电表硬件组成4（外部通讯和lcd显示）.doc

LCD 显示部分 BF532/531 把存储和计算所得的参数名称及其数据显示在定制的 LCD 显示屏上使用外 部按键可以设置显示方式：滚动方式或选择参数方式 通讯部分将提供多种要求的通讯接口，RS-232，RS485，红外接口等具体要求可参照DL/T 645—19974.1 液晶显示部分： 液晶显示作为一种可以直观表达某些电子设备需要显示出来的参数量，当它刚刚问世，就 受到广泛的关注和使用PCF8576 正是一款专用驱动点阵式液晶的专用芯片传统上方案 常常选用普通的 51 系列单片机的 IO 口或是用自带 I2C 通讯协议接口的单片机作为驱动控 制 PCF8576 等液晶控制芯片但是随着 DSP 广泛运用在电子设备上，某些不带 I2C 通讯 协议接口的 DSP 芯片也需要设法模拟 I2C 通讯协议4.1.1、驱动芯片 PCF8576PCF8576 为带有 I2C 总线接口的字符式 LCD 驱动/控制器，它有 4 个背极输出和 40 个 显示段输出，因此，最多可驱动 160 个 LCD 显示段PCF8576 可以级联以适应驱动较大规 模的 LCD 显示器，通过 I2C 总线接口除了可以与具有 I2C 总线接口的 MCU 相连外，通过 I2C 总线的模拟，也可以通过 MCU 的通用 I/O 口与之相连。

PCF8576 内部设置的显示 RAM 以及子地址的自动增量和显示方式自动切换使其通讯控制量减少到最小 其基本性能特点如下所列举： ￿ 单片 LCD 驱动/控制器 ￿ 可选择背极驱动方式：静态或 2/3/4 背极驱动控制 ￿ 可选择显示偏置方式：静态、1/2 或 1/3 ￿ 具有电压跟随缓冲器的内部 LCD 偏压发生器 ￿ 40 段驱动，可驱动高达 20 个 8 段数字字符、10 个 15 段字母数字字符、或任何高达 160 个点素的图形￿ 40×4 位的显示数据存贮器 ￿ 器件子地址显示数据的自动增量 ￿ 静态和多极驱动方式中的显示存贮空间的自动切换 ￿ 通用闪烁方式 ￿ LCD 电源和逻辑电路电源可分别供应 ￿ 宽电源范围：从低阈值 LCD 的 2V 到 9V 的主 LCD 以及高阈值扭曲向列型 LCD ￿ 低功耗 ￿ I2C 总线接口 ￿ TTL/CMOS 兼容 ￿ 能和任何 4 位、8 位、16 位微处理器/微控制器兼容 ￿ 对于大型 LCD 应用，可以级联（高达 2560 段） ￿ 可与 24 段 LCD 驱动器 PCF8566 级联4.1.2、BF531 与 PCF8576 的硬件连接选择点阵液晶片作为某工业高精度计量系统的显示媒介，从而用 PCF8576 作为驱动控制液 晶的芯片。

因为 PCF8576 的外设连接相对来说比较简单，与 BLCAKFIN 53X 系列高性能 DSP 相连无需特别的接口电路而 I2C 总线中有两叙述双向传输线：SDA（串行数据线） 和 SCL（串行时钟线） 由于 BF531 并无专用的支持 I2C 协议连接口，因此为了适应双向 传输的需要，要征用 BF531 上可编程端口 PF10 和 PF11 分别作为 SDA 和 SCL 线使用其 中具体 BF531 侧设置将在后面详细介绍BF531 与 PCF8576 以及点阵式液晶片连接的硬件 原理图如图 1 所示：为了提高 DSP 的 PFx 口的驱动能力，在电路中必须增加上拉电阻在图 1 中， A0、A1、A2 是 I2C 总线子地址输入；SA0 是作为 I2C 总线地址位 0 输入Vss 为逻辑地， Vlcd 是 LCD 电源电压在点阵式液晶片部分，BP0 至 BP3 是 LCD 背极输出，类似于行选 信号线，而 S0 至 S39 则是 LCD 段输出，等同于列选信号线用行信号线和列信号线搭配 驱动，就可以点亮点阵式液晶上任意的图形段码4.1.3、I2C 的数据传输协议I2C 串行总线是 Philips 公司开发的可连接多个主设备及具有不同速度的设备的串行总 线，它只使用两根双向信号线：串行数据线 SDA 和串行时钟线 SCL。

各设备使用开漏或 开集极电路通过上拉电阻与这两根信号线相连，这是一种线“与”逻辑，任一设备输出低 电平都使相应的信号线变低数据传输速率达 100Kb/s，总线长度可达 4m连接的设备数 仅要求总线电容量不超过 400pF数据传送采用主从结构有主控能力的设备既可做主设 备，也可做从设备，各个设备既可以做发送数据的发送器，也可作接收数据的接收器数据传送格式是以主设备发送启动信号开始，跟着发送第一字节，此字节的高 7 位为 从设备地址，最低位为指明数据传送方向的 R/W（读/写）位，该位为 0 表示主设备向从设 备发送数据，为 1 表示从设备向主设备发送数据如果地址的高 4 位不是全 0 或全 1，则 接着就可以发送所需的数据字节总线每次传送的字节数没有限制，但各字节之间必须插 入一个应答位，数据字节从最高位开始发送，全部数据发送完后，就发停止信号结束一次 数据传输启动信号是当时钟线 SCL 为高电平时，SDA 送出由高到低的电平停止信号 是当 SCL 为高电平时，SDA 送出由低到高的电平应答位是在发送每个字节之后主设备图1 PCF8576的典型系统结构BF531PCF8576GND上拉 电阻PF10 PF11LCD PANEL发出第 9 个时钟脉冲的高电平期间，由接收设备拉低 SDA 线，以这一低电平作为数据字节 已被接收的应答，发送设备也于此期间释放（拉高）SDA 线。

一帧完整的数据传送如下图：各个从设备在收到地址字节后将它和自己的地址进行比较，如果相符则为主设备要寻 访的从设备，它应在第 9 位时钟时向 SDA 先送出低电平应答信号，再根据 R/W 位的设定， 设置为从设备接收器方式或发送器方式I2C 总线协议已为多种器件规定了地址，如 PCF8576 的地址就是 0111000 或者 0111001，其最低位 A 为 0 或 1，由 SDA 线的状态决定I2C 总线系统中 PCF8576 只能作为从器件节点，唯一的数据输出是器件的应答信号 I2C 总线对系统中 PCF8576 的选择取决于 I2C 总线的从地址、传送指令数据以及硬件子 地址在单个器件应用中，硬件子地址输入 A0、A1、A2 正常地连到 VSS 上并定义为硬 件子地址 0在多个器件应用中 A0、A1、A2 按照二进制编码连到 VSS 或 VDD 上，不 会出现两个器件共用一个子地址并具有相同的硬件子地址PCF8576 的 I2C 总线从地址为 0111000 和 0111001，其从地址位的最后一位为 SA0每个 PCF8576 可通过特殊指令寻址，因此 I2C 总线上的这两类 PCF8576 能区别出 来，并允许在大量使用时总线上可挂接 16 个 PCF8576；在相同的总线上可使用两种 LCD 的组合。

发送一个起始条件后，紧接着发送两个 PCF8576 从地址中的一个所有 SA0 电平相 同的 PCF8576 同时响应从地址，但所有与 SA0 电平不同的 PCF8576 则与 I2C 总线的通 讯无关在寻址确认之后为一个或多个（m≥1 个字节）指令字节(COMAND)，用来定义 所寻址的 PCF8576 状态，指令字节中的最高位“C”=0 时则表明该字节为最后一个指令 字节最后一个指令字节之后为一系列显示数据字节（DIS DATA） ，这些显示数据存放在显图2 I2C总线一帧完整的数据传送图SCLSDA地址R/WACKDATAACK启 动停 止DATAACK1～71～71～7888999图3 PCF8576I2C总线操作格式示 RAM 中由数据指针和子地址计数器指示的地址上数据指针和子地址计数器可自动变 更，数据直接装载到指定的 PCF8576 上，在每个字节之后的应答位由 A2、A1、A0 寻址 的 PCF8576 提供，在主控器发送完最后一个字节后产生一个终止条件 PLCD 显示部分原理图4．2 红外通信接口及其算法 4．2．1 红外通信简介 红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。

它一般由红外发射和 接收系统两部分组成发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统 用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统[11]红外通信技术具有保密性 强、信息容量大、结构简单等特点，因此在本系统中选用红外接口作为通信媒介 红外接口电路的基本结构如下图 4-1 所示VCCGND红外 发送 电路VSOUTGNDVCCVCCRXDGND红外接收 电路图 4 红外发送接收电路图 红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制成为一系列的脉冲串信号，通过红外 发射管发射红外信号常用的调制方法包括通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制 （PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法本 系统采用的是脉宽调制方法 4．2．2 嵌入式结构中的红外通信协议 由于本电表采用的是嵌入式系统结构，所以，在红外集成电路和系统之间必须存在一定的 协议，我们称之为红外通信协议（IrDA 协议） IrDA 协议是由面向点对点红外通信和该环 境下的应用程序的一系列特定协议层组成[12]下图 4－2 是 IrDA 协议栈的结构示意图连连接接层层物物理理层层连连接接管管理理层层可可选选协协议议层层协议数据 单元实体交换协议 单元串行/并行端 口模拟协议连接数据 传输协议图 5 红外协议栈的结构 如果上述协议层集中在一个嵌入式系统中，大体可以分为以下三个部分：中断部分、驱动 程序和用户程序。

其中处于最底层的是物理层，是由红外收发器件和控制器件组成通过控制器将输入的数 据流转换成一定的调制方式的电路脉冲，然后输出到红外收发器件，由收发装置将电流脉 冲转换为红外光脉冲 在物理层的上面是协议栈中的中断部分，负责响应红外控制器的接收发送中断其中很重 要的工作就是进行帧的处理，接收的时候对每一个接收到的字节进行处理，并将其组合成 各种帧此外还包括帧的校验处理和数据传输中的数据透明化的工作，从而保证数据传输 的正常运行驱动程序是协议栈的主要部分，包括连接层、连接管理层、可选协议层和 LAS 等多项协议 这些协议实现了红外协议的底层功能连接层负责建立通信连接，连接管理层负责红外连 接的管理和复用，协议数据单元负责数据传输流的控制，LAS 面向连接的另一端，用来指 示所能提供的服务的种类IrCOMM 则是用来在红外连接中模拟串口/并口功能，并用于连 接其他外部红外连接设备 用户部分则包括 IrOBEX 以及其他的应用协议和应用程序应用程序可以直接使用驱动程 序部分的协议，或者通过应用协议间接使用驱动程序[13] 结果如图 4－3 所示：连连接接层层顶顶层层应应用用程程序序接接口口连连接接管管理理层层协议数据单元用户接口操作系统接口操操作作 系系统统用户计时器控制器红外收发装置中断部分驱动部分物理层用户程序 部分用户应用程序IrOBEXIrCOMMLAS图 6 嵌入式系统中的红外通信协议结构 ZHX1201 集成电路简介 在本嵌入式系统中，所采用的红外通讯集成电路是由 ZILOG 公司开发的 ZHX1201 系列， 这种集成电路可用于移动，开发板以及 PDA 中。

它采用 CMOS 技术，额定电流为100µA，最小控制电流为 0.1µA，是一种结构小巧，低功耗，高质量，抗干扰能力强的红 外收发电路ZHX1201 系列电路支持红外数据 SIR 传输模式，因此平均可以达到 115Kbits/s 的传输速率，这很好地满足了用户的需要[14]它的结构框图如下：图 7 ZHX1201 集成电路结构框图 由结构框图可以看出，在发送端，由 SD 和 TxD 两个数据输入口控制电压和模式转换（其 中 SD 口高电平有效控制开关，TxD 口高电平有效用于数据传输） ，从而进一步控制驱动装 置驱动红外发射。