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。
2、驱动程序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：
数字
通断控制位
A
B
C
DP
通断控制位
F
G
E
D
LCD十六进制
0
默认为0
1
1
1
0
默认为0
1
0
1
1
0x0E0B
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0x0600
2
1
1
0
0
0
1
1
1
0x0C07
3
1
1
1
0
0
1
0
1
0x0E05
4
0
1
1
0
1
1
0
0
0x060C
5
1
0
1
0
1
1
0
1
0x0A0D
6
1
0
1
0
1
1
1
1
0x0A0F
7
1
1
1
0
0
0
0
0
0x0E00
8
1
1
1
0
1
1
1
1
0x0E0F
9
1
1
1
0
1
1
0
0
0x0E0C
DP
0
0
0
1
0
0
0
0
0x0100
高8位
低8位
高8位
低8位
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;
///=0 && num1<=9)
{
Num_Collect=Numerical_Tables1[num1]; ///< 第一个数字
}
else if(num1==-1)
{
Num_Collect=0x0000; ///=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。
3、低功耗设计
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);
///PAADS = ~0xE000;
M0P_GPIO->PBADS = ~0x0384;
M0P_GPIO->PCADS = ~0xFC03;
M0P_GPIO->PDADS = ~0xFFEF;
///PADIR = 0XFFFF;
M0P_GPIO->PBDIR = 0XFFFF;
M0P_GPIO->PCDIR = 0XFFFF;
M0P_GPIO->PDDIR = 0XFFFF;
///PAPD = 0xE000;
M0P_GPIO->PBPD = 0x0384;
M0P_GPIO->PCPD = 0xFC03;
M0P_GPIO->PDPD = 0xFFEF;
Lpm_GotoDeepSleep(TRUE);
}
作者：不脱发的程序猿
