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首先感谢大家和网站的支持！书接前文
整个夏天忙着敲代码没顾上来发帖，这临近国庆终于得闲，给去年的一个帖子来个“下半场”。
对于点屏的执念，大概是入坑二次元开始的。去年科普了下 NT7086 液晶的驱动原理：
https://www.mydigit.cn/thread-403154-1-1.html
然原理终归是原理，NT7086 也不是随便什么单片机都能带的动，于是吃灰了。
【入手屏】
直到某日代码敲累了，躺下刷二手找到了这么款屏：
余光观之感觉不赖，定睛细瞧发现店家居然贴出了主控型号：
RA8835 + 62256 的组合，320x240 分辨率 20大洋一片，这价格相对于分辨率简直白给，果断剁手来一批。
之所以这么笃定是好玩意，与之前科普 NT7086 有很大关系，待后文细讲。
现在是买买买时间，剁就对了不买是孙子。几天后收货真心巨大：
这要是点不亮，百来块打水漂不说，光是处理垃圾都够忙活一阵子的。
【显示原理】
之前曾科普过 NT7086 显示原理，以 320x240 点阵规模为例，大致如下：
七片 NT7086 分两组，四片驱动 80x4=320 段电极，三片驱动 80x3=240 位电极，实现矩阵点阵显示。
所有七片 NT7086 级联成串行链，由外部 MPU 使用 CK/DI/SYNCx 信号串行驱动，具体时序见上个帖子。
然这个结构最大不足在于：NT7086 每次只存储一行图案数据，
全屏显存需要外部 MPU 实现，容量不小于：320x240x1bit= 9.6kB
再看这次的 320x240 液晶：
背面一只MPU，一只32KB-RAM，提示液晶结构应该如下：
板载了协议转换 MPU、32KB-RAM 显存，很显然对外就是常见的 8080/6800 总线协议，不再需要额外一级显存，方便单片机玩耍。
作为对照，可以看下市面上常见的液晶配置。MPU+RAM 作为可选单元，焊上更易用，不焊更便宜：
基于对 62256 的信任，剁手了一堆巨屏，只等到手点亮。
【并行初点亮】
由于主控型号已知，简单测下线序用标准驱动就成功亮屏。
这里还是万用的 u8g2 打头阵，使用 8080 总线模式：
单片机使用 Arduino 最入门型号 UNO， 16MHz-AVR 测试极限驱动。
这片只有 2KB 动态内存的单片机，成功带动 320x240 单色点阵：
把玩到这一步，只是重复了前人的工作，确认钱没打水漂而已。
一堆IO数据线连在单片机上，不可靠不优雅，太费IO；
板载高达 -28v 的液晶偏压裸露在外，既不安全也不可爱。
看这满屏的 hello world，方方面面都达不到 “模块化” 预期，于是开搞。
【设计亚克力】
作为电气模块，少个绝缘外壳自然是不可忍的。
看着这巨大一坨屏幕，上 3d 基本得额外考虑结构强度，到头来成本容易兜不住。
思来想去还是用经典的 3mm 亚克力夹心设计，CAD 开起来：
设计成上下夹心结构，侧方三面有墙，留一面出排针信号线。
加工果然成本哗哗的，一套就够再一片液晶了，好在一把过：
装起来刚刚好，高清大屏+磨砂外壳，再也不是带电裸板了，麻麻再也不骂了：
再次插回排线，刷个妹纸有模有样：
至此 320240 液晶不再裸奔，机械意义上把玩成了一只模块。
【分析中继协议】
折腾完外壳，看着这一堆跳线，每次把玩都废一整包线心生不爽：
想起曾经设计过 四线-HC595 中继器，将并口 19264/12864 转为四线串口：
https://www.mydigit.cn/thread-441713-1-1.html
每块屏幕不论分辨率，只要四线IO就能完整控制，访问效率不明显下降。
具体原理是 HC595 扩展出 8bit 数据线 +Nbit 控制线。
通过 HC595_RCK 与 LCD_EN 共用锁存线，实现数据无缝传递：
然对应到这次的液晶上，总线时序目测要炸。如下图所示：
原 19264、12864 使用 6800 总线时序（如图a），HC595 在 RCK_D 上升沿更新 D7:0，LCD 在 RCK_D 下降沿读入 D7:0，数据可靠传递。
而此次的 320240 液晶使用 8080 时序（如图b），与 HC595 一起都在 RCK_D 上升沿进行操作，数据传递不可靠。
为此须在 8080-nWR 输入加一级反相，才可保障数据可靠传递：
这样一来两片 HC595 肯定是不够用了，至少得来个 HC04 之类，
还想布线成上个项目那样的直插小板基本无望。
既然横竖都得上贴片，这就想到了传说中的 “胶水电路” CPLD.
如果能用 PLD/CPLD 构建出 HC595，那么捎带个反相器自然不在话下。
参考 HC595 手册，每片 HC595 需要 8+8=16 个 边沿型 D 触发器：
对应到 PLD/CPLD 规模，相当于 16个可编程宏（Macrocell）。
两片 HC595 需要不少于 32个可编程宏；IO 不少于 4in+16out.
最终系统成了这么个抽象的样子，胶水电路果然名不虚传：
【设计CPLD中继：硬件】
找了一圈正好 epm3064 挺合适，64个宏单元，TQFP44 时 IO 最多 34 个，关键是能买到：
说干就干，布线先走起来！有了 CPLD 加持，中继版延续了之前的条形侧插接结构。
时钟用 CPLD 推荐的全局时钟脚，其余全扯在就近的 IO 上。
另预留 JTAG 作为固件更新端口，布完线渲染下，挺优雅：
丢去打样还得是哑黑有格调，啥走线也看不清，不通了直接报废都不用救：
到手后人肉贴个片，快乐地折腾了小半个下午：
【设计CPLD中继：软件】
一顿操作 CPLD 中继板都焊好了，结果 HDL 代码都还没写。
万一写废了或者选型有啥坑，这往返迭代想想都酸爽。
好在 Verilog 还没完全忘掉，配合着 Quartus 8.0 蹩脚的一行行写：
虽然 Verilog 用的不熟，但我看得懂 RTL 综合图啊。
Quartus 生成的这图很快就能确认代码正确性，毕竟本质上还是数字电路：
最终宏单元居然只用 25/64 个就实现了，看样子优化的不错。
【设计CPLD中继：调试与坑】
至此CPLD的软硬件差不多都有了，直接通电测试（主要是不会编testbench）：
别看阵仗大，东西是一点也不复杂，也就磨合了几个小时就通了。
CPLD 成功模拟出了 HC595 与反相器，可由 Arduino 控制输出电平。
走到这一步按理说就要水到渠成：把 HC595 传输层塞进 u8g2_ra8835 的 HAL 层里，就该能正确亮屏。
然而是我想多了，毕竟不是神仙，哪有那种一弹指就千军万马破的神力。
又是个把小时移植 HAL，插好线，层层烧录好各级固件，效果居然是没效果：
任你敲破键盘改驱动，任你 C/C++, Verilog 还是 Matlab，
蓝屏就是蓝屏，没有丝毫的波动，没有丝毫的亮屏的影子。
这让脸往哪搁啊，一顿分析设计打板编程调试的，最后蓝屏了。
说实在满心掀桌的冲动。
【设计CPLD中继：重生】
所谓航天领域的 “归零”，就是这种士气跌落谷底时，近乎变态的从头再来。这又是一次切身的归零体验。
唯一可行的办法，就是从并行驱动开始（CPLD完全旁路），逐信号线加入 CPLD 驱动直至全部（CPLD完全工作）。
又是十几个小时的归零调试，经历了各种工装夹具杜邦线带来的神奇故障（实际是高频信号完整性恶化），
最终定位万恶之源是 LCD_RESET 复位线：
液晶 RA8835 工作在 5V 模式，中继 CPLD-EPM3064 工作在 3.3V 模式，用户代码 Arduino-UNO 工作在 5V 模式。
RA8835 的 LCD_RESET 输入有一级施密特触发器，释放电压高达 0.7Vcc= 3.5V，
超过了 CPLD_3.3V-LVCMOS 高电平极限，导致复位无法释放。
归零了不知多少时辰，原来液晶一直徘徊在复位态...
所谓三态门，专用于整治这类高电平不够高的顽疾，用上就立竿见影。
屏终于在 CPLD 的中继下被点亮了，四根IO，兼容HC595协议，优雅：
至此 320240 液晶不再全是并口线，硬件意义上把玩成了一只模块。
【封装u8g2驱动】
废了巨大的气力终于用 CPLD 实现了原 HC595 中继器的功能。
硬件上只需四根IO就可以稳定驱动 320240 液晶工作。
软件上不封装个 u8g2 派生类，都对不起这么完美的硬件折腾。
直接按照 u8g2-HAL 的套路来，从 class U8G2 派生一套私有驱动类，重写 HAL 层以下的：
数据传递接口 Transfer_RA8835_LCD320240()；
基础绘图接口 Display_RA8835_LCD320240();
最后打包成一个完整的 class 就大功告成。
以前玩 12864 都是律诗绝句啥的，再多写不下；
到 320240 这里直接来 “春江花月夜”，传说的孤篇盖全唐：
至此 320240 液晶连驱动都已模块化，一只 class 搞定 u8g2，软件意义上同步把玩成了一只模块。
附上文中涉及的源码，整理不易，仅在本坛分享：
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以上，从 NT7086 液晶原理讲起，记录下如何将 320240 把玩成各种意义上的模块。
最终成功把 EPM3064-CPLD 玩烂了，窥探到了人芯合一、要啥逻辑有啥逻辑的境界。
最后祝大家点屏把玩顺利！
后续：从模块化开始，把 LCD-320240 盘成 Windows 桌面副屏，并科普相关原理
https://www.mydigit.cn/thread-475524-1-1.html
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雷达卡
发表于 2024-9-29 07:58:02
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