课件：显示接口技术.ppt

第3章 显示接口技术,LED显示器 LCD显示器,LED显示器,LED显示器的结构与工作原理 LED显示的接口电路 实践与思考,LED显示器的结构与工作原理,LED显示器又称数码管，它由8只发光二极管组成。7只发光二极管排成“8”字形，另一只构成小数点，各字形段标记如图(a)所示。通过不同的组合，可用来显示数字09、字母AF及小数点等。,将各段发光二极管的阴极连在一起的称为共阴极显示器，如图3.1(b)所示，用高电平驱动；将阳极连在一起的称为共阳极显示器，如图3.1(c)所示，用低电平驱动。,字形码,用于输出点亮相应字段的数码（电平）称为字形码，字形码各位的定义如表所示。,右表所示为显示字形与共阳、共阴两种接法的字形码的对应关系。,字形码,LED显示的接口电路,静态显示 动态显示 实践与思考,静态显示,静态显示，是指显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定地导通，显示器的公共端接固定的有效电平，即共阴极的公共端接低电平，共阳极的公共端接高电平。静态显示有并行输出和串行输出两种方式。,并行输出的静态显示电路 2. 串行输出的静态显示电路,并行输出的静态显示电路,如图所示为并行输出的3位共阳LED静态显示接口电路。,3片74LS373的地址分别为1FFFH、3FFFH、5FFFH,对于静态显示方式，LED显示器由接口芯片直接驱动，采用较小的驱动电流就可以得到较高的显示亮度。但是，并行输出显示的十进制位数多时，需要并行I/O接口芯片的数量较多。,并行输出的静态显示电路,应用程序 功能： 将3位压缩BCD码数据送3位LED显示器显示，设BCD码存放地址为20H、21H，存储格式为低位在低位地址。,应用程序清单,程序分析与思考。 认真分析与阅读程序，修改接口电路，使得LED显示器接口地址是连续的，并优化并行显示子程序。,串行输出的静态显示电路,采用串行输出可以大大节省单片机的内部资源。图为串行输出3位共阳LED显示器接口电路。,串并转换器采用74LSl64，无须添加其他驱动电路，可直接驱动LED。TXD为移位时钟输出，RXD为移位数据输出，Pl.0作为显示器允许控制输出线。每次串行输出24位（3个字节）的段码数据。,应用程序功能：将3位压缩BCD码数据送3位LED显示器显示，设BCD码存放地址为20H、21H，存储格式为低位在低位地址。,程序清单,动态显示,当显示器位数较多时，可以采用动态显示。所谓动态显示，就是一位一位地轮流点亮各位显示器。对于每一位显示器而言，每隔一段时间点亮一次。虽然在同一时刻只有一位显示器在工作，但由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉，看到的却是多个字符“同时”显示。,6位动态LED显示接口,图3.4为6位动态LED与单片机的接口逻辑图。单片机的POD作为扫描口（字位口），经反相驱动器7406接显示器公共极。单片机的P1口作为段数据口（字形口），经同相驱动器7407接显示器的各个极。,单片机内部RAM中设置了6个显示缓冲单元79H7EH，存放6位欲显示的字符数据。P0口扫描输出中只有一位为高电平，以选中相应的字位。P1口输出相应位的显示字符段数据，使该位显示出相应字符，其他位为禁止。依次改变P0口输出为高电平的位及P1口输出对应的段数据，6位LED显示器就可以显示出缓冲器中字符数据所确定的字符。,6位动态LED显示接口,应用程序功能：将6位压缩BCD码送6位动态LED显示电路显示，数据存放首址为20H，数据存储格式为低位数据在低位地址。,程序清单,程序分析与思考 修改程序实现双“8”左移循环显示。 修改程序，6位LED显示字符“APPLE_”。,实践与思考,设计一个8位抢答器。 1功能要求 （1）有抢答控制按钮。 （2）有抢答成功提示音与抢答显示。 （3）有抢答不成功提示音。 （4）有违例抢答报警声及显示。 2实践要求 （1）工程设计并撰写报告。 （2）设计PCB图，制作PCB板。 （3）选购元器件，焊接与调试。,LCD显示器,LCD概述 段式显示LCD 字符型LCD 图形LCD,LCD概述,1LCD显示器的特性 （1）低压微功耗。工作电压只有35V，工作电流只有几个微安。 （2）平板型结构。LCD显示器是由两片平行玻璃组成的夹层盒，面积大小可定，适合大批量生产，安装时占用位置小。 （3）被动显示。LCD本身不发光，而是靠调制外界光进行显示的。因此适合人的视觉习惯，不会使人眼疲劳。 （4）显示信息量大。LCD显示器，其像素可以做得很小，相同面积上可容纳更多信息。 （5）易于彩色化。 （6）没有电磁辐射。在其显示期间不会产生电磁辐射，对环境无污染，有利于人体健康。,LCD概述,2LCD结构原理与种类 平板型LCD是将液晶材料封装在上、下导电玻璃之间，液晶分子平行排列，上、下扭90。当外部入射光线通过上偏振片向后形成偏振光，该偏振光通过平行排列的液晶材料后被旋转90，再通过与上偏振片垂直的下偏振片，被反射板反射回来，呈透明状态；当上、下电极加上一定的电压，电极部分的液晶分子转成垂直排列，失去旋光性，从上偏振片入射的偏振光不被旋转，光无法通过下偏振片返回，因而呈黑色。LCD显示器可分为段式、字符型与图形LCD三种，如图所示。,(a) 段式 (b) 字符型 (c) 图形,段式显示LCD,段式LCD显示原理 与单片机的接口电路与接口程序 应用举例 实践与思考,段式LCD显示原理,段式LCD显示原理与段式（笔画式）LED的显示原理是一致的，只是数据位与控制的笔画有所不同而已，如图所示。显示字符与字形码的对应关系如表所示。当需要在某位置显示某数字时，只需将该数字对应的字形码串行送到对应的位置即可。,段式显示器的显示原理,段式LCD显示原理,段式显示器的外形与引脚,下图所示为太阳人公司出品的串行输入显示器SMS0501的外形图，它的特点是内有显示控制芯片，接口简单，编程容易。 SMS0501内的显示控制器实际上就是一个对应LCD 8位段（小数点一位）显示的5个串联的8位移位寄存器。D1为串行输入数据端，CLK为串行时钟输入端。通过D1与CLK输入端可串行输入58位数据，对应5位显示位。,与单片机的接口电路与接口程序,SMS0501与单片机的接口电路。,接口程序 入口标号地址为DSLCD，显示缓冲区的起始符号地址为LCDBUF，程序的功能就是将显示缓冲区的数据，通过查表取得其对应的字形数据，通过P1.5、P1.6串行输入到LCD控制器中。,引脚与缓冲区地址定义 CLKPIN BIT P1.6 ；用户自定义CLK对应引脚 D1PIN BIT P1.5 ；用户自定义D1对应引脚 LCDBUF EQU 10H ；用户自定义LCD缓冲区首址 LCDBUFEND EQU LCDBUF+(N-1) ；用户自定义LCD缓冲区末地址（N表示几位 显示缓冲器区，在SMS0501中，N是5）,接口程序清单,应用举例,任务：利用51单片机的定时/计数器功能设计一个频率计，单位为Hz（脉冲数/秒），计数值送LCD显示（设fosc=12MHz）。 1. 设计思路 1）用T0定时/计数器做秒定时器，工作在中断方式，每次定时中断时间为0.05s，累计20次构成1s。 （2）用T1定时/计数器作计数器，计数脉冲由T1（P3.5）端输入。 （3）每1s读一次T1计数器的状态值，也即为输入脉冲的频率值，经转换为十进制后，送5位段式LCD显示器显示。将脉冲频率值转换为十进制，再送LCD显示。,应用举例,2程序设计 （1）程序流程图 （2）程序说明 16位二进制转十进制子程序。 入口地址：EZS 入口参数：30H、31H，高字节地址在前，低字节地址在后 出口参数：32H、33H、34H，高字节地址在前，低字节地址在后 BCD码拆送子程序。 入口地址：PTDS 入口参数：A，R0 出口参数：R0（间接寻址），指示下一个数据的存放首地址。 LCD显示子程序。 入口地址：DSLCDXS 入口参数：R0（间接寻址），LCD显示缓冲区首址赋值给R0。,（3）程序清单,实践与思考,1按应用举例，连接或制作硬件电路，编辑与运行程序，测试电路，写出测试报告。 2登录长沙太阳人公司网站，选择一款合适的段式LCD，设计一个电脑时钟电路。 （1）功能要求： 有时、分、秒显示。 有时、分、秒设置功能。 有整点报时功能,字符型LCD,字符型LCD概述 字符型 LCD接口设计 应用程序 实践与思考,字符型LCD概述,以HD44780 控制的字符型LCD为例，介绍字符型LCD的特性与应用。 1. LCD的显示类型 一般来说，HD44780 能提供有以下几种显示类型：16字1行、20字1行、20字2行、24字2行、40字2行。 2LCD的特性 3引脚说明 4LCD内部的内存 5LCD内部寄存器 6控制方式 7控制命令,LCD的特性,（1）+5 V供电，亮度可调整。 （2）内藏振荡电路，系统内含重置电路。 （3）提供各种控制命令，如清除显示器、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。 （4）显示用数据RAM共有80个字节。 （5）字符产生器ROM（CGROM）有160个57点阵字形。 （6）字符产生器RAM（CGRAM）可由用户自行定义8个57的点阵字形。,引脚说明,（1）D0D7：双向的数据总线，LCD数据读写方式可以分为8位及4位两种，以8位数据进行读写则D0D7皆有效，若以4位方式进行读写，则只用到D7D4。 （2）RS：寄存器选择控制线，当RS=0时，并且做写入的动作时，可以写入指令寄存器；若RS=0，且做读取的动作时，可以读取忙碌标志及地址计数器的内容。如果RS=1则用于读写数据寄存器。 （3）R/W：LCD读写控制线，R/W=0时，LCD执行写入的动作，R/W=1时则做读取的动作。 （4）EN：使能信号，高电平动作。 （5）Vo：亮度调整电压输入控制引脚，当输入0V时字符显示最亮。,LCD内部的内存,LCD内部存储器共分为3种：固定字形ROM，称为CG（Character Generator）ROM、数据显示RAM，称为DD（Data Display）RAM、用户自定义字形RAM，称为CG RAM。 （1）CGROM。CGROM内存储着192个57点阵的字形，这些字形均已固定，例如将“A”写入LCD中，就是将“A”的ASCII码41H写入DDRAM中，控制芯片就会自动至CGROM中将“A”的字形点阵数据找出来而显示在LCD上。 （2）DDRAM。DDRAM内用来存储写入LCD内部的字符，DDRAM的地址分布从00H67H，分别代表LCD的各列位置，例如我们要将“A”写入第2行的第l个位置，就先设置DDRAM地址为40H，而后写入41H至LCD即可。 （3）CGRAM。此区域只有64字节，可将用户将自行设计的字形写入LCD中，一个字的大小为57点阵，共可以存储8个字形，其显示码为00H07H。,LCD内部寄存器,（1）指令寄存器（Instructiong Register，IR）与数据寄存器（Data Register，DR）：指令寄存器和数据寄存器都是8位的寄存器，IR寄存器用来储存指令代码或地址；DR寄存器则是作为写入存储器或从存储器中读取数据的数据缓冲区。从外部要对LCD模块控制时，是由RS引脚来选择数据引脚D7D0的信号，用来对IR寄存器或DR寄存器做写入或读取。 （2）忙碌标志（Busy Flag，BF）。当LCD模块内部处于忙碌状态，不能接收或处理外部信号时，这个标志就会被设定为1，当BF=0时，才可以对LCD模块进行控制。 （3）地址计数器（Address Count，AC）。LCD模块显示的每一个字符位置都会有一个地址，地址计数器记录了这个地址，在数据写入或读取的动作完成后，AC的值会递减或递增1，可以在LCD初始化时设定。,控制方式,通过CPU来控制LCD模块，LCD模块其内部可以看成有两组寄存器，一个为指令寄存器，一个为数据寄存器，由RS引脚来控制。所有对指令寄存器或数据寄存器的存取均需检查LCD内部的忙碌标志（Busy Flag），此标志用来告知LCD内部正在工作，不允许接收任何的控制命令。而此位的检查可以令RS=0时，读取D7来加以判断，当此位为0时，才可以写入指令寄存器或数据寄存器。,控制命令,（1）清屏（Clear Display）。,代码：0lH，该指令完成下列功能： 将空码（20H）写入DDRAM的全部80个单元内。 将地址指针计数器AC清零，光标或闪烁归home位。 设置输入方式参数I/D=l，即地址指针AC为自动加l输入方式。,（2）归home位（Return Home）,代码：02H，该指令将地址指针计数器AC清零。执行该指令的效果有：将光标或闪烁位返回到显示屏的左上第一字符上，即DDRAM地址00H单元位置 。,控制命令,3）输入方式设置（Enter Mode Set）,代码：04H07H，该指令的功能在于设置了显示字符的输入方式 ：,I/D=0，AC为减1计数器，光标左移一个字符位。 I/D=1，AC为增1计数器，光标右移一个字符位。 S=0，禁止滚动。 S=1，允许滚动。 S=1且I/D=0，显示画面向右滚动一个字符位。 S=1且I/D=1，显示画面向左滚动一个字符位。,注意,画面滚动方式在单片机读DDRAM数据或读/写CGRAM时无效，在单片机读DDRAM数据或在读/写CGRAM数据时，建议将S置0。,控制命令,（4）显示状态设置（Display on/off Control）,代码：08H0FH，该指令有3个状态位D、C、B控制着画面、光标及闪烁的开与关。 D 画面显示状态位。当D=1时为开显示，D=0时为关显示。注意关显示仅是画面不出现，而DDRAM内容不变。这与清屏指令截然不同。 C 光标显示状态位。当C=1时为光标显示，C=0时为光标消失。光标的位置由地址指针计数器AC确定，并随其变动而移动。当AC值超出了画面的显示范围，光标将会随之消失。 B 闪烁显示状态位。当B=l时为闪烁启用，B=0时为闪烁禁止。闪烁频率在控制器工作频率为250kHz时为2.4Hz。闪烁位置同光标一样受地址指针计数器AC的控制。,控制命令,（5）光标或画面滚动（Cursor or Display Shift）,执行该指令将产生画面或光标向左或向右滚动一个字符位。 该指令有两个参数位： S/C滚动对象的选择。 S/C=1，画面滚动。 S/C=0，光标滚动。 R/L滚动方向的选择。 R/L=1，向右滚动。 R/L=0，向左滚动。,控制命令,（6）工作方式设置（Function Set）,该指令设置控制器的工作方式 DL设置控制器与单片机的接口形式。接口形式体现在数据总线长度上。 DL=l时设置数据总线为8位长度，即D7D0有效。 DL=0时设置数据总线为4位长度，即D7D4有效。在该方式下8位指令代码和数据将按先高4位后低4位顺序分两次传输。 N设置显示的字符行数。 N=0为一行字符行。 N=1为两行字符行。 F设置显示字符的字体。 F=0为57点阵字符体。 F=1为510点阵字符体。,该指令可以说是字符形液晶显示控制器的初始化设置指令，也是唯一的软件复位指令。,控制命令,（7）CGRAM地址设置（Set CGRAM Address）,该指令将6位的CGRAM地址写入地址指针计数器AC内，随后单片机对CGRAM进行读/写操作。,（8）DDRAM地址设置（Set DDRAM Address）,该指令将7位的DDRAM地址写入地址指针计数器AC内，随后单片机对DDRAM进行读/写操作。,控制命令,（9）读“忙”标志和地址指针（Read Busy Flag and Address）,单片机对指令寄存器通道读操作（RS=0，R/W=l）时，将读出此格式的“忙”标志BF值和7位地址指针计数器AC的当前值。BF值反映HD44780U的接口状态。 单片机读出的地址指针计数器AC当前值可能是DDRAM地址或CGRAM的地址，这取决于最近一次单片机向AC写入的地址类型。,（10）写数据（Write Data to CG or DD RAM）,向数据寄存器通道写入数据，HD44780U根据当前地址指针计数器AC值的属性及数值，将该数据送入相应的存储器内的AC所指的单元中。如果AC值为DDRAM地址指针，则认为写入的数据是字符代码并送入DDRAM内AC所指的单元中；如果AC值为CGRAM的地址指针，则认为写入的数据是自定义字符的字模数据并送入CGRAM内AC所指的单元中。,单片机在写数据操作之前要做两项工作：其一是设置或确认地址计数器AC值的属性及数值，以保证所写数据能够正确到位；其二是设置或确认输入方式，以保证写入数据时AC值的修改方式符合要求。,注意,控制命令,（11）读数据（Read Data from CG or DD RAM）,HD44780U把当前AC所指单元的内容送到接口部分数据输出寄存器内，供单片机读取。如果AC值为DDRAM地址指针，则认为接口部分数据输出寄存器的数据为DDRAM内AC所指单元的字符代码；如果AC值为CGRAM地址指针，则认为接口部分数据输出寄存器的数据为CDRAM内AC所指单元的字模数据。,单片机在写数据操作之前要做两项工作：其一是设置或确认地址计数器AC值的属性及数值，以保证所写数据能够正确到位；其二是设置或确认输入方式，以保证写入数据时AC值的修改方式符合要求。,注意,（12）操作流程图（Diagram）,根据HD44780U的接口特性，单片机对其操作有两种形式：一种为8位数据总线形式，另一种为4位数据总线形式。,操作流程图,字符型 LCD接口设计,LCD接口设计可以分为8位及4位控制方式，传统的控制方式是用8位D0D7数据线来传送控制命令及数据，而使用4位控制方式是使用D4D7数据线来传送控制命令及数据，减少了单片机的I/O控制线，省下来的控制线可以做其他硬件的设计。使用4位数据线做控制时需分两次来传送，先送出高4位数据，再送出低4位数据。,字符型 LCD接口设计,图为4位控制电路，以8051 P0口的6条输出控制线来实现控制，P0口输出端还接有上拉电阻以增加其驱动能力，控制信号说明如上。,1. R/W LCD读/写控制线 2. RS 寄存器选择控制线 3. EN 启用控制线 4. VO亮度调整控制引脚 5. D0D7双向的数据总线,应用程序,1. 程序功能 程序执行后LCD显示屏出现如右文字：,2. 程序说明与变量定义,（1）子程序入口地址。 SET_LCD：LCD初始化并做显示测试 INIT_LCD1：LCD指令设置初始化 WDATA：数据写入子程序 WCOM：指令写入子程序 LCD_PRINT：LCD显示子程序 LED_BL：LED闪动子程序 LCDP1：第一行特定位置显示字符子程序 LCDP2：第二行特定位置显示字符子程序 （3）程序清单,（2）变量定义。 RS：LCD RS引脚 EN：LCD EN引脚 WLED：工作指示灯引脚,实践与思考,1按3.2.4.2要求连接电路，按3.2.4.3编辑程序，下载与运行程序，对电路、程序进行调试。接着再调试“程序分析与思考”中要求的功能程序。 2用字符形LCD作显示，设计一个电脑时钟。 （1）功能要求。 有时、分、秒显示。 有时、分、秒设置功能。 有秒表功能。 4组闹铃功能。 （2）实践要求。 撰写工程设计报告。 制作计算机时钟。,图形LCD,ZY12864D 液晶显示器的技术参数与性能 ZY12864D模块的内部结构与外部接口引脚 ZY12864D模块控制指令 ZY12864D液晶应用举例 字模生成程序简介 实践与思考,以ZY12864D图形点阵液晶显示器为例介绍图形显示器的基本结构与使用方法。,ZY12864D 液晶显示器的技术参数与性能,ZY12864D显示器是一种图形点阵型液晶显示器，它主要由行驱动器/列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成，可完成图形显示，也可显示84个（1616点阵）汉字，EL背光源。主要技术参数与性能如下： （1）电源：VDD为+5V，模块内自带10V负电压，用于LCD的驱动电压。 （2）显示点阵：128（列）64（行）。 （3）控制指令：7种指令。 （4）接口：8位并行输入/输出数据总线，8条控制线。 （5）占空比：1/64。 （6）工作温度：10+50。,ZY12864D模块的内部结构与外部接口引脚,1. 内部结构,ZY12864D模块组成框图,ZY12864D模块电源部分接口图,IC1为行驱动器，IC2、IC3为列驱动器。外部CPU通过13根线对模块进行控制。其中D0D7为8位并行数据总线，E、R/W、D/I、CSA、CSB为控制总线。,模块及其LED背光源均由外部+5V电源提供。调节外接的电位器VR的阻值，可以控制LCD模块显示图形的清晰度。S为背光源的控制开关。,ZY12864D模块的内部结构与外部接口引脚,2. 模块的外部接口,外部接口引脚及其功能如下表所示：,ZY12864D模块控制指令,1. 显示开关控制,D=1：开显示，即指可以对显示器进行各种显示操作； D=0：关显示，即指不能对显示器进行各种显示操作。,2. 设置显示起始行,本指令用于指定显示器起始行数据的DDRAM地址，执行该指令时，A5A0值自动送Z地址计数器，起始行的地址可以是063行的任意一行。,例如：设A5A0值为62，则显示行与DDRAM行的对应关系如下： 屏幕显示行：1 2 3 4 62 63 DDRAM 行：62 63 0 1 60 61,ZY12864D模块控制指令,3. 设置页地址,页地址就是DDRAM的行地址区域，8行为一页，模块共64行即8页，由指令中A2A0来设定。页地址由本指令或RST信号改变，复位后页地址为0。页地址与DDRAM行的关系如表所示。,ZY12864D模块控制指令,4. 设置Y地址,本指令的作用是将A5A0送入Y地址计数器，作为外部CPU读/写DDRAM的Y地址指针。在对DDRAM进行读/写操作后，Y地址指针自动加1，指向下一个DDRAM单元。,5读状态,当R/W=1、D/I=0时，在E信号为“1”的作用下，控制IC的状态分别输出到数据总线D7D0上。 BUSY 0：准备好，1：内部忙。 ON/OFF 1：显示开，0：显示关。 RST 1：表示内部正在初始化，此时组件不接收任何指令和数据。,ZY12864D模块控制指令,6. 写显示数据,D7D0为显示数据，此指令把D7D0写入X、Y地址指定的DDRAM单元中，且Y地址自动加1。,7. 读显示数据,此指令将X、Y地址指定的DDRAM单元