摘 要： uPD16312是日本NEC公司生產的VFD控制與驅動集成電路，以它為核心可組成VFD顯示系統。介紹了uPD16312的性能特點、組成結構以及對其編程時所要用到的各種命令，并給出了其內部功能框圖。對uPD16312在DVD視盤機VFD顯示電路中的應用做了較詳細的論述，分析了其軟件和硬件的系統結構，給出了系統框圖。實踐證明 uPD16312具有功能強、可靠性高等優點，能夠滿足DVD視盤機對VFD顯示的要求。
關鍵詞： VFD 顯示驅動 顯示系統 DVD視盤機
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DVD視盤機是繼VCD視盤機后又一個數字化產品。由于它具有高畫質、高音效、多功能等優點，越來越受到廣大消費者的歡迎。DVD視盤機在使用過程中有許多信息要通過前面板上的VFD(Vacuum Fluorescent Display)顯示出來，以方便用戶的使用。與VCD相比，DVD具有更多的功能選項，這使得播放DVD碟片時比播放VCD碟片時顯示的信息更豐富。而且目前的DVD視盤機一般都要求能兼容播放VCD、SVCD、CD碟片，所以播放這些種類碟片時要顯示的信息，DVD視盤機必須同樣能顯示出來，這些都對DVD視盤機的VFD顯示功能提出了更高的要求。uPD16312是一種VFD控制與驅動芯片，它具有集成度高、外圍電路簡單、功能強等優點，用它可組成DVD視盤機的VFD顯示電路。本文將對uPD16312的功能結構、編程方法及其在DVD視盤機中的應用做詳細的論述。
1 uPD16312的組成和性能特點
uPD16312是日本NEC公司生產的VFD控制與驅動集成電路,主要用來完成對VFD器件的驅動與控制。它具有11個段位輸出引腳，6個柵極輸出引腳，5個段位/柵極兩用輸出引腳。其內部包括：一個顯示存儲器、一個控制電路和一個按鍵掃描電路。它通過一個由三根引線組成的串行接口與CPU或其它器件進行通訊。其方框圖如圖1所示。
圖1中的顯示存儲器是用來存放顯示數據的。它由22個8bit的存儲單元組成，每個單元都有一個地址，其結構如圖2所示。由圖2我們可以看到，偶數地址的存儲單元(如0x00單元)的每一位與Seg1～Seg8段引腳一一對應，奇數地址的存儲單元(如0x01 單元)的每一位與Seg9～Seg16 段引腳一一對應。每兩個相鄰的存儲單元構成一個顯示字，這些顯示字與柵極引腳一一對應。當某一柵級引腳被置為高電平時，存儲在與之相對應的顯示字中的顯示內容就被顯示出來。由于某一時刻uPD16312 只能輸出一個顯示字，所以要想使所有的顯示字都顯示出來，就必須采用時分復用的辦法，其時序圖如圖3所示。
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uPD16312的主要性能特點如下：
(1)具有多種顯示模式，其顯示模式可在11段×11字到16段×4字的范圍內選擇。
(2)具有按鍵掃描的功能，按鍵矩陣為6×4。
(3)顯示亮度可調，共有8個亮度級。
(4)具有高電壓輸出。
(5)具有一個4bit通用輸入口和一個4通道LED輸出口。
(6) 輸出端口不需要額外的上拉或下拉電阻。
值得一提的是，uPD16312除了可完成對VFD器件的驅動與控制外，還具有鍵盤掃描等功能，而這些已超出了本文的討論范圍，在本文中將不做論述。
uPD16312是一個可編程器件。它的任何一種功能都需要對其編程后才能實現。由于uPD16312的外圍電路較簡單，因此如何對其編程成了應用的關鍵。要想對uPD16312正確編程，就必須了解它的控制命令以及向它傳送數據與命令的時序。
2 uPD16312的控制命令與串行口時序
2.1 uPD16312的控制命令
uPD16312有四條控制命令，它們是顯示模式命令、數據設置命令、地址設置命令和顯示控制命令。
顯示模式命令用來設置uPD16312的顯示模式。其命令的格式如圖4所示。圖4中，“－”表示該位可設置為任意值；b0、b1、b2的不同組合決定了所選的顯示模式，如表1所示。在芯片剛接通電源時，顯示模式的缺省設置為11字×11段模式。執行該命令時顯示會被強行關閉。要想恢復顯示，必須執行一次顯示控制命令，將顯示打開。
數據設置命令用來設置數據寫入與讀出的方式。其格式如圖5所示。圖5中，b0、b1兩位用來設置數據的傳輸方向。在向顯示存儲器寫數據時，b0、b1應設為“00”。b2位用來設置數據傳輸方式。當b2置為1時，數據被寫入某一顯示存儲單元中，其地址由地址設置命令來設置，寫入數據后，地址不變化。當b2設置為0時，數據以地址增量的方式進行傳輸，即數據寫入顯示存儲器的某一存儲單元后，其地址自動加1，這意味著在這種方式下可以向顯示存儲器的某一存儲單元段連續寫入數據。b3位用來設置測試方式。當b3置為1時，芯片工作在測試方式，當b3置為0時，芯片處于正常工作方式。在芯片剛接通電源時，芯片處于正常工作方式且數據以地址增量方式傳輸。
地址設置命令用來設置要寫入數據的存儲單元地址，其命令格式如圖6所示。圖6中，b0、b1、b2、b3、b4五位用來設置存儲單元地址，其范圍為0x00H～0x15H。當寫入地址超出這一范圍時，數據將不被寫入。在芯片剛接通電源時，地址的缺省設置為0x00H。
顯示控制命令用來控制顯示的開與關以及顯示亮度，其命令格式如圖7所示。圖7中，b3位用來控制顯示的開與關。當b3置為0時，顯示被關閉；當b3置為1時，顯示被打開。b0、b1、b2三位用來控制柵極脈沖寬度，如表2所示。uPD16312通過對柵極脈沖寬度的控制實現對顯示亮度的控制。當芯片剛接通電源時，顯示處于關狀態，柵極脈沖寬度為TDISP。
2.2串行接口的時序
uPD16312是通過一個串行接口與CPU及其它器件進行通訊的，其串行接口的時序如圖8所示。圖8中，只有當STB為低電平時，uPD16312方可從Din上讀取數據，而且數據讀取是在CLK信號上升沿到來時進行的。uPD16312的控制命令必須在STB剛由高電平變為低電平時傳輸。只有在給uPD16312傳輸完一條命令后，方可向uPD16312的顯示存儲器寫入數據，對uPD16312的編程實際上就是指根據系統的需要正確地向uPD16312寫入命令和顯示數據。
3 uPD16312在VFD顯示系統中的應用
3.1系統的組成
在我們所開發的DVD視盤機中，VFD系統主要由SH7043、uPD16312、VFD顯示器件及少量的分立器件組成，其系統框圖如圖9所示。其中SH7043是日立公司的微處理器。由于SH7043中沒有與uPD16312相匹配的串行接口，所以將其端口D中的PD29、PD30、PD31引腳作為與uPD16312 進行通訊的端口，用來傳送指令和數據。其中PD29與uPD16312的STB引腳相連，PD30與uPD16312的DIN引腳相連，PD31與uPD16312的CLK引腳相連。在本系統中，VFD顯示器件采用FUTABA的熒光顯示管。它具有6個柵極和16個陽極，顯示的字符共有三種顏色，可顯示的內容十分豐富，完全能滿足DVD視盤機對VFD顯示的要求。由于所采用的VFD顯示器件是6Grid×16Anode類型的，所以uPD16312在具體應用時，要設置成6字×16段模式。這時，uPD16312的Pin28～Pin31、Pin26要做為柵極引腳使用。整個系統的硬件電路較為簡單，其軟件編程相對復雜一些。
3.2 VFD顯示程序的編制
我們開發的DVD控制軟件是在SH7043專用開發環境下編制的。VFD顯示功能主要由zdisp.c和pda_vfd.c模塊完成。程序運行時首先進行初始化，在初始化過程中要完成對SH7043相應I/O端口D設置，以及為程序中使用的一些變量設置初始值，其中最重要的一項工作是對uPD16312進行初始化設置，這部分工作由模塊pda_vfd.c中的子程序vfd_init()完成，其程序流程圖如圖10所示。初始化完成后，zdisp.c任務模塊和pda_vfd.c任務模塊均處在等待接收“event”狀態。系統其它模塊如果有信息要顯示，就向zdisp.c模塊發送相應的“event”。zdisp.c模塊接到系統其它模塊發給它的“event”后，就對要顯示的信息進行分析處理，得到一組符合VFD顯示器件字符編碼要求的數據，然后向pda_vfd.c模塊發出“event ”。模塊pda_vfd.c接到zdisp.c發給它的“event”后，就通過由PD29、PD30、PD31三引腳組成的串行口將指令和數據寫入到uPD16312中去，驅動VFD顯示器件顯示出正確的信息。
從上述工作過程可以看出，模塊zdisp.c主要是將要顯示的信息處理成符合VFD顯示器件字符編碼規則的一組數據。在模塊zdisp.c中完成這一功能的子程序是vdsp_req()，其流程圖如圖11所示。由圖11可知，需要VFD顯示的信息可分為6種，這6種信息分別由6個子程序進行處理。下面以子程序vdsp_req_disc()為例說明如何將要顯示的信息轉換成符合VFD顯示器件字符編碼規則的數據。
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在模塊zdisp.c中，定義數組vfd_disp_buf[ ]用來存放處理好的數據，該數組與uPD16312中的顯示存儲器一一對應。子程序vdsp_req_disc( )主要完成的工作是對碟片種類顯示信息進行處理。由于VFD顯示器件上各種字符的編碼規則不同，對各種顯示信息的處理方式也有所不同。有些信息的處理是對vfd_disp_buf[ ]數組中相應某一元素的某一位置位，如對“VCD”、“DVD”等信息的處理就是這樣；有些信息，如“cd”、“NO DISC″等信息，則要按照VFD顯示器件字符編碼規則的要求進行編碼，將得到的一組代碼存入數組vfd_disp_buf[ ]中相應的元素中。子程序vdisp_req_disc( )的流程圖如圖12所示。
處理好的信息存入vfd_disp_buf[ ]后，接下來的工作就是把數組vfd_disp_buf[ ]中的數據傳送到uPD16312的顯示存儲器中去。這部分工作是由模塊pda_vfd.c完成的，其程序流程圖如圖13所示。圖13中，子程序vfd_byte_set( )的作用是按照uPD16312串行口的時序向uPD16312顯示存儲器中傳輸一個8位的顯示數據或命令，其流程圖如圖14 所示。圖14中，data中存放要傳輸的8位數據或命令。利用子程序vfd_byte_set( )可及時地刷新uPD16312顯示存儲器中所用到的各個顯示單元，從而使VFD顯示出正確的信息。
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目前，本公司研制開發的DP2000型DVD視盤機中已采用了uPD16312作為其VFD顯示電路的核心芯片。該機型已批量投產，并已在公司內通過高低溫老化試驗、安全試驗及電磁兼容測試。這充分證明了 uPD16312是一種可靠性高、實用性好的集成電路，完全能滿足DVD視盤機對VFD顯示驅動控制芯片的要求。
參考文獻
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