利用MC141541在屏顯示器件和I2C總線實現(xiàn)應(yīng)用接口設(shè)計

1、引言

在某些圖像處理系統(tǒng)中，往往需要在顯示目標視頻圖像的同時，顯示其參數(shù)及提示等信息。如醫(yī)療設(shè)備B超、CT、X透視，除了在監(jiān)視器顯示人體內(nèi)部的組織器定外，還要顯示相關(guān)參數(shù)，以輔助醫(yī)生作出準確診斷。電力系統(tǒng)的紅色外檢測設(shè)備在顯示被測目標的熱像時，還要顯示出其溫度等參數(shù)，以便測試人員從定性的熱像和定量的參數(shù)中診斷出故障所在。

利用MC141541在屏顯示器件可使微處理器（MPU）通過I2C總線接口將需要顯示的數(shù)據(jù)定入在屏顯示器件（OSD），然后將數(shù)據(jù)輸出顯示。其字符的顯示及同步均由OSD完成。OSD作為獨立的智能I/O，可大大減輕MPU的負擔。

2、I2C總線

I2C總線由PHILIPS公司推出，目前已廣泛應(yīng)用于MPU系統(tǒng)及數(shù)字電視等領(lǐng)域。它只有二根信號線：一根是雙向數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有連接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都連接到總線的SDA線上，各設(shè)備的時鐘線SCL接到總線的SCL。具有I2C總線的器件有很多種類，常用的如LED驅(qū)動器、LCD驅(qū)動器、靜態(tài)RAM、EEPROM、時鐘/日歷、A/D、D/A、電視類及音響類器件等。I2C總線的標準傳輸速度為100k bit/s，而其高速方式的傳輸速度為400k bit/s。組成I2C總線的關(guān)鍵是其傳輸協(xié)議，即如何使總線上的主器件（通常是MPU）協(xié)調(diào)總線上的從器件。協(xié)議主要包括以下幾個典型過程：

（1）一位數(shù)據(jù)傳送：串行數(shù)據(jù)總線是按位傳送的，因此位數(shù)據(jù)傳送是I2C總線數(shù)據(jù)傳送的最基本，也是最重要的過程。I2C總線規(guī)定SCL上一個時鐘周期只能傳送一位數(shù)據(jù)；

（2）起動和停止：起動和停止信號由主機發(fā)出，以控制總線上的數(shù)據(jù)傳送。從設(shè)備在偵聽到總線上的起動信號后開始準備收發(fā)數(shù)據(jù)；而監(jiān)測到停止信號后結(jié)束數(shù)據(jù)傳送。因而，起動和停止協(xié)議控制著一幀完整的數(shù)據(jù)傳輸。

（3）應(yīng)答：在一個字節(jié)（8位）數(shù)據(jù)傳送完畢后，接下來的一個時鐘周期（即第9個）為應(yīng)答過程。應(yīng)答過程可保證傳送數(shù)據(jù)的完整性，并可用來檢驗其有效性。

（4）尋址：要對并行數(shù)據(jù)總線上的I/O進行操作，就必須對地址總線進行譯以選中某個I/O。而I2C總線并無地址總線，它是利用所發(fā)送串行數(shù)據(jù)的頭幾個字節(jié)作為地址來選中I2C總線的I/O設(shè)備的。每個I2C總線的I/O設(shè)備都有一個I2C地址。

3、MC141541芯片及其接口電路

MC141541是MOTOROLA公司推出的增強型在屏顯示器件（EMOSD），可廣泛應(yīng)用于數(shù)字電視及圖像系統(tǒng)中。其主要性能如下：

●具有二種可選分辨率模式，分別為320點/行（CGA）和480點/行（EGA）；

●內(nèi)置PLL電路，最高行頻為110kHz，點時鐘頻率為52.8MHz；

●內(nèi)部273字節(jié)寄存器可直接存取，全屏字符為10行×24列；

●字符集為128個符號圖形ROM和8個用戶可編程RAM。10×16點陣字符。其字符顏色、背景顏色、雙倍高度、雙倍寬度、邊框及陰影均可編程；

●I2C總線接口地址為7A（Hex）；

●采用單5V電源供電；

MC141541的接口電路原理圖如圖1所示。其中：Vss和VDD分別為地和電源端；Vco和RP用于外接振蕩電路；H、V分別為分、場同步輸入信號；SDA、SCL分別為I2C總線數(shù)據(jù)和時鐘信號；SS為I2C總線允許信號；R、G、B為輸出至監(jiān)視器的RGB TTL電平信號。

MC141541是一種I2C總線接口器件，它的硬件接口非常簡單。根據(jù)上述規(guī)則，只須將SDA與I2C總線的SDA信號相接，并將SCL與I2C總線的SCL信號相連即可。MC141541與MPU接口的關(guān)鍵在于按照I2C總線協(xié)議進行編程。

MC141541的數(shù)據(jù)包格式如下：

這樣，在監(jiān)視器上顯示字符時，只須送出行、列坐標地址，然后再送出字符代碼即可。在編程時，上述格式具體可劃分為下述三種方式：

（1）R→C→I→R→C→I……

（2）R→C→I→C→I→C→I→……

（3）R→C→I→I→I……

MC141541可編程的字符RAM編程格式如下：

在編程時，上述格式亦可劃分為下述三種方式：

（1）S→L→I→S→L→I……

（2）S→L→I→S→L→S→L……

（3）S→L→I→I→I……

在字符RAM編程格式中，SEG ADDRESS和LINE ADDRESS分別為要編程字符RAM的段、線地址，而其段地址字符RAM字模的位置內(nèi)容由線地址尋址的RAM決定。這樣，通過編程字符RAM就可以得到任意字符、圖標及漢字。［page］

4 傳輸協(xié)議子程序

圖1中，接口電路的核心器件是MC141541，MPU選用8031系列芯片89C51。由于89C51沒有I2C總線接口，因此要根據(jù)I2C總線協(xié)議及MC141541的數(shù)據(jù)傳輸格式，用軟件編程模擬接口時序。以下是用Franklin C51語言編程模擬I2C總線基本傳輸協(xié)議的子程序清單：

void star（ ） //起動

{SCL=0；

SDA=1；

SCL=1;

SDA=0;

}

void stop（）//停止

{SCL=0；

SDA=0;

SCL=1；

SDA=1；

}

void ack（）//應(yīng)答

{SCL=0；

SCL=1；

SCL=0；

}

void wbit（）//一位數(shù)據(jù)傳送；寫

{SCL=0

SDA=eebit；

SCL=1;

}

void rbit（ ） //一位數(shù)據(jù)傳送；讀

{SCL=0;

SCL=1；

Eebit=SDA；

}

5、 系統(tǒng)應(yīng)用

圖1所示接口電路可以用于電力行業(yè)紅外測溫診斷系統(tǒng)中在監(jiān)視器上顯示被測對象的溫度及提示信息。

MC141541產(chǎn)生的字符可通過疊加電路將其疊加在視頻信號中，并經(jīng)視頻液晶顯示出來。在紅外測溫診斷儀則開始工作時，89C51將對MC141541進行初始化。然后清屏并顯示相應(yīng)提示信息。隨著診斷的進行，89C51一邊測量計算數(shù)據(jù)，一邊將處理好的數(shù)據(jù)傳送給MC141541來進行顯示。圖2所示為其程序流程。

圖3所示為最后顯示結(jié)果圖。其中圓形為紅外傳感器本底，Crs、Max、Cir、Bas分別為實際溫度、最大溫度、環(huán)境溫度和本底值；左下角交替顯示有關(guān)參數(shù)，如發(fā)射率、檔位、校正、存儲體指示、調(diào)色板指示等。

MC141541是可以在視頻輸出上疊加字符信息的理想接口器件，它接口簡單，性能價格比高，因而在儀器儀表中有廣泛的應(yīng)用。

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