為 0xA4A4，及為繁體字型＂中＂的編碼。

2. 依圖 4-19 再將 0xA4A4 轉換成 BIG-5 的＂中＂字型碼描繪至畫布元件，並將畫布上的每一對應點陣圖碼的每ㄧ位元記錄存檔而完成圖 4-17 字型顯示碼。

void __fastcall TForm3::Button1Click(TObject *Sender) {

Graphics::TBitmap *pBitmap; // 建立圖像緩衝區

wchar_t w_unicode[1]; // 建立 unicode 陣列緩衝區 char Big5_buf[2]; // 建立 Big-5 陣列緩衝區 int big5[2];

w_unicode[0] = 0x4E2D; // ＂中＂的 Unicode 編碼

WideCharToMultiByte(CP_ACP,0,w_unicode,-1,Big5_buf,254,0,0);

// 進行 Unicode 轉換 Big5

big5[0] = (byte)Big5_buf[0]; // 取 Big-5 陣列緩衝區的高位元組 big5[1] = (byte)Big5_buf[1]; // 取 Big-5 陣列緩衝區的低位元組 int big5value = (byte) big5[0] << 8 | big-5[1];

// 取 Big-5 真正的值 = 0xA4A4 }

圖 4-18 Unicode 轉換至 BIG-5

void __fastcall TForm1::CreateRomCodeButtonClick(TObject *Sender) {

Graphics::TBitmap *pBitmap; // 建立圖像緩衝區 char x1temp = 0;

char x2temp = 0;

char cEdit[2];

FontImage->Width=16; // 設定字型最大高度 FontImage->Height =16; // 設定字型最大寬度

pBitmap = new Graphics::TBitmap(); // 建立圖像元件 pBitmap->Width = 16; // 設定圖像最大高度 pBitmap->Height = 16; // 設定圖像最大寬度 pBitmap->Canvas->Font->Name = "細明體"; // 選擇中文字體 pBitmap->Canvas->Font->Height = 16; // 設定畫布高度 pBitmap->Canvas->Pen->Color = clWhite; // 設定畫布顏色

pBitmap->Canvas->Rectangle(0,0,pBitmap->Width,pBitmap->Height);

// 建立新畫布

FontImage->Canvas->Font->Size = 32; // 設定字型為 16x16 的點陣圖 int Big5 = 0xa4a4; // ＂中＂Big-5 編碼

cEdit[0] = Big5 >> 8;

cEdit[1] = Big5 & 0xFF;

//--- 將＂中＂寫入圖像緩衝區 pBitmap->Canvas->TextOutA(0,0,(AnsiString)cEdit);

for(int k=0;k<16;k++) {

for(int i=0 ; i<16 ; i++) {

if(i <=7 ){

x1temp = x1temp << 1;

if(pBitmap->Canvas->Pixels[k][i]!= clWhite){

x1temp++;

//--- 將圖像緩衝區描繪在畫布 FontImage->Canvas->Pixels[k][i] = clRed;}

} else{

x2temp = x2temp << 1;

if(pBitmap->Canvas->Pixels[k][i]!= clWhite){

x2temp++;

//--- 將圖像緩衝區描繪在畫布 FontImage->Canvas->Pixels[k][i] = clRed;}

if((x1temp & 0x80) == 0x80) font1 |= 0x80;

if(x != 7)

font1 = font1 >>1;

x1temp = x1temp <<1;

}

x1temp = font1;

for(int x= 0 ; x<=7 ; x++) {

if((x2temp & 0x80) == 0x80) font2 |= 0x80;

if(x != 7)

font2 = font2 >> 1;

x2temp = x2temp << 1;

}

x2temp = font2;

//--- 記錄畫布上的點陣圖顯示對應碼 --- Memo1->Text = Memo1->Text+"," +

IntToHex((x1temp & 0xff),2) +","+

IntToHex((x2temp & 0xff),2);

}

//--- 點陣圖顯示對應碼 --- // 0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x0F,0x20,0x04,

// 0x20,0x04,0x20,0x04,0x20,0x04,0x20,0x04, // 0xFE,0xFF,0x22,0x04,0x20,0x04,0x20,0x04, // 0x20,0x04,0x20,0x04,0xF0,0x0F,0x20,0x00

圖 4-19 字型顯示碼轉換方式

本章主要說明系統功能包含的周邊硬體電路與各裝置的使用規範，應用嵌入式系

統是一種完全嵌入受控器件內部為特定應用設計的專用電腦系統，再透過整體系統規劃，將每種特定功能的周邊硬體電路加以彙整，最後再經由撰寫系統韌體程式負責規劃控制特定功能的流程，以期達到系統主要執行的目的。最後說明系統中文電話簿內的中文顯示字庫製作的方式，透過字型的自動擷取程式產生的字庫再燒錄至系統儲存中文字型用的記憶體，即可隨時被 MCU 讀取而在 LCD 上顯示記憶體內儲存的字型。

第五章系統實作與驗證

透過前一章對整個系統的硬體電路做規劃，最後將這些電路整合為一，並加以實做硬體電路去驗證家用有線電話機內含中文電話簿的可行性。主要的系統開發工具包括軟體程式與韌體程式整合開發環境與硬體電路板佈線繪圖工具，使用的軟體版本名稱簡介如表 5-1：

表 5-1 系統軟體開發工具

1 Borland C++ Builder 5.0 視窗程式 C 語言開發環境 2 Keil C51 Demo Version MCU 軔體程式組譯軟體[18]

3 Protel 99SE Demo Version 電路圖設計與 PCB layout 軟體 4 Silicon LABS - EC2 MCU 硬體 debug 工具[3]

利用這些開發工具再配合先前的系統規劃，最後完成的系統功能於使用電話機介面的操作時有兩種選擇即自動撥號通話或是手被動撥號通話，因此操作介面是以電話機基本鍵盤輸入為主，根據功能鍵去執行不同的應用，以下針對嵌入式電話機系統的實作結果與操作介面做一介紹。

5.1 晶片選擇介紹

以嵌入式系統架構去實現特定應用的功能是一個趨勢，主要是現代的半導體技術

已經非常成熟，各種微型化且功能強的 IC(Integrated Circuit)不斷的被開發，而透過整合各種特殊功能的 IC 可以很快速達到系統設計的目的以及提高系統的穩定度。以下說明本嵌入式系統幾個主要晶片的選擇依據:

1. 系統主控制晶片 MCU-C8051F045，晶片核心軔體程式設計是以最廣為應用與熟悉的微處理器核心 8051，目前市面上商品化的消費性產品中大部分都有嵌入 8051 微處理器，包括現在最熱門的 MP3 播放器、Skype 網路電話機，智慧卡讀卡機、

CD ROM、DVD 播放器以及許多與 USB 通訊傳輸的相關裝置。而實作部份在晶片的選擇與考量有兩個方向，即是晶片本身提供的硬體除錯能力與韌體移轉至其他晶片的相容性；至於硬體除錯能力是為了開發過程能減少因為人為疏失造成的錯誤，而韌體編譯使用 C 語言編譯器，針對移轉相容性是因為考量系統將來若是有

3. 電話簿記憶體 MX25L8005，記憶體主要的功能是存放固定的中文字型顯示對應碼以及可更新的電話簿資料，此 IC 與 MCU 溝通的介面也是串列傳輸，透過與 MCU 之間預定的傳輸協議以及個人開發的中文字型產生器程式[附錄 B]，可以將部分視窗(Windows)的字體擷取包括細明體、標楷體等等並將這些字型轉換為點陣圖式的字型碼，再將這些字型顯示碼燒錄至記憶體而獨立成一個中文字庫的 ROM(Read-Only Memory)，由於記憶體內部存放者中文字型顯示碼，因此若是需要將此記憶體移除而應用至其他需要顯示中文字型的產品，也是很一個很好運用的資源。

在文檔中中華大學 (頁 44-53)

第四章 系統設計