DMF5001液晶显示器与波形显示技术

    摘要：DMF5001是日本东芝公司生产的集控制、驱动、显示为一体的薄板式点阵图形显示器，可用来显示各种字符和图形。文中介绍了DMF5001液晶显示器的工作原理和软、硬件接口电路，讨论了点阵式图形显示器示波形的三种方法，最后给出了部分显示控制。

    关键词：液晶显示器 波形显示 显示内插 DMF5001

DMF5001是集控制器、驱动器、显示器为一体的薄板式点阵图形显示器。它不仅可以直接显示ASCII字符，还可以显示汉字和各种图形。DMF5001可广泛应用于各种便携式波形显示仪器，如数字存贮示波器瞬态波形存贮器等。由于液晶显示器对空间电磁辐射的干扰不敏感，且在紧凑的仪器空间中不需要专门的屏蔽保护，因而可大大简化仪器的结构和制造成本。

1 DMF5001的硬件结构及接口

图1为DMF5001的内部电路框图。它由一片160×128点的单屏结构液晶显示器NRD7353、两片行驱动器T6961B、两片列驱动器T7778A、一片控制器T6963C及8k的RAM和相关配套电路组成。由图1可以看出，外部电路与DMF5001的接口实际上就是与控制器T6963C的接口。它通过执行T6963C的内部命令来控制8k RAM的读写和显示板的显示。

DMF5001的接口引线如图1所示。其中，D0-D7为双向数据总线，WR和RD为读写控制线，CE为片选信号，C/D为命令/数据控制线。C/D控制信号可与WR、RD控制信号配合工作。当C/D=1时，系统将认为向T6963C写入的8位数据是命令，而从T6963C读出的8位数据则认为是当前T6963C的内部工作状态；当C/D=0时，系统的写入和读出均为显示数据。HALT为功耗控制端，当HALT=1时为正常工作，HALT=0时，为低功耗状态。该电路选择的是+5V（Vcc）工作电源，液晶显示板的电源VEE为-20V。DMF5001的显示对比度控制电压为Vadj=0-VEE。

DMF×××可以与8051系统直接接口。其实际接口电路如图2所示。其中，74LS138的地址译码输出信号Y6可作为DMF5001的CS控制信号，地址范围为C000H-DFFFH。同时，74LS373输出的地址线A0应接到DMF5001的C/D控制端。因此，向DMF5001写入命令和读出状态的地址为C001H，写入和读出数据的地址为C000H。

2 DMF5001显示原理及软件接口

DMF5001在显示屏上显示的内容，取决于8k RMA中预置的数据。8k RAM可分为文本缓冲区和图形缓冲区。其中文本缓冲区的每一个存贮单元对应于显示屏上的一个字符，全屏可显示16行×20列，需占用320个存贮单元；而图形缓冲区的每一个存贮单元对应显示屏上的一个8×1点阵，其全屏图形为160×240点阵，需占用2560个存贮单元。当用户向缓冲区内输入显示数据时，控制器T6963C立即从缓冲区内读出这些数据，然后将其变换为显示驱动码送到行、列显示驱动器，并在显示屏相应的位置显示字符和图形。如果实际使用的字符缓冲区大于320单元或者图形缓冲区大于2560单元，那么，可以通过改变当前显示的起始地址来实现滚屏或换页，以此来切换显示缓冲区内的各个部分内容。

控制器T6963C内含128字符的字符发生器，用户只需将字符的ASCII代码写入字符缓冲区，即可显示字符。设Y=0～15为显示屏上字符显示的行号，X=0～19为显示屏上字符显示的列号，则字符写入缓冲区的地址为：

add=home+20Y+X

式中，home为字符缓冲区的首地址。

T6963C可以对图形缓冲区内每一个存贮单元的每一位进行置位和复位，以实现图形、曲线或汉字的显示。为了在显示屏上显示一点或清除一点，需处理的图形缓冲区单元的地址为：

add=home+20Y+INT(X/8)

该存贮单元应置位或复位的位为：

bit=7-mod(X，8)

其中，Y=0～127为显示屏上点的行号，X=0～159为显示屏上点列号。

DMF5001的文本和图形可以分别显示，也可以重叠同时显示。DMF5001的命令集共有10条命令，简述如下：

（1）指针设置命令。该命令用于设置游标指针、外部字符发生器的地址指针以及显示数据的地址指针；

（2）首地址和显示列宽设置命令。用来设置文本和图形缓冲区的首地址和显示宽度；

（3）显示模式设置命令。用于设置文本与图形的“与”、“或”、“异或”等显示方式。

（4）显示控制命令。主要控制文本、图形、游标的显示或关闭；

（5）游标图案选择命令。通过该命令可选择一线光标至八线光标；

（6）数据读写命令。每次读出或写入一个数据，地址自动递增、递减或不变；

（7）数据连续读写命令。可以连续读出或写入数据，地址自动递增；

（8）屏幕数据读出命令。用于读出显示屏上各种逻辑组合的数据；

（9）屏幕拷贝命令。通过该命令将显示屏上的一行显示数据写入到图形缓冲区中；

（10）位操作命令。通过该命令并利用屏幕像素的组合来显示图形。

应当说明：在各种命令输入或数据读写之前，需要读出和判断T6963C的状态字。只有状态字中相应的位所指示的状态为“允许”或“就绪”时，才能进行相应的操作。某些命令需要带有数据，如地址指针的设置、数据的读写等，这些命令需要先输入数据，后输入命令。若为双字节数据，则先输入低字节，后输入高字节。

在DMF5001型薄板式液晶图形显示器上电以后，系统应首先需要对T6963C进行初始化。其初始化流程如图3所示，每一步的命令已在图中标出。命令所带的数据可根据显示需要来决定。在上电或显示过程中，一般都需要清屏，其方法是向文本和图形缓冲区内写满数据00H。

3 点阵图形显示器的波形显示技术

DMF5001点阵图形显示器是利用显示屏上像素点的显示或清除来表示图形的。在采样数据的波形显示时，每一个采样数据在显示器上表现为一个像素点，而该像素点对应于图形缓冲区某一单元的某一位。

数据波形的显示通常有三种方式：直接点显示、矢量内插显示，正弦内插显示。根据不同的情况选用相应的显示方式。

数据波形显示的质量与模拟信号采样频率有关。对于一定频率f0的模拟信号波形，为了在采样后能够足够精确地显示出来，需要选用足够高的采样频率fs，而fs的选取又与其所采用的显示方式有关。fo、fs和显示方式的关系定义如下：

fs=Kfo

在直接点显示时，K=25，脉冲内插显示时，k=10，正弦内插显示时，K=2.5。

可见，不同的显示方式所需要的采样频率相差很大。反之，若采样频率fs一定，则不同的显示方式所限定的最高输入信号频率也相差很大。

3.1 直接点显示

直接点显示是一种虚线显示方式，它简单地将各数据点按照其时间顺序和幅值的大小摆放在显示屏上，该方式的显示速度很高，与波形的形状无关，适用于多个波形的同时显示和快速换屏的情况。

直接点显示对于规则的周期信号，大约需要每周期25点才能较好地显示该信号。而每周期25点的直观感觉已经能够足够精确地表示波形原形了。但如果每周期取样点较少，或者是非周期的瞬态信号，则直接点显示容易产生难以辨认或视觉混淆现象。而当信号变化较快且幅值较大时，由于采样点相对较少，该方式将使得波形不连续；同时也不容易辨认波形细节。

3.2 矢量内插显示方式

矢量内插方式又称为线性内插方式，即高级编程语言中常用的“LINE”命令所描绘的曲线方式。它将点显示方式中的各个数据点用直线连接起来，从而能够使曲线具有连贯和动态感觉，这样，就避免了单个数据点的丢失和数据密集时的视觉混淆现象，从而大大地改善了视觉效果。

矢量内插方式显示瞬态信号时，不容易感觉到显示误差的存在。但实际上，由于是用直线代替曲线，因此，当采样率较低且曲线曲率较大时，就会产生较大的显示误差。

3.3 正弦内插显示方式

正弦内插显示方式对正弦波输入信号非常有效，它可以从低至每周期2.5个点的采样序列中满意地恢复原始信号。

正弦内插显示的理论基础是采样的内插公式：

式中，Δ为采样的时间间隔。

从该公司可以看出，连续函数x(t)可以由它的采样值x(Δn)来表示。

在实际计算机内插显示的数据点时，可用量化的A/D采样数据x(n)代替内插公式中的模拟采样值，其内插计算点数的多少由所需的显示精度决定。由于采样序列只能为有限长度，所以，内插卡的求和范围应限制在计算点（-m,m）左右的区间内，由此产生的x(t)幅值误差为：

Δy≈1(πm)

因此，当m>30时，显示精度优于1%。

图4为每周期采样5点的正弦波。图4（a）是矢量内插显示的波形，图4（b）为正弦内插显示的波形，而内插后每周期25个显示点，计算求和的长度为m=50。