利用MC141541在屏顯示器件和I2C總線實現應用接口設計

1、引言

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

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據定入在屏顯示器件（OSD），然后將數據輸出顯示。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，目前已廣泛應用于MPU系統及數字電視等領域。它只有二根信號線：一根是雙向數據線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有連接到I2C總線設備上的串行數據SDA都連接到總線的SDA線上，各設備的時鐘線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驅動器、LCD驅動器、靜態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總線的關鍵是其傳輸協議，即如何使總線上的主器件（通常是MPU）協調總線上的從器件。協議主要包括以下幾個典型過程：

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

（2）起動和停止：起動和停止信號由主機發出，以控制總線上的數據傳送。從設備在偵聽到總線上的起動信號后開始準備收發數據；而監測到停止信號后結束數據傳送。因而，起動和停止協議控制著一幀完整的數據傳輸。

（3）應答：在一個字節（8位）數據傳送完畢后，接下來的一個時鐘周期（即第9個）為應答過程。應答過程可保證傳送數據的完整性，并可用來檢驗其有效性。

（4）尋址：要對并行數據總線上的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，它是利用所發送串行數據的頭幾個字節作為地址來選中I2C總線的I/O設備的。每個I2C總線的I/O設備都有一個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），可廣泛應用于數字電視及圖像系統中。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）；

●內置PLL電路，最高行頻為110kHz，點時鐘頻率為52.8MHz；

●內部273字節寄存器可直接存取，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總線數據和時鐘信號；SS為I2C總線允許信號；R、G、B為輸出至監視器的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。根據上述規則，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接口的關鍵在于按照I2C總線協議進行編程。

利用MC141541在屏顯示器件和I2C總線實現應用接口設計

MC141541的數據包格式如下：

這樣，在監視器上顯示字符時，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I2C總線協議及MC141541的數據傳輸格式，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（）//應答

{SCL=0；

SCL=1；

SCL=0；

}

void wbit（）//一位數據傳送；寫

{SCL=0

SDA=eebit；

SCL=1;

}

void rbit（） //一位數據傳送；讀

{SCL=0;

SCL=1；

Eebit=SDA；

}

5、系統應用

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

MC141541產生的字符可通過疊加電路將其疊加在視頻信號中，并經視頻液晶顯示出來。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提示信息。隨著診斷的進行，89C51一邊測量計算數據，一邊將處理好的數據傳送給MC141541來進行顯示。圖2所示為其程序流程。