屏显示器件MC141541及其接口技术

1、引言

　　在某些图像处理系统中，往往需要在显示目标视频图像的同时，显示其参数及提示等信息。如医疗设备B超、CT、X透视，除了在监视器显示人体内部的组织器定外，还要显示相关参数，以辅助医生作出准确诊断。电力系统的红色外检测设备在显示被测目标的热像时，还要显示出其温度等参数，以便测试人员从定性的热像和定量的参数中诊断出故障所在。

　　利用MC141541在屏显示器件可使微处理器（MPU）通过I2C总线接口将需要显示的数据定入在屏显示器件（OSD），然后将数据输出显示。其字符的显示及同步均由OSD完成。OSD作为独立的智能I/O，可大大减轻MPU的负担。

2、I2C总线

　　I2C总线由PHILIPS公司推出，目前已广泛应用于MPU系统及数字电视等领域。它只有二根信号线：一根是双向数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有连接到I2C总线设备上的串行数据SDA都连接到总线的SDA线上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL。具有I2C总线的器件有很多种类，常用的如LED驱动器、LCD驱动器、静态RAM、EEPROM、时钟/日历、A/D、D/A、电视类及音响类器件等。I2C总线的标准传输速度为100k bit/s，而其高速方式的传输速度为400k bit/s。组成I2C总线的关键是其传输协议，即如何使总线上的主器件（通常是MPU）协调总线上的从器件。协议主要包括以下几个典型过程：

　　（1）一位数据传送：串行数据总线是按位传送的，因此位数据传送是I2C总线数据传送的最基本，也是最重要的过程。I2C总线规定SCL上一个时钟周期只能传送一位数据；

　　（2）起动和停止：起动和停止信号由主机发出，以控制总线上的数据传送。从设备在侦听到总线上的起动信号后开始准备收发数据；而监测到停止信号后结束数据传送。因而，起动和停止协议控制着一帧完整的数据传输。

　　（3）应答：在一个字节（8位）数据传送完毕后，接下来的一个时钟周期（即第9个）为应答过程。应答过程可保证传送数据的完整性，并可用来检验其有效性。

　　（4）寻址：要对并行数据总线上的I/O进行操作，就必须对地址总线进行译以选中某个I/O。而I2C总线并无地址总线，它是利用所发送串行数据的头几个字节作为地址来选中I2C总线的I/O设备的。每个I2C总线的I/O设备都有一个I2C地址。

3、MC141541芯片及其接口电路

　　MC141541是MOTOROLA公司推出的增强型在屏显示器件（EMOSD），可广泛应用于数字电视及图像系统中。其主要性能如下：

●具有二种可选分辨率模式，分别为320点/行（CGA）和480点/行（EGA）；

●内置PLL电路，最高行频为110kHz，点时钟频率为52.8MHz；

●内部273字节寄存器可直接存取，全屏字符为10行×24列；

●字符集为128个符号图形ROM和8个用户可编程RAM。10×16点阵字符。其字符颜色、背景颜色、双倍高度、双倍宽度、边框及阴影均可编程；

●I2C总线接口地址为7A（Hex）；

●采用单5V电源供电；

　　MC141541的接口电路原理图如图1所示。其中：Vss和VDD分别为地和电源端；Vco和RP用于外接振荡电路；H、V分别为分、场同步输入信号；SDA、SCL分别为I2C总线数据和时钟信号；SS为I2C总线允许信号；R、G、B为输出至监视器的RGB TTL电平信号。

　　MC141541是一种I2C总线接口器件，它的硬件接口非常简单。根据上述规则，只须将SDA与I2C总线的SDA信号相接，并将SCL与I2C总线的SCL信号相连即可。MC141541与MPU接口的关键在于按照I2C总线协议进行编程。

MC141541的数据包格式如下：

　　这样，在监视器上显示字符时，只须送出行、列坐标地址，然后再送出字符代码即可。在编程时，上述格式具体可划分为下述三种方式：
（1）R→C→I→R→C→I……
（2）R→C→I→C→I→C→I→……

（3）R→C→I→I→I……
MC141541可编程的字符RAM编程格式如下：
在编程时，上述格式亦可划分为下述三种方式：
（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编程格式中，SEG ADDRESS和LINE ADDRESS分别为要编程字符RAM的段、线地址，而其段地址字符RAM字模的位置内容由线地址寻址的RAM决定。这样，通过编程字符RAM就可以得到任意字符、图标及汉字。

4 传输协议子程序
　　图1中，接口电路的核心器件是MC141541，MPU选用8031系列芯片89C51。由于89C51没有I2C总线接口，因此要根据I2C总线协议及MC141541的数据传输格式，用软件编程模拟接口时序。以下是用Franklin C51语言编程模拟I2C总线基本传输协议的子程序清单：
void star( ) //起动
{SCL=0；
SDA=1；
SCL=1;
SDA=0;
}
void stop()//停止
{SCL=0；
SDA=0;
SCL=1；
SDA=1；
}
void ack()//应答
{SCL=0；
SCL=1；
SCL=0；
}
void wbit()//一位数据传送；写
{SCL=0
SDA=eebit；
SCL=1;
}
void rbit( ) //一位数据传送；读
{SCL=0;
SCL=1；
Eebit=SDA；
}