Драйверы телефонных ЖК-дисплеев

фирмы Winbond

Если спросить обычного владельца домашнего телефона, что, по его мнению, надо отобразить на дисплее аппарата, то в большинстве случаев будет высказано желание увидеть набираемый номер; номера, находящиеся в памяти аппарата; номер с которого звонят на его аппарат; длительность междугородного или международного разговора и, пожалуй, текущее время у владельца аппарата и, что уж совсем хорошо, время у иногороднего абонента.

Общим для всех этих возможностей является то, что:

• вся информация представляется в виде набора цифр, следовательно можно использовать технологию традиционных семисегментных индикаторов;
• все эти возможности реализуются на уже отработанных технологиях телефонной связи и телефонных аппаратов;
• все они реализуются на недорогих компонентах, что позволяет создать телефонные аппараты невысокой стоимости.

Практически в каждом современном домашнем телефонном аппарате используются недорогие универсальные микропроцессоры и микроконтроллеры, в том числе и 4-разрядные, вычислительной мощности которых вполне достаточно для выполнения всех перечисленных выше функций. Остается согласовать микроконтроллер с дисплеем — средством отображения обрабатываемой микроконтроллером информации.

Именно для согласования микроконтроллера с жидкокристаллическими дисплеями фирмой Winbond были разработаны драйверы семейств W33D0001 и W33D0160, предлагаемые фирмой Rainbow (http://www.rtcs.ru). Блок-схема драйвера семейства W33D0001 показана на рис. 1.

Драйверы ЖК дисплеев семейств W33D0001 и W33D0160 во многом сходны, основное отличие в том, что драйверы семейства W33D0001 работают с дисплеями на 16 знакомест а драйверы семейства W33D0160 работают с дисплеями на 20 знакомест. Поэтому рассмотрим возможности драйвера семейства W33D0001, располагающего наибольшим количеством функций, а отличия драйверов семейств рассмотрим ниже.

Основные возможности драйверов семейства W33D0001:

• Максимальное количество цифр, отображаемых в нормальном режиме: 16 (128 точек) с 8 элементами отображения на каждое знакоместо (см. рис. 2).

  

• Три рабочих режима:
  • Нормальный режим — Normal (с управлением от микропроцессора);
  • Режим часов — Clock (с управлением от микропроцессора);
  • Режим таймера — Timer (встроенный режим безмикропроцессорного управления).
• В режиме часов дисплей отображает признак високосного года, месяц, дату, час и минуту.
• Корректировка или установка часов выполняется по выводам MODE и SET или программируется микропроцессором.
• 12- или 24-часовой формат отображения времени определяется установкой вывода драйвера.
• В режиме таймера максимальное время, отображаемое дисплеем, составляет: 11 часов 59 минут 59 секунд.
• Вывод ATS включения/отключения режима таймера.
• Встроенный тактовый генератор, работающий с кварцем на частоту 32,768 кГц или с RC-цепочкой (устанавливается маской в процессе изготовления).
• LCD дисплей работает со смещением 1/3, скважностью 1/4 и с 32 сегментами управления.
• Встроенное VDD1 (формирователь смещения) для приемопередатчиков с отличающимися напряжениями питания.
• Напряжения питания: 1,5 или 3 В (устанавливается маской в процессе изготовления).
• 64-выводной корпус PQFP или бескорпусное исполнение.

Диапазон адресов драйвера (от 0 до 255) разделен на две области: область адресов элементов отображения (от 0 до 127), адресующая все 128 элементов дисплея в нормальном режиме отображения номеров телефонов, и область адресов данных часов и битов управления (от 128 до 255). Каждая из этих областей адресуется в замкнутом цикле — начав адресацию битов элементов отображения с адреса 0 и достигнув адреса 127 цикл адресации вновь начинается с адреса 0. Микропроцессор может начинать адресацию с любого адреса в пределах адресов элементов отображения, но при начале адресации, например, с адреса 127 следующим адресом цикла будет адрес 0. Области адресации и циклы показаны на рис 3.

По адресам со 192 по 227 размещаются данные текущего состояния часов и по адресам с 248 по 255 располагаются биты управления драйвером, такие как: включение-выключение дисплея, очистки дисплея, включения-выключения режима таймера и режима часов и некоторые другие.

Данные, необходимые для отображения информации на дисплее и организации работы драйвера, поступают на драйвер от микропроцессора (и наоборот) по последовательному каналу. В нормальном режиме и режиме часов микропроцессор может как записывать данные в драйвер, так и считывать их. И запись и считывание логического состояния по каждому адресу производится по нарастающим фронтам на выводах драйвера WCLK и RCLK.

Режимы чтения и записи данных. Для записи данных микропроцессор, находясь в нормальном режиме или режиме часов драйвера W33D0001, посылает на драйвер последовательные данные и тактовый сигнал последовательного канала через выводы WDATA иWCLK соответственно. Перед началом процедуры записи микропроцессор вначале выполняет фиктивное чтение, гарантирующее правильный вход в режим записи и, затем, посылает начальный адрес, передавая по одному разряду адреса с каждым тактовым импульсом. Начальный адрес является 8-разрядным, биты 0 и 7 которого являются, соответственно, младшим значащим битом (LSB) и старшим значащим битом (MSB) последовательно передаваемого начального адреса.

Затем, через те же выводы WCLK и WDATA микропроцессор побитово посылает к драйверу последовательные данные. Последовательный адрес данных, полученный и записанный в драйвере, с каждым тактовым импульсом, получаемым от микропроцессора по выводу WCLK, инкрементируется на единицу и, таким образом, состояние каждого последующего бита записывается по соответствующему последующему адресу. Так происходит запись всех входящих в цикл адресов (см. рис. 4).

В нормальном режиме или режим часов микропроцессор может и считывать данные из драйвера W33D0001. Сначала микропроцессор посылает стартовый адрес. Этот метод задания начального адреса чтения аналогичен тому, что используется при записи, то есть выполняется операция фиктивного чтения и восемью тактовыми импульсами задается начальный адрес чтения. Задав начальный адрес чтения, микропроцессор посылает тактовый сигнал на вывод RCLK, и по первому падающему фронту на выводе RCLK режим записи заменяется на режим чтения. Драйвер W33D0001 побитово выводит последовательные данные через вывод RDATA с поступлением каждого нарастающего фронта тактирующего сигнала на вывод RCLK. Внимание! Прежде чем выполнять чтение, установите в состояние 1 бит по адресу 253 (служебный бит состояния RDATA).

Переключение режимов чтение-запись. Если драйвер W33D0001 находится в режиме записи, то первый падающий фронт на выводе RCLK (тактирование режима чтения) переключит режим записи на режим чтения и микропроцессор сможет считывать данные по выводам RCLK и RDATA, и наоборот, первый падающий фронт на выводе WCLK переведет драйвер в режим записи (см. рис. 5).

При переключении на режим записи (произошло ли изменение режима чтения на режим записи или же произошел сброс по включению питания) первые восемь тактовых импульсов и первые восемь битов, посланных микропроцессором, поступают на выводы WCLK и вывод WDATA, соответственно, указывая начальный адрес необходимых для чтения или записи данных.

Работа драйвера в нормальном режиме. Как показано в табл. 1, нормальный режим может быть установлен только в том случае, когда вывод MS, отражающий состояние поднятой/опущенной трубки телефона, находится на высоком уровне. Если бит включения режима таймера и бит включения режима часов находятся в состоянии 1 (режимы часов и таймера выключены), то данные нормального режима всегда могут быть отображены на LCD-дисплее.

Таблица 1. Режимы работы драйвера W33D0001

В нормальном режиме все 128 элементов отображения (16 цифр) адресуются значениями от 0 до 127. Первая цифра показывается на самом левом знакоместе LCD-дисплея и последующие цифры отображаются справа от ранее выведенной. Микропроцессор в режиме чтения или записи считывает или записывает по одному биту за каждый тактовый импульс и за каждый тактовый импульс адрес увеличивается на единицу. По достижении адреса 127 следующим адресом будет адрес 0.

Активный рабочий режим выбирается выводом MS, битами таймера и часов, причем состояния битов таймера и часов могут быть заданы микропроцессором и сохранены по адресам 254 и 255 соответственно.

По умолчанию значения этих двух битов соответствуют 0. В табл. 1 указаны отношения между состояниями вывода MS, битов таймера и часов и рабочими режимами.

Работа драйвера в режиме часов. Как уже говорилось выше, в режиме часов отображаются: признак високосного года, месяц, дата, час и минута. Два элемента отображения (сегменты G) LCD-дисплея, разделяющие месяц и день, час и минуту, ежесекундно пульсируют (см. рис. 1).

Есть два метода корректировки и установки данных режима часов.

В первом методе данные часов корректируются микропроцессором по последовательному каналу. Другим методом является ручная корректировка с использованием выводов драйвера MODE и SET.

Корректировка и установка данных часов микропроцессором подобны процедуре программирования в нормальном режиме, только, в отличие от нормального режима, для программирования используются адреса диапазона 192-227.

Часы корректируются и устанавливаются микропроцессором при том условии, что вывод MS находится на высоком уровне и бит часов в состоянии 0, то есть в процессе программирования часы остановлены — функция часов отключена, и лишь после корректировки часы запускаются с новыми установленными данными.

При считывании микропроцессором данных времени часы не останавливаются.

Отметим, что в режиме часов время отображается посредством встроенного декодера. Следовательно, для сохранения и отображения каждой цифры достаточно всего четырех битов. Адреса цифр, соответствующих цифрам месяца, находятся в диапазоне адресов от 192 до 199, адреса цифр, соответствующих цифрам числа месяца, находятся в диапазоне адресов от 200 до 207.

Микропроцессор считывает и записывает данные времени только в 24-часовом формате. Однако драйвер W33D0001 автоматически отобразит время часов в 12-часовом формате, если вывод, обозначенный 12/24# будет установлен на высокий логический уровень. Символ «P», указывающий на LCD-дисплее изменение режима 12/24 часа, микропроцессором не программируется. Появление символа «P» зависит от данных, записанных в регистре часов (диапазон адресов от 208 до 215).

Данные в диапазоне адресов с 224 по 227 указывают на високосный год. Если точка около символа «P» активна (видна), то в високосном годе данные по адресам с 224 по 227 будут иметь состояния 0000).Состояния 0001 будут в первый год после високосного, во второй год после високосного данные будут 0010, и так далее.

После корректировки часы перезапускаются при поступлении на вывод RCLK импульса чтения (при выполнении фиктивного чтения). Это означает, что функция записи встроенных часов завершена и часы начинают работать.

Ручная корректировка и установка часов выполняется при включенном режиме часов, когда на LCD-дисплее отображается текущее время. Высокий уровень, удерживаемый на выводе MODE (в нормальном режиме этот вывод, как и вывод SET встроенным резистором подтянут к низкому уровню), приведет к пульсированию цифр месяца. Подачей высокого уровня на вывод SET корректируется месяц и цифра месяца увеличивается на единицу с каждой подачей высокого уровня. В дальнейшем, при высвобождении вывода MODE, цифры месяца продолжают пульсировать. При новой подаче на вывод MODE высокого уровня пульсировать начинают цифры числа месяца и, в это время, изменением потенциала на выводе SET, корректируются цифры даты.

Последующие изменения состояния вывода MODE приводят к пульсации цифр часов, минут и високосного года позволяя их откорректировать аналогичным путем, изменяя потенциал на выводе SET. После пульсации точки високосного года, напрямую не корректируемой, очередная подача высокого уровня на вывод MODE переведет часы из режима корректировки в рабочий режим. Если на выводе MODE сигнал будет отсутствовать более 15 секунд (или 30 секунд, что задается маской в процессе производства), то часы автоматически перейдут в рабочий режим.

При удержании вывода SET на высоком уровне свыше 2 секунд частота инкремента цифр увеличится и интервал между изменениями цифр будет составлять 125 мс. Временная диаграмма ручной установки и корректировки часов показана на рис. 6.

Работа драйвера в режиме таймера. В режиме таймера отображается время, прошедшее с начала сеанса связи (разговора). Режим таймера управляется выводом ATS, активным низким уровнем и имеющим первый приоритет, если вывод ATS на высоком уровне, то функция таймера запрещена и данные таймера не могут быть отображены на LCD-дисплее. Таймер работает лишь в том случае, когда вывод ATS находится на низком уровне, вывод MS на высоком уровне и бит таймера в состоянии 0.

При переходе вывода MS от низкого уровня к высокому, и отсутствии передачи информации, на LCD-дисплее будут отображаться три горизонтальных сегмента первой цифры (3 полоски).

При отсутствии обмена информацией между драйвером и микропроцессором в течение более 6 секунд при высоком уровне на выводе MS таймер автоматически начинает отсчитывать время до тех пор, пока вывод MS не вернется к низкому состоянию. Максимально отсчитываемое время составляет 11 часов 59 минут 59 секунд, после чего цикл счета повторяется вновь с момента времени 00-00-00.

Другим методом старта и остановки таймера является управление по выводу TIM. Высокий уровень на выводе TIM изменит текущее состояние таймера таким образом, что если таймер считает, то высокий уровень на выводе TIM остановит счетчик, и наоборот.

Если таймер находится в начальном состоянии, и первый высокий уровень на выводе TIM появится перед передачей данных нормального режима, то таймер отобразит ранее подсчитанные данные.

Работа вывода RST. Перевод вывода RST на низкий уровень сбросит все состояния драйвера, кроме часов. Все элементы отображения LCD-дисплея высветятся на время около 2 секунд и биты данных нормального режима (по всем 128 адресам) будут сброшены в состояние 0.

При подаче питания на отключенный драйвер импульс сброса сформирует встроенная схема сброса драйвера. Все произойдет как при сбросе по выводу RST, но встроенные часы начнут отсчет с положения 1-1 00-00. Если необходим дисплей с 256 элементами отображения, 384 элементами и так далее (кратно 128) драйверы W33D0001 могут быть подключены каскадно. Для указания активного прибора достаточно к высокому уровню подтянуть только один вывод MS. В этом случае данные могут быть записаны только в активный прибор W33D0001. Такая схема включения показана на рис. 7.

При каскадировании необходимо заранее запрограммировать биты таймера и часов (254, 255). В большинстве случаев оба бита должны быть установлены в состояние 0.

Драйверы семейства W33D0160. Драйверы семейства W33D0160 во многом сходны с драйверами семейства W33D0001. Основным отличием, как уже отмечалось, является то, что они работают с дисплеями на 20 знакомест (160 элементов отображения) со смещением 1/3, скважностью 1/4 и с 40 сегментами управления. К другим отличиям относится:

• отсутствие таймера и, естественно, режима таймера;
• диапазон адресов с 0 до 167, из которых для адресации элементов отображения дисплея используются адреса с 0 по 159, и для управления режимами используются состояния битов с адресом 160 (включение-вы- ключение нормального режима дисплея) и адресом 161 (включение-выключение часов реального времени);
• единственный цикл, охватывающий все адреса — с 0 по 167;
• отсутствие режима корректировки и установки часов по последовательному каналу микропроцессора.

Последнее замечание. Выше описаны основные особенности и режимы работы драйверов семейств W33D0001 иW33D0160. Драйверы изготавливаются фирмой Winbond как в корпусном, так и в бескорпусном вариантах; ряд характеристик, таких как напряжение питания, работа с кварцевых кристаллом или RC-цепочкой, а также частота обновления дисплея задаются маской в процессе изготовления драйверов. Подробную информацию по конкретному типу драйвера можно получить или на сайте фирмы Winbond (http://www.winbond-usa.com) или на компактдиске фирмы Rainbow (http://www.rtcs.ru), поставляющей для пользователей нашей страны компоненты фирмы Winbond.

А что еще захочет увидеть пользователь на своем домашнем телефоне? Движущееся изображение собеседника? Текст пришедшего сообщения? Свою записную книжку? Что ж, и это вполне возможно, однако это уже другие дисплеи, другие драйверы и другие технологии связи.

Сергей Коновалов

Статьи по: ARM PIC AVR MSP430, DSP, RF компоненты, Преобразование и коммутация речевых сигналов, Аналоговая техника, ADC, DAC, PLD, FPGA, MOSFET, IGBT, Дискретные полупрoводниковые приборы. Sensor, Проектирование и технология, LCD, LCM, LED. Оптоэлектроника и ВОЛС, Дистрибуция электронных компонентов, Оборудование и измерительная техника, Пассивные элементы и коммутационные устройства, Системы идентификации и защиты информации, Корпуса, Печатные платы