彩色液晶顯示驅動控制器SSD1780及其應用

作者：唐山學院信息工程系 楊金泉

SSD1780是晶門科技公司新推出的一種用於點陣顯示系統的單片CMOS彩色STN-LCD驅動控制器。它由393個高壓驅動輸出引腳可驅動最大104RGB段+80行+1行圖標。

　　SSD1780由312×8×4位的圖形顯示RAM（GDDRAM）組成。數據/命令可以通過8位6800/8080并行介面或3/4線SPI介面傳送。嵌入了DC-DC變換器、片內振蕩器和偏壓驅動器使得外接元件數量減少。先進的設計、低功耗工作方式、穩定的操作電壓使得SSD1780特別適合於需要小體積和長操作時間的攜帶型電池供電產品的應用如移動電督、PDA等。

1. 基本特點及引腳功能
　　1.1 基本特點
　　電源1.8～3.6V，LCD驅動電壓13.5V
　　低功耗睡眠方式，最大顯示尺寸104RGB列×80列＋1行圖標
　　顯示色彩256色或4096色圖形顯示
　　256色位置控制及RGB顯示控制
　　8位6800/8080系列并行介面，3線/4線SPI
　　片內312×81×4＝101088點陣圖形顯示RAM
　　通過軟體選擇屏幕中心、上、下屏幕及全屏滾動
　　可選片內電壓發生器或外接LCD驅動電源
　　包含內部飛電容的片內偏壓發生器
　　驅動占空比可編程為1/8─1/81
　　64級內部對比度控制
　　LCD驅動電壓溫度補償係數可編程
　　片內振蕩器
　　2D加速器
　　封裝形式COG/COF

　　1.2 引腳功能、結構方框圖如圖1所示。
　　PS0、PS1：匯流排介面方式選擇如表1。
　　RES：複位信號輸入，最小複位脈寬10μs。

　　CS：片選信號輸入，低有效。
　　R/W(WR)：與6800系列CPU介面時用於讀寫選擇，1=讀，0=寫。
　　與8080系列CPU介面時用於寫信號，低有效。
　　E/RD：與6800CPU介面時，是使能信號，高有效；
　　與8080CPU介面時，是寫信號輸入，低有效。
　　D7-D0：并行介面方式，雙向數據匯流排，D7是MSB，D0是LSB。D7是串列數據輸入SDA，D6是串列時鐘輸入SCK。
　　D/C：數據或命令選擇引腳。=1時，數據匯流排上的信息當作顯示數據；=0時，數據匯流排上的信息發送到命令寄存器。
　　BUSY：對RAM緩衝器的讀寫操作和執行圖形命令時，此引腳為高電平表示忙。
　　VDD：系統邏輯部分電源。
　　VCI： 內部DC-DC變換器的參考電壓。產生的VCC電壓等於多倍係數（3X、4X、5X、6X）乘以VCI。
　　VSS：邏輯地
　　CVSS：模擬地
　　VOUT：晶元最大供電電壓，可由外部供給或通過內部DC-DC變換器產生。
　　VL5、VL4、VL3、VL2：LCD驅動電壓。可由外部提供或內部偏壓驅動器產生，它們具有以下關係：　　
　　VOUT>VL5>VL4>VL3>VL2>VSS。
　　ROW0-ROW79：提供給LCD屏的行（公共極）驅動信號。
　　COL0—COL311：提供給LCD屏的列（段）驅動信號。紅綠藍信息同時從段輸出端發出。當處於睡眠或閑置方式時，這些引腳輸出電平是VDD。
　　ICON：提供至圖標行（公共極）的驅動信號。
　　MUX/80 ：用於LCD驅動器的復用比率。
　　=VDD時，COM0-COM33映射到ROW0-ROW33
　　COM46-COM79映射到ROW34-ROW67
　　=VSS時，COM0-COM79映射到ROW0-ROW79。

2. 功能及內部結構
　　2.1 微處理器介面邏輯
　　由驅動6800系列MPU、8080系列MPU、3線和4線SPI介面的三個功能方框組成。通過PS0、PS1腳來選擇不同的介面。

　　a) 與6800系列CPU并行介面
　　由8位雙向數據腳 D7-D0、R/W、D/C、E、CS組成。 R/W腳輸入高指示根據D/C輸入
　　的狀態從圖形顯示RAM（GDDRAM）或狀態寄存器進行讀操作。當CS=0 且 E=1
　　E腳輸入作為數據鎖存信號。為了使MCU和GDDRAM 的操作頻率相匹配，一些管道處理在內部執行，因此第一個有效顯示數據讀之前需要插入虛擬讀。

　　b) 與8080系列CPU并行介面
　　由8位雙向數據腳 D7-D0、RD、WR、D/C、CS組成。假如CS是低電平且RD為低，RD輸入作為讀數據鎖存信號。無論是從GDRRAM讀顯示數據還是從狀態寄存器讀狀態都需要受D/C腳的控制。假如CS是低電平且WR為低，WR輸入作為寫數據鎖存信號。無論是寫顯示數據到GDDRAM還是將命令寫入命令寄存器都需要受D/C腳的控制。第一有效數據讀之前也需要一次虛擬讀。

　　c) 四線SPI
　　四線串列外設介面（SPI）由串列時鐘SCK、串列數據SDA、D/C、CS組成。按照位7、位6.....位0的次序在SCK的每一個上升沿由SDA腳移入八位的移位寄存器。在第八個時鐘的上沿採樣D/C腳的狀態以確定移位寄存器中的數據是寫入顯示數據RAM還是寫入命令寄存器。

　　d) 三線SPI
三線SPI介面與四線介面類似只是不使用D/C腳。按照D/C位、D7....D0的次序在每第九個時鐘時九位數據一起移進移位寄存器。D/C位（連續數據的首位）確定移位寄存器中的連續數據位元組是寫入顯示數據RAM（D/C=1）還是寫入命令寄存器（D/C=0）。

　　2.2 命令解碼器：這個模塊確定輸入的數據是被解釋成數據還是命令。根據D/C腳的輸入電平數據被指向到這個模塊中。若D/C=1，數據被寫入GDDRAM。
　　D/C=0，數據解釋為命令並解碼，解碼命令將寫入對應的命令寄存器中。
　　2.3 圖形顯示數據RAM（GDDRAM）：GDDRAM是一個保持被顯示位類型的位映射靜態RAM、RAM的大小是101088位=104RGB×81×4，如圖2所示。可以用軟體重新選擇映射段和公共極的輸出。四頁形成一個RAM地址塊氨存入GDDRAM中。每塊形成滾動地址的基本單元。通過軟體編程來實現屏幕的滾動。為了容易存取RGB數據，八位彩色數據（R 3bit、G 3bit、B 2bit）被轉換為四位數據（P10、P11、P12、P13），這四位數據被存進GDDRAM。例如數據按照設置的灰度值被定位於合適的RAM位置。
　　2.4 LCD驅動電壓發生器和調整器：這個模塊產生LCD所需要的顯示輸出電壓。接受單電源輸入併產生必需的偏壓。由以下部分所組成：3X、4X、5X、6X DC/DC變換器；偏壓分配器；對比度控制；偏壓比選擇；溫度補償電路。
　　2.5 振蕩電路：片內低功耗RC振蕩電路，產生DC/DC變換器、顯示定時發生器的時鐘。

　　2.7 HV緩衝單元（電平轉換器）：這個模塊嵌入在段/公共極驅動電路中。HV緩衝單元起電平轉換器的作用。將低電壓輸出信號轉化為所需的驅動電壓。通過參考來自顯示定時發生器的內部FRM時鐘的輸出被轉換。電壓級別通過與內部M信號同步的電平選擇器給定。
　　2.8 電平選擇器：這個模塊嵌入在段/公共極驅動電路中。電平選擇器是顯示同步的一個控制。顯示電壓級別可以分離成兩相且使用不同的周期。同步是重要的因為它選擇需要的LCD電壓級別到依次輸出COM或SEG波形的HV緩衝單元。

3. 數據讀寫與命令描述
　　3.1 數據讀寫：為了從GDDRAM讀取數據必須先執行5Dh命令。然後使D/C=1並執行讀操作（并行方式），對於8級灰度方式每次讀取或16級灰度方式每讀三個位元組后，GDDRAM列地址指針將自動加一，因此第一次讀數據前需要一次虛擬讀。
對於寫數據到GDDRAM使D/C=1然後執行寫操作。對於8級灰度方式每次寫數據或16級灰度方式每寫三個位元組后，GDDRAM列地址指針將自動加一。當地址=103時且執行下一個數據的讀寫操作時，列地址將複位至零。

　　3.2 命令描述：SSD1780共有36條指令，主要命令及功能略。
　　3.2.1 置列地址：為了讀寫操作此命令指定顯示數據RAM的8位列地址。開始、結束列通過這個命令指定，驅動器可支持達到104列。在列方向掃描時當地址從開始到末列增量時頁地址將自動加一，然後列地址將自動加一。對於每次數據存取，列地址將自動加一。必須保證起始列小於結束列。
　　3.2.2 置頁地址：為了讀取操作，這個命令輸入0～79的頁地址到RAM頁寄存器。驅動器支持達80行，總共有80頁。在頁方向掃描方式中，地址從起始到末頁增量時，列地址將自動加一。頁地址然後返回到起始頁。必須保證起始頁小於結束列。
　　3.2.3 置COM輸出掃描方向：這條命令設置COM輸出的掃描方向，以允許LCD模塊組裝的設計的靈活。另外一旦執行這條命令對顯示將有直接影響。即在正常顯示方式中發出此命令，圖形顯示將有垂直翻滾效果。
　　3.2.4 置數據輸出掃描方向：這條命令設置DDRAM如同MPU在內部RAM中操作顯示數據一樣。數據掃描方向可以正常或翻轉顯示頁和列地址方向設置。
　　3.2.5 置彩色查詢表：這條命令將顯示數據（紅色3位，綠色2位，藍色3位）轉化為4位數據。然後將這四位數據存進GDDRAM。當GDDRAM輸出數據時紅綠藍數據被轉換回8位數據。
　　3.2.6 置顯示控制：用於選擇IC 的占空比。所有可用的驅動周期可以使用這條命令選擇，驅動周期可從1/8至1/80變化(ICON行除外)。
　　3.2.7 置區域滾動：這條命令指定屏幕部分滾動，設置起始塊地址、結束塊地址、指定塊的數量和區域滾動的方式。請注意起始塊地址必須小於結束塊地址。塊地址開始於第0塊對應著GDDRAM地址的對應固定區域的頂部。塊地址開始於第19塊對應著GDDRAM地址的對應固定區域的底部。

4. 與80C51單片機的介面設計
　　硬體原理框圖如圖3所示。圖中單片機選用AT89LV51，工作電壓２.7～6V，是低電壓低功耗的AT89C51。主要功能與AT89C51兼容。時鐘頻率為24MHz。與SSD1780的介面為八位并行方式，P0口直接與D0..D7相連，地址線A15與片選CS端直接相連。軟體通過MOVX指令對SSD1780進行操作來實現對液晶顯示器的控制。

　　上電複位后SSD1780已對有關寄存器進行了初始化，需要根據彩屏的特點設置溫度補償係數以實現最佳顯示色彩效果同時還要設置內外振蕩器、偏壓比、幀頻、行列地址、輸出掃描方向、占空比等參數。有關初始化程序略。