GT31L16M1Y80标准点阵汉字库芯片：技术全解析

在电子设计领域，汉字库芯片是实现文字显示等功能的关键部件。今天我们就来深入了解上海高通半导体有限公司的GT31L16M1Y80标准点阵汉字库芯片。

文件下载：GT31L16M1Y80.pdf

一、芯片概述

GT31L16M1Y80是一款16x16点阵字库芯片，支持GB18030国标汉字，同时兼容UNICODE编码，排列格式为竖置横排。用户能通过字符内码，依据用户手册提供的方法算出该字符点阵在芯片中的地址，进而从该地址连续读出字符点阵信息。此外，芯片还为客户提供1M字节的可自由读写空间，包含256个扇区，每个扇区4K字节或16页，每页256字节，自由读写空间地址范围是0x000000 - 0Xfffff，该空间在各厂商烧录器中的型号为GT16G80，可重复擦写10万次以上。

二、芯片特点

接口与排列

• 数据总线采用SPI串行总线接口，方便与其他设备进行通信。
• 点阵排列方式为竖置横排，这种排列方式在显示汉字等字符时具有独特的优势。

电气特性

• 时钟频率最大可达120MHz（@3.3V），能满足高速数据传输的需求。
• 工作电压范围为2.7V - 3.6V，具有较宽的电压适应范围。
• 工作电流为12mA，待机电流仅5uA，功耗较低。
• 工作温度范围是 -40℃ - 85℃，能适应较为恶劣的环境。

封装与字符集

• 封装形式为SOP8 - B。
• 字符集丰富，涵盖中文GB18030，字号为16x16点阵，同时兼容UNICODE。

三、芯片内容

芯片包含多种字符集和字库，具体如下：	字符集	字库	字号	字符数	字体	排列方式
ASCII	5x7	96	标准	Y - 竖置横排
ASCII	7x8	96	标准	Y - 竖置横排
ASCII	7x10	96	打印机字体	Y - 竖置横排
ASCII	7x12	96	打印机字体	Y - 竖置横排
ASCII	8x16	96	标准	Y - 竖置横排
ASCII	8x16	96	粗体	Y - 竖置横排
ASCII	16x32	96	标准	Y - 竖置横排
ASCII	16x32	96	粗体	Y - 竖置横排
ASCII	16点阵不等宽	96	方头(Arial)	Y - 竖置横排
GB18030	GB18030汉字	16x16	27484	宋体	Y - 竖置横排
GB18030	GB18030字符	16x16	1038	宋体	Y - 竖置横排
Unicode -> GBK转码表	-	-	20902 + 1038	-	-
BIG5 -> GBK转码表	-	-	13468	-	-

四、操作指令

指令参数

指令	描述	指令码(单字节)	地址字节数	虚拟字节数	数据字节数
Read Data Bytes	一般读取	03h	3	-	1 到 ∞
Fast Read Read Data Bytes at Higher Speed	快速读取点阵数据	0Bh	3	1	1 到 ∞
WREN	写使能	06h	-	-	-
WRDI	写非能	04h	-	-	-
PP	页写入	02h	3	-	1 到 256
SE	扇区擦除	20h	3	-	-
BE	块擦除(64K)	D8h	3	-	-
CE	芯片擦除	60H/C7H	-	-	-

具体指令操作

• 一般读取（Read Data Bytes）：先将片选信号(CS#)置低，接着通过串行数据输入引脚(SI)移位输入1个字节的命令字(03h)和3个字节的地址，每一位在串行时钟(SCLK)上升沿被锁存。然后该地址的字节数据通过串行数据输出引脚(SO)移位输出，每一位在串行时钟(SCLK)下降沿被移出。读取字节数据后，将片选信号(CS#)置高结束操作；若片选信号(CS#)保持低电平，下一个地址的字节数据会继续输出。
• 快速读取点阵数据（Read Data Bytes at Higher Speed）：片选信号(CS#)置低后，输入1个字节的命令字(0Bh)、3个字节的地址以及一个字节的Dummy Byte，后续操作与一般读取类似。例如读取一个15x16点阵汉字需要32Byte，连续读取32个字节后结束操作。
• 写使能（Write Enable）：CS#变低，发送Write Enable命令（06h），然后CS#变高。
• 写非能（Write Disable）：CS#变低，发送Write Disable命令（04h），然后CS#变高。
• 页写入（Page Program）：CS#变低，发送Page Program命令（02h），接着发送3字节地址，再发送数据，最后CS#变高。
• 扇区擦除（Sector Erase）：CS#变低，发送Sector Erase命令（20h），发送3字节地址，然后CS#变高。

芯片状态相关

• 读芯片状态时序：发送命令05H，然后读取芯片状态寄存器的B7 - B0位。
• 芯片状态寄存器说明：Status Reqister的B0位（WIP）可用于判断芯片是否处于忙状态，WIP为1时表示忙，为0时表示空闲。

五、自由可读写空间

存储组织

每设备有1M字节，分为16块，每块64K字节；每块包含16个扇区，每个扇区4K字节；每个扇区有16页，每页256字节。

存储块、扇区结构

块和扇区有对应的地址范围，例如块255的地址范围是0x0FF000 - 0x0FFFFF，块0的地址范围是0x000000 - 0x000FFF等。

六、引脚描述与电路连接

引脚配置

采用SOP8 - B封装，引脚分别为CS#（片选输入）、SO（串行数据输出）、NC（悬空）、GND（地）、SI（串行数据输入）、SCLK（串行时钟输入）、HOLD#（总线挂起）、VCC（电源 + 3.3V）。

引脚功能

• 串行数据输出(SO)：数据在时钟的下降沿移出。
• 串行数据输入(SI)：数据在时钟的上升沿移入。
• 串行时钟输入(SCLK)：数据在时钟上升沿移入，下降沿移出。
• 片选输入(CS#)：所有串行数据传输开始于CS#下降沿，传输期间保持低电平，两条指令之间保持高电平。
• HOLD#：用于片选信号有效期间暂停数据传输，当HOLD#信号变为低且串行时钟信号(SCLK)处于低电平时，进入总线挂起状态；当HOLD#信号变为高且串行时钟信号(SCLK)处于低电平时，结束总线挂起状态。

SPI接口与主机接口参考电路

SPI与主机接口电路连接可参考相应示意图，HOLD管脚建议接2K电阻3.3V拉高。

七、电气特性

绝对最大额定值

参数	最小值	最大值	单位	条件
TOP（工作温度）	- 40	85	℃	-
TSTG（存储温度）	- 65	150	℃	-
VCC（电源电压）	- 0.3	3.6	V	-
VIN（输入电压）	- 0.3	VCC + 0.3	V	-
GND（电源地）	- 0.3	0.3	V	-

DC特性

在 (T_{OP}=-40^{circ} C) 到85℃，GND = 0V的条件下：	参数	最小值	最大值	单位	条件
IDD（VCC电源电流 - 工作）	12	-	mA	-
ISB（VCC电源电流 - 待机）	5	-	uA	-
VIL（输入低电压）	- 0.3	0.3VCC	V	-
VIH（输入高电压）	0.7VCC	VCC + 0.4	V	-
VOL（输出低电压）	0.4	-	V	IOL = 1.6mA，VCC = 2.7 - 3.6V
VOH（输出高电压）	0.8VCC	-	V	IOH = - 100uA
ILI（输入泄漏电流）	0	2	uA	-
ILO（输出泄漏电流）	0	2	uA	-

AC特性

参数	最小值	最大值	单位
Fc（时钟频率）	D.C.	120	MHz
tCH（时钟高时间）	4	-	ns
tCL（时钟低时间）	4	-	ns
tCLCH（时钟上升时间）	0.2 V/ns	-	-
tCHCL（时钟下降时间）	0.2 V/ns	-	-
tSLCH（CS#有效建立时间）	5	-	ns
tCHSL（CS#非有效保持时间）	5	-	ns
tDVCH（数据输入建立时间）	2	-	ns
tCHDX（数据输入保持时间）	2	-	ns
t CHSH（CS#有效保持时间）	5	-	ns
t SHCH（CS#非有效建立时间）	5	-	ns
t SHSL（CS#取消选择时间）	20	-	ns
t SHQZ（输出禁用时间）	6	-	ns
t CLQV（时钟低到输出有效时间）	6.5	-	ns
t CLQX（输出保持时间）	0	-	ns

八、封装尺寸

芯片采用SOP8 - B封装，尺寸为5.28mmX7.90mm(206milX311mil)，详细尺寸参数见文档中的表格。

九、字库排置

点阵排列格式

每个汉字以点阵字模形式存储，每个点用一个二进制位表示，存1的点显示亮点，存0的点不显示。点阵排列为竖置横排，一个字节的高位表示下面的点，低位表示上面的点，排满一行后再排下一行。

15X16点汉字排列格式

15X16点汉字信息需32个字节表示，其点阵数据竖置横排，具体排列结构有详细说明。

16点阵不等宽ASCII方头(Arial)字符排列格式

16点阵不等宽字符信息需34个字节表示，BYTE0 - BYTE1存放点阵宽度数据，BYTE2 - 33存放竖置横排点阵数据。根据BYTE0 - BYTE1的宽度数据，可对下一个字的显示或排版提供参考。

十、点阵数据验证

客户可将芯片内“A”的数据调出与给定数据对比。若一致，表示SPI驱动正常工作；若不一致，则需重新编写驱动。排置为Y（竖置横排）、点阵大小8X16的字母“A”点阵数据为00 E0 9C 82 9C E0 00 00 0F 00 00 00 00 00 0F 00；排置为W（横置横排）、点阵大小8X16的字母“A”点阵数据为00 10 28 28 28 44 44 7C 82 82 82 82 00 00 00 00。

GT31L16M1Y80标准点阵汉字库芯片在汉字显示等应用场景中具有重要作用，电子工程师们在设计相关产品时，可依据上述特性和参数进行合理选择和应用。大家在实际使用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。