工业物联网LCD数码屏的驱动原理及低功耗设计（华大半导体HC32L136）

1、驱动原理

2、驱动程序

3、低功耗设计

在工业物联网传感器可视化设计时，仅仅为显示传感器的数值变化，多选用低成本、低功耗、尺寸合适的LCD数码屏，本次博客为各位分享华大半导体HC32L136驱动LCD数码屏的实现方法以及低功耗设计。

LCD数码屏本质上就是数码管，因为其主要是为了显示传感器数据，多为若干个7段数码管（7个亮段和1个小数点组成

）组成，7个亮段实际上就是7个条形的发光二极管，按顺时针方向，这7个亮段分别为a、b、c、d、e、f、g大多数七段数码管还带有一个小数点位dp。如下图所示：

7段数码管中亮段的发光原理和普通的发光二极管是一样的，所以可以把这7个亮段看成7个发光二极管，根据内部7个发光二极管的共连端不同，可将七段数码管分为共阳(共阳极)和共阴(共阴极)两种。共阳极就是把所有LED的阳极（正极）连接到

共同接点COM，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp (小数点) ;共阴极则是把所有LED的阴极（负极）连接到共同接点COM，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp(小数点)，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。如下图所示：

7段数码管有多种颜色、多种尺寸供设计时使用，它们的显示原理相同。如果要7段数码管显示数字1,只要点亮b、c两段即可；如要显示数字5，则需要点亮a、f、g、c、d段。其他数字和一些字母可以按照下图中的说明点亮对应的亮段来显示，7个亮段可以灵活地表现数字和一些字母信息。

在实际应用中，从节约端口数量、降低成本等角度考虑，LCD数码屏中的多个数码管并联，采用动态扫描的方式，一位一位地轮流点亮各位显示器(扫描)，对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。虽然在同一时刻只有一位显示器在工作(点亮)，但利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应，看到的却是多个字符“同时”显示。显示器亮度既与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关，调整电流和时间参，可实现亮度较高较稳定的显示。

最近在研究国产华大半导体的MCU，本次将基于HC32L136实现LCD数码屏的驱动程序设计，这里我选用的是自定制LCD数码屏，驱动原理和市面上的LCD屏一致，如下图所示：

该LCD数码屏有4个公共端，29个端口，在不借助驱动芯片的前提下，要保证MCU有29个富余的IO口，LCD数码屏引脚对应特性如下图所示：

华大半导体的HC32L136支持LCD 控制器可适用于单色无源液晶显示器（LCD）的数字控制器/驱动器，最多具有 8 个公用端子（COM）和 40 个区段端子（SEG），用以驱动 160 (4x40)或 288 (8x36)个 LCD 图像元素。可以选择电容分压或电阻分压，支持内部电阻分压，内部电阻分压可以调节对比度，支持 DMA 硬件数据传输，明显足够我使用了，特性如下所示：

高度灵活的帧速率控制。

支持静态、1/2、1/3、1/4、1/6 和 1/8 占空比。

支持 1/2、1/3 偏置。

多达 16 个寄存器的 LCD 数据 RAM。

可通过软件配置 LCD 的对比度。

3 种驱动波形生成方式：内部电阻分压、外部电阻分压，外部电容分压方式，可通过软件配置内部电阻分压方式的功耗，从而匹配 LCD 面板所需的电容电荷。

支持低功耗模式：LCD 控制器可在 Active、Sleep、DeepSleep 模式下进行显示。

可配置帧中断。

支持 LCD 闪烁功能且可配置多种闪烁频率

未使用的 LCD 区段和公共引脚可配置为数字或模拟功能。

LCD 控制器框架图如下所示：

了解了 LCD数码屏的特性后就要开始设计程序了~

基于HC32L136 LCD 控制器需要完成基本的配置，使用相关的API即可快速配置好扫描模式、驱动波形、帧速率等信息。

第1步：使能RCL时钟、配置内部低速时钟频率为32.768kHz、开启LCD时钟和GPIO时钟，配置代码如下所示：

Sysctrl_ClkSourceEnable(SysctrlClkRCL,TRUE);            ///< 使能RCL时钟
    Sysctrl_SetRCLTrim(SysctrlRclFreq32768);                ///< 配置内部低速时钟频率为32.768kHz
    Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralLcd,TRUE);   ///< 开启LCD时钟
    Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralGpio,TRUE);  ///< 开启GPIO时钟

第2步：LCD端口配置，因为是基于LCD 控制器，所以使用特定GPIO无法自定义，可参阅HC32L136管脚功能查询及配置表进行了解。

配置代码如下所示：

******************************************************************************
 ** \brief  初始化外部GPIO引脚
 **
 ** \return 无
 ******************************************************************************/
void App_PortCfg(void)
{
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin9);  //COM1
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin10); //COM2
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin11); //COM3
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin12); //COM4   
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin8);  //SEG0
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin9);  //SEG1
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin8);  //SEG2
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin7);  //SEG3
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin6);  //SEG4
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin15); //SEG5
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin14); //SEG6
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin13); //SEG7
   
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin12);  //SEG8
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin11);  //SEG9
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin10);  //SEG10
    ///< SEG11不用,凑成16位,方便计算
   
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin1);   //SEG12
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin0);   //SEG13
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin5);   //SEG14
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin4);   //SEG15
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin7);   //SEG16
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin6);   //SEG17
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin5);   //SEG18
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin4);   //SEG19
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin3);  //SEG20
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin2);  //SEG21
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin1);  //SEG22
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortA, GpioPin0);  //SEG23
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin3);  //SEG24
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortC, GpioPin2);  //SEG25
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin3);  //VLCDH
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin4);  //VLCD3
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin5);  //VLCD2
    Gpio_SetAnalogMode(GpioPortB, GpioPin6);  //VLCD1
}

第3步：配置LCD，这里我使用的是配置是：外部电容工作模式、1/4duty、1/3 BIAS、电压泵时钟频率选择2kHz、LCD扫描频率选择128Hz、LCD时钟选择RCL、选择模式0，具体配置可查阅用户手册，讲解的比较细致，代码如下所示：

/**
 ******************************************************************************
 ** \brief  配置LCD
 **
 ** \return 无
 ******************************************************************************/
void App_LcdCfg(void)
{
    stc_lcd_cfg_t LcdInitStruct;
    stc_lcd_segcom_t LcdSegCom;
    LcdSegCom.u32Seg0_31 = 0xFC000800;                              ///< 配置LCD_POEN0寄存器 开启SEG0~SEG25，SEG12不开  ‭11111100 00000000 00001000 00000000‬
    LcdSegCom.stc_seg32_51_com0_8_t.seg32_51_com0_8 = 0xffffffff;   ///< 初始化LCD_POEN1寄存器 全部关闭输出端口
    LcdSegCom.stc_seg32_51_com0_8_t.segcom_bit.Com0_3 = 0;          ///< 使能COM0~COM3
    LcdSegCom.stc_seg32_51_com0_8_t.segcom_bit.Mux = 0;             ///< Mux=0,Seg32_35=0,BSEL=1表示:选择外部电容工作模式，内部电阻断路
    LcdSegCom.stc_seg32_51_com0_8_t.segcom_bit.Seg32_35 = 0;
    Lcd_SetSegCom(&LcdSegCom);                                      ///< LCD COMSEG端口配置
    LcdInitStruct.LcdBiasSrc = LcdExtCap;                          ///< 电容分压模式，需要外部电路配合
    LcdInitStruct.LcdDuty = LcdDuty4;                              ///< 1/4duty   占空比（DUTY）：定义为 1/(LCD 显示器上的公用端子数)的数字
    LcdInitStruct.LcdBias = LcdBias3;                              ///< 1/3 BIAS  偏置（BIAS）：驱动 LCD 时使用的电压等级，定义为 1/(驱动 LCD 显示的电压等级数–1)
    LcdInitStruct.LcdCpClk = LcdClk2k;                             ///< 电压泵时钟频率选择2kHz
    LcdInitStruct.LcdScanClk = LcdClk128hz;                        ///< LCD扫描频率选择128Hz
    LcdInitStruct.LcdMode = LcdMode0;                              ///< 选择模式0
    LcdInitStruct.LcdClkSrc = LcdRCL;                              ///< LCD时钟选择RCL
    LcdInitStruct.LcdEn   = LcdEnable;                             ///< 使能LCD模块
    Lcd_Init(&LcdInitStruct);
}

第4步：建立LCD驱动GPIO和LCD数码屏中数码管之间的驱动关系，以LCD数码屏中左上角4个数码管为例建立（之后的数码管显示规律有差异）。

十六进制如下表所示：

根据以上关系建立关系数组，该部分实现代码如下所示：

void Lcd_Drive(int8_t id,int16_t num1,int16_t num2,int8_t point)
{
    ///< LCD数字0~9和DP/COL1
  uint16_t Numerical_Tables1[11]={0x0E0B,0x0600,0x0C07,0x0E05,0x060C,0x0A0D,0x0A0F,0x0E00,0x0E0F,0x0E0C,0x0100};        
  uint32_t Num_Collect=0;
  ///< 屏幕第1、2（id==0）、3、4（id==1）小数字
  if(id==0 || id==1)
  {
    if(num1>=0 && num1<=9)
    {
      Num_Collect=Numerical_Tables1[num1];       ///< 第一个数字
    }
    else if(num1==-1)
    {
      Num_Collect=0x0000;                       ///< 熄灭
    }
   
    if(num2>=0 && num2<=9)
    {
      Num_Collect|=Numerical_Tables1[num2]<<16;  ///< 第二个数字
    }
    else if(num1==-1)
    {
      Num_Collect|=0x0000<<16;                  ///< 熄灭
    }
     
    if(point==1)
    {
      Num_Collect|=Numerical_Tables1[10];        ///< 第一个DP
    }
    else if(point==2)
    {
      Num_Collect|=Numerical_Tables1[10]<<16;    ///< 第二个DP/COL1
    }
    else if(point==3)
    {
      Num_Collect|=Numerical_Tables1[10];        ///< 第一个DP
      Num_Collect|=Numerical_Tables1[10]<<16;    ///< 第二个DP/COL1
    }
    Lcd_WriteRam(id,Num_Collect);
   
    Num_Collect=0;
  }
}

至此就可以实现LCD数码屏幕的驱动。

HC32L136进入深度休眠状态，不会改变端口状态，在进入休眠前根据需要更改 IO 的状态为休眠下的状态，所以在深度休眠状态下LCD数码屏可以继续显示工作。

运行上述程序，LCD数码屏所有数码管工作点亮耗能约890毫安左右，如下图所示：

使用低功耗设计后，耗能约为2.6微安，极大降低了功耗，如下图所示：

低功耗设计实现代码如下所示：

void App_LowPowerMode(void)
{
    ///< 打开GPIO外设时钟门控
    Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralGpio, TRUE);
    //swd as gpio
    Sysctrl_SetFunc(SysctrlSWDUseIOEn, TRUE);
    ///< 配置为数字端口
    M0P_GPIO->PAADS = ~0xE000;
    M0P_GPIO->PBADS = ~0x0384;
    M0P_GPIO->PCADS = ~0xFC03;
    M0P_GPIO->PDADS = ~0xFFEF;
    ///< 配置为端口输入
    M0P_GPIO->PADIR = 0XFFFF;
    M0P_GPIO->PBDIR = 0XFFFF;
    M0P_GPIO->PCDIR = 0XFFFF;
    M0P_GPIO->PDDIR = 0XFFFF;
    ///< 输入下拉（除LCD端口以外）
    M0P_GPIO->PAPD = 0xE000;
    M0P_GPIO->PBPD = 0x0384;
    M0P_GPIO->PCPD = 0xFC03;
    M0P_GPIO->PDPD = 0xFFEF;
    Lpm_GotoDeepSleep(TRUE);
}

工业物联网LCD数码屏的驱动原理及低功耗设计（华大半导体HC32L136）

继续阅读

关于Gradle配置的小结

Java小案例——随机数猜测随机数猜测

nginx location中斜线的位置的重要性

27 Best Free Eclipse Plug-ins for Java Developer to be ProductiveCode Quality PluginsText Editor PluginsDependency ManagementVersion Control Integration PluginsFramework Development Continuous Integration Related PluginsOther Utility Plugins

Java String.format方法的简单使用

neo4j之cypher使用文档

GitHub连夜封杀！这份阿里 10W 字内部 Java 字面试手册到底有多强？

spark/scala关于【资源文件】加载方法概述外部文件加载方案测试资源文件打包入jar包中小结

mybatis_入门程序Mybatis入门

AOP编程_Android优雅权限框架(1)概念基础，2021金三银四前言正文大纲正文

Effective Java 8:通用程序设计

OOM三种类型

工厂模式-三种类型

【递归】高效率求2的n次幂

win10本地scala和spark安装安装scala安装spark

scala (3) Function 和 Method