基于51单片机的液晶显示器.doc

LCD 显示控制系统设计 LCD 显示控制系统设计 LCD Display Control System 目目 录录 摘要 I ABSTRACT II 第一章 概述 1 1 1 系统背景 1 1 2 系统概述 2 第二章 方案论证 3 2 1 字模数据的存储 3 2 2 通信电路 4 第三章 液晶显示模块简介 5 3 1 显示控制器 6 3 2 列驱动方式 11 3 3 行驱动方式 12 第四章 硬件设计 13 4 1 硬件电路设计要求 13 4 2 总体电路设计构架 13 4 3 单片机与液晶显示模块接口 13 4 4 单片机与计算机的通信接口 14 4 5 电源电路 15 第五章 系统软件设计 16 5 1 内置 T6963C 控制器软件特性 16 5 2 初始化子程序设计 20 5 3 串行通信子程序设计 21 5 4 显示控制子程序设计 21 第六章 系统调试 23 6 1 分步调试 23 6 2 系统统一调试 23 结 束 语 24 附 录 25 参考文献 30 致 谢 31 摘 要 本文研制一种基于 51 单片机实时控制的 LCD 液晶显示屏控制系统 硬件系统由单 片机最小系统和液晶显示系统组成 PC 机进行显示内容的编辑和字模数据的提取 液 晶显示系统由主控模块 T6963C 和 LCD 液晶显示模块接口电路组成 主控模块负责接收 单片机字模数据并控制各显示模块工作 显示模块以 T6963C 主控制器为核心 控制 LCD 液晶显示屏显示 为了方便系统扩展 各模块之间的连接采用接插式结构 单片 机与 PC 机之间采用 RS232 标准接口进行数据和命令的串行通信 本文不仅从总体上对 系统进行了整体规划 还以其中一个实例详细介绍了 PC 机字模的提取 字模数据的发 送 单片机串行接收数据 液晶显示屏的显示等部分的软硬件设计及实现过程 本系 统的设计优点硬件电路简单 软件功能完善 控制系统可靠 性价比较高等特点 具 有一定的使用和参考价值 关键词关键词 液晶显示器 89C51 串行通信 单片机 Abstract This article designs with develops one kind based on 51 SCM Single Chip Microcomputer the real time control LCD display monitor control system This system is composed by on SCM small system and LCD display system on the PC machine carries on the demonstration content the edition and matrix data withdrawing LCD display system controls the module and certain LCD by the host demonstrated the module T6963C composes the host controls the module T6963C to be responsible for in the receive the SCM matrix data and controls each demonstration module work demonstrated the module take the host controls the module T6963C as a core controls the LCD display monitor display In order to the convenient system expands between various modules connection uses meets inserts the type structure between the SCM and PC machine to use the RS 232 standard to carry on the data and the order serial communication This article not only has carried on the whole plan from the overall to the system but also in detail introduced take module design as the example the PC machine matrix withdraws the matrix data transmission the monolithic integrated circuit serial receive data the LCD display monitor display and so on the partial software and hardware design and the realization process Its advantage hardware circuit is simple the software is with perfect function the control system is reliable higher characteristic of the sex price and has certain use and reference value Keyword LCD 89C51 serial communication SCM Single Chip Microcomputer 1 概述 1 1 系统背景 液晶显示器件在中国已有二十余年的发展历史 二十余年来 液晶显示器 件从实验室走向大规模生产集团 形成了独立的产业部门 现在 液晶显示几 乎已经应用于生产 生活的各个领域 人们几乎时时处处都要与这一神奇而又 普通的面孔打交道 液晶显示是集单片机技术 微电子技术 信息处理于一体的新型显示方式 由于液晶显示器具有低压低功耗 显示信息量大易于彩色化 无电磁辐射 长 寿命 无污染等特点 LCD是目前显示产业中发展速度最快 市场应用最广的显 示器件 成为众多显示媒体中的佼佼者 在越来越多的领域中发挥作用 是目 前显示器件中一个理想的选择 LCDLCD在监控系统中的应用在监控系统中的应用 目前大多数监控系统自带的显示系统为LED数码 管显示 这样显示效果比较单一 只能显示监控系统的测量值 而LCD液晶显示 器不仅可以显示数值 汉字等 并且可以显示文本和图形 利用LCD和键盘实现 人机交互 使监控系统独立工作成为可能 通过监控系统对现场的单回路控制 器进行参数设置 对各个单回路控制器的工作进行监控 LCDLCD在时钟中的应用 在时钟中的应用 在日常生活中我们会经常看到时间的显示 这些显示 大都是采用液晶显示器来显示的 而对其中的汉字无法用显示来解决 我们利 用LCD液晶模块制成的小屏幕实现了时间的显示 显示格式为 时时 分分 秒 秒 另外 可以增加闹钟功能 时间到了则产生音乐声 还可以增加万年历 显示 年月日 等多项功能 LCDLCD 在大屏幕显示中的应用 在大屏幕显示中的应用 大屏幕显示的应用范围极广 随着社会发展 公众生活的加强 人们对能够面向广大公众传递信息的显示装置越来越感到必 需 使用液晶投影显示大屏幕 不仅有投影仪 指挥用大屏幕 还有液晶投影 彩色电视 它可以用一个体积很小的系统装置 实现 100 英寸以上的非常漂亮 的大屏幕电视显示 它与传统的显示媒体相比 具有分辨率极高 透过性好 显示内容丰富 彩色易于控制等优点 随着计算机技术及电子通信技术的发展 LCD 显示屏作为一种新的传媒工具 现已经 应用到商业 军事 车站 宾馆 体育 新闻 金融 证券 广告以及交通运输等许多行 业 大到几十平方米的大屏幕 小到家庭影院用的图文显示屏 以及政府部门应用的电子 黑板 证券 银行等部门用的信息数字混合屏 LCD 显示屏带来广泛的社会效益和经济效 益 具有良好的发展前景 1 2 系统概述 本实验系统分为单片机最小系统板和液晶显示屏两部分 单片机最小系统 负责接收个人计算机所编辑的文本及内容 通过 RS232 串行接口通信完成单片 机与 PC 机之间的数据传送 而个人计算机 即 PC 机 主要完成显示内容的 编辑 字符码的查找 字符数据的发送等工作 基于 Windows 操作系统下的文 本编辑软件有很多种 例如 记事本 Micorsoft Word 写字板等 我们可以 采用任何一种编辑软件将要显示的内容 包括汉字 中英文字母 标点符号等 编辑成一个文本文件 然后通过已经编写好的应用程序在特定的字库中依次搜 索到文本文件中的内容 并且取出该字符的字模数据 此项工作称为字模数据 的提取 字模数据文件的生成也就是将取出的字模按顺序存放到一个十六进制 文件中 字符数据建立好之后将其存放在 PC 机的硬盘上 等到需要的时候通过 串行通信软件将字符数据文件发送给液晶显示系统模块 LCD 显示屏包括主控制模块和 LCD 液晶显示模块 主控制模块负责接收单 片机发送过来的字模数据文件 并且协调各个 LCD 液晶显示模块工作 主控制 器模块的核心是 T6963C 控制器 为了存储字模数据还在主控制器模块中扩展了 一片 8K 存储器芯片 6264 LCD 液晶显示模块由两片行驱动器 T6A40 和三片列驱 动器 T6A39 进行驱动 该模块一边接收主控制模块的数据 一边将数据送 LCD 液晶显示屏显示 为了方便系统的扩展 各模块之间采用串行口接收数据 并 且接到系统串行总线上 本系统主要是实现单片机与液晶显示模块之间的接口技术 可以采用间接控 制方式完成 将液晶显示模块接口与单片机系统板中的某个并行 I O 接口连接 计算机通过对该 I O 接口的操作间接的实现对模块的控制 2 方案论证 此 LCD 液晶显示控制系统设计的关键是要实现 LCD 的显示控制 应该先从显示方式 的确定入手 接下来设计相应显示方式的电路 要实现显示内容的实时更新 就必须考虑 字模数据的存储及通信电路的设计 下面从这两个方面逐个论证不同的方案 2 1 字模数据的存储 由于 89C51 单片机内部程序存储器 ROM 只有 4K 空间 本设计采用 16 16 点阵显示一个汉字 每一行需要两个字节数据 一个汉字占 16 2 32 字节 汉字一共有 6000 多个 不可能将庞大的汉字字库存入在单片机内部 即 使将预先要显示的内容存入 ROM 中 也不便于实时控制 所以只有考虑扩展外 部数据存储器 方案一 方案一 采用标准字库 制作一个专用硬字库 这种方法仿效中文 DOS 的 办法 将一个标准的汉字库装入 ROM 存储器 再根据汉字的机内码在字库中寻 址 找到对应的字模 提取后送到显示器显示 因为采用了和 PC 机相同的编码 机内码 软件的开发和维护非常简单 基本上与写 PC 机软件差不多 而对单 片机系统自身的要求则相对高多了 16 16 点阵的字库需要 256K 字节 但是 一般 8 位单片机的寻址能力只有 64K 字节 要进行存储器扩充 除增加很大一 部分硬件成本外 还因为要进行存储器分页管理 地址切换 显示速度明显受 影响 方案二 方案二 利用 Windows 自带的字库 即使用软字库 通过软件编程直接 在字库中找到需要显示字符的区位码并读出其字符码 存于一个文本文件中 待所有显示内容的字符码查询完毕后 将存放所有字符码的文本文件通过串行 通信发送给单片机 单片机将接收到的数据存放在外部扩展的数据存储器中 数据接收完毕后 单片机就从存储器中依次读出每一个字符的字符码并送到 LCD 显示屏显示 该方案与方案一相比 虽然通信过程占整个显示周期的比例 相对较大 但是硬件电路设计简单 成本较低 减少了单片机查询硬件字库所 需要的时间 提高了单片机动态扫描的速度 字符显示的稳定度较高 从设计成本 显示内容的稳定性 硬件电路设计的简易程度等方面综合考 虑 第二种方案明显优于第一方案 所以采用第二种方案解决字模的问题 2 2 通信电路 方案一方案一 串行通信串行通信 串行通信是指一个数据的所有位按一定的顺序和方式 一位一位地通过串 行输入 输出口进行传送 由于串行通信是数据的逐位顺序传送 在进行串行通 信时 只需一根传输线 其传送的数据位多且通信距离长 串行通信方式如图 2 1 图图 2 12 1 串行通信方式串行通信方式 图图 2 22 2 并行通信方式并行通信方式 方案二方案二 并行通信并行通信 采用并行传送方式在微机与外部设备之间进行数据传送的接口叫并行接口 主要特点 一是同时并行传送的二进位数就是数据宽度 二是在计算机与外设 间采用应答式的联络信号来协调双方的数据操作 传送的数据位 1 128 位 一 般为 8 位 单片机与外部设备之间也通常采用 8 位并行 I O 接口进行短距离的 通信 其传输距离近 传送方式单一 每次传送一个字或一个字节 并行通信方 式如图 2 2 计算机与单片机的数据通信 采用串行通信 与并行通信相比 串行通信 具有传输距离远 接口电路与软件编程简单等特点 所以本系统选用方案一串 行通信 串行通信接口电路见后面的硬件电路设计 3 液晶显示模块简介 液晶显示模块单元电路主要包括显示控制器 行驱动器 列驱动器 电源 偏置电路 显示存储器 液晶显示屏 液晶显示模块接口 1 显示控制器显示控制器 主要由控制器 T6963C 组成 可提供与外部 MCU 的数据接口 及对显示存储器的读写操作 并可控制行 列驱动器的时序电路 数据 RXD TXD 89C51 GND TXD RXD 外 部 设 备 GND GND P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 GND D0 D1 D2 外 D3 部 D4 设 D5 备 D6 D7 GND GND 格式和显示格式等 2 行驱动器行驱动器 由行驱动器 T6A40 组成 用于把控制器的串行数据转换成 LCD 屏所需要的并行行数据 3 列驱动器列驱动器 由列驱动器 T6A39 组成 可接受控制器的串行数据并将其转换 成 LCD 屏所需要的并行列数据 4 电源偏置电路电源偏置电路 主要为行 列驱动器提供 LCD 所需的各种偏置电压 5 显示存储器显示存储器 由一块 32K 的随机存储器 RAM 组成 可为液晶显示模块 提供显示数据的存储空间 6 液晶显示屏 液晶显示屏 LCDLCD 提供 128 行 240 列的点阵显示屏幕 7 液晶显示模块接口液晶显示模块接口 用于提供与单片机的接口 液晶显示模块的原理框图如图 3 1 图图 3 13 1 液晶显示模块原理框图液晶显示模块原理框图 3 1 显示控制器 显示控制器主要由 T6963C 组成 它由振荡器 时序控制电路 工作方式设 置寄存器及电路 内部字符库 CGROM 及光标控制电路 显示存储器管理电路以 及运算电路和各种功能电路组成 控制部通过振荡器外接晶体振荡器产生振荡 脉冲 经时序控制电路调制产生 T6963C 的工作时钟脉冲系列 根据工作方式设 置电路生成各路控制及驱动时序脉冲 从而实现 T6963C 的工作控制 其引脚图 行 驱 动 器 行 驱 动 器 显 示 控 制 器 液 晶 显 示 屏 240 128 DOTS 列 驱 动 器 列 驱 动 器 列 驱 动 器 显 示 存 储 器 电 源 偏 置 液 晶 显 示 模 块 接 口 如图 3 2 图图 3 23 2 T6963CT6963C 引脚图引脚图 控制部提供了使用引脚电平设置内部工作状态的功能 使 T6963C 上电后就 开始对所连接的液晶显示驱动系统进行正常的控制及驱动 这将避免因上电控 制器尚未进行初始化而使液晶显示驱动系统不能正常工作 导致液晶显示屏上 出现不希望的显示状态 引脚设置功能如下 1 驱动方式的设置 驱动方式是指 T6963C 向液晶显示驱动系统传输显示数据的格式 他根据所 要控制的液晶显示驱动系统的数据传输格式的要求而定 T6963C 可以实现四种 数据传输格式 它由引脚和 SDSEL 的电平状态设置 DUAL 液晶显示器件电极排列形式的设置 DUAL 当 1 时 液晶显示器件为单屏结构 当 0 时 液DUALDUAL 晶显示器件为双屏结构 SDSEL 数据传输格式设置 当 SDSEL 1 时 数据传输格式为 2 位并行同步传输 当 SDSEL 0 时 数据传输格式为 1 位串行传输 这两个设置引脚的电平组合确定了驱动部中数据传输的输出端 如表 3 1 表表 3 13 1 DUALSDSEL 上半屏数据传输线下半屏数据传输线 11 HOD ED 10ED 01 HOD EDLOD ED 00EDED 2 显示窗口长度设置 显示窗口长度是指 T6963C 所要控制的液晶显示器件水平方向最大的像素点 数 显示窗口长度的设置将确定了驱动部向液晶显示驱动系统发送的显示数据 的个数 不管实际控制的显示屏的点阵数如何 他已固定了驱动信号的时序关 系 该设置由引脚 MD3 和 MD2 显示数据传输量设置端 的电平组合实现 如 表 3 2 表表 3 23 2 MD3MD2 像素点数字符数 1125632 1032040 0151264 0064080 3 显示窗口宽度设置 显示窗口宽度是指 T6963C 所要控制的液晶显示器件垂直方向最大的像素点 数 显示窗口宽度的设置将确定了驱动部向液晶显示驱动系统发送的帧信号时 序和占空比系数 该设置由引脚 MDS MD1 和 MD0 显示帧信号设置端 与 设置端组合实现 如表 3 3 DUAL 表表 3 33 3 DUALMDSMD1MD0 像素点行数占空比系数 1 001116 3216 1 001032 6432 1 000148 9648 1 000064 12864 1 011180 16080 1 011096 19296 1 0101112 224112 1 0100128 256128 4 显示字符的字体设置 显示字符的字体选择实际上是选择字符间距 T6963C 内部字符库是 5 8 点 阵字符字模 在垂直方向字模数据中留有一行的间距 是不可变动的 但在水 平方向字模数据将一字节的高三位作为字间距处理 即字间距可以为一点距 两点距或三点距 也可以没有 T6963C 可以根据需要通过引脚 FS1 和 FS0 字 体选择端 的电平组合来设置字符间距 这里表示为字符的字体 组合设置如 表 3 4 表表 3 43 4 FS11100 FS01010 字体5 86 87 88 8 字体选择的实现是在显示数据传输过程中将一字节的 8 位字模数据有选择 地传输几位 比如仅取 8 位数据中低 5 位作为显示数据传输而舍弃高 3 位 那 么显示为 5 8 点阵字体的字符 或取 8 位数据中低六位作为显示数据传输而舍 弃高 2 位 那么显示为 6 8 点阵字体的字符 再或取 8 位数据中低 7 位作为显 示数据传输而舍弃高 1 位 那么显示为 7 8 点阵字体的字符 如果 8 位数据全 部作为显示数据传输 那么显示位 8 8 点阵字体的字符 这是在文本显示方式 下 在图形显示方式下 则将是取舍图形数据有效位的问题了 5 振荡器的晶体振荡器的选择 振荡器时钟与控制器所控制的液晶显示驱动系统的驱动帧频 行数 和 数据传输量 列数 有关 晶体的频率 F可以由下列公式计算得来 OSC F 2F 2 8M 8N Fr OSCSCP 其中 F 驱动位移时钟频率 即 HSCP LSCP 的脉冲频率 SCP M 字符数 行 8M 即最大驱动的像素数 行 N 字符行数 帧 8N 即最大驱动的像素行数 Fr 液晶显示器件所需的扫描频率 通常为 60 或 70Hz 控制部的引脚设置功能使得 T6963C 能够上电就能正常工作 但也给 T6963C 通用性带来不便 因而 T6963C 内置液晶显示模块上 T6963C 不仅具备基本的文本显示和图形显示功能 而且还具备文本属性 显示功能 这是 T6963C 控制器的独特的功能 文本属性显示功能是将文本显 示由通常的单字节数据处理扩大成双字节数据处理 在这种功能下把显示存 储器区划分为文本代码区和文本属性区 文本代码区是用与存储作为字符显 示的字符代码 文本属性区是用与存储作为相应字符显示的字符属性 这种 属性由文本属性区单元中一个字节数据的低 4 位表示 有 6 种属性 如表 3 5 表表 3 53 5 文本属性码 d3 d2 d1 d0 字符显示效果 0 0 0 0 正向显示 不闪烁 0 1 0 1 负向显示 不闪烁 1 0 0 0 正向显示 闪烁 1 1 0 1 负向显示 闪烁 0 1 1 禁止显示 正向 1 0 禁止显示 负向 文本属性区的单元与文本显示区对应单元组合在一起控制显示屏上对应的 字符块的显示效果 例如 文本属性数据为 05H 则对应的字符显示效果是一个负向显示的 0 字符代码为 21H 文本属性数据为 08H 则对应的字符显示效果是一个正向 闪烁显示的 A T6963C 的文本属性功能的实现是以牺牲图形显示功能为代价的 T6963C 将 图形地址指针计数器用作文本属性区的寻址 所以文本属性功能不能与图形显 示功能并存 T6963C 具有显示合成功能 它可以将文本显示与图形显示通过某种合成逻 辑同时在显示屏上显示 这种合成逻辑有逻辑 与 逻辑 或 以及逻辑 异 或 等 是通过选择器实现的 T6963C 还可以将显示屏上显示内容 屏读 或 屏拷贝 这也是 T6963C 所独特的功能 T6963C 将传送给液晶显示驱动系统 的合成数据反馈给复制电路 再由其送到数据栈或图形显示区 T6963C 还具有光标控制器和光标指针寄存器 它用与在文本显示方式下光 标的显示控制 光标数据是在文本数据锁存器处与文本字符数据合成后一起送 入液晶显示驱动系统的 T6963C 控制部具有管理显示存储器和字符发生器的能力 T6963C 内置有 128 种 5 8 点阵的 ASCI 字符字模库 CGROM 字符代码为 00H 7FH 并允许在显 示存储器内开辟一个用户自定义字符 8 8 点阵字模库 CGROM 在使用内部 CGROM 同时 T6963C 也可以支持 CGRAM 字符代码定义在 80H FFH T6963C 可以管理 64K 的显示存储器 它可以把显示存储器分为文本显示区 图形显示区 文本 属性区或自定义字符库区等 T6963C 管理显示存储器的引脚有 ad15 ad0 输出 16 位地址总线 d7 d0 三态 8 位数据总线 r w 输出 读写选择控制线 r w 1 为读操作 r w 0 为写操作 输出 存储器操作使能信号 低电平有效 ce 输出 存储器操作使能信号 在单屏结构设置 1ce 0ceDUAL 时有效 它们的有效地址范围是 ce0 0000H 07FFH ce1 0800H 0FFFH T6963C 多用于单屏结构的液晶显示驱动系统的控制 但也具备控制双屏结 构液晶显示驱动系统的能力 在双屏结构的液晶显示驱动系统的控制中 T6963C 自动将 ad15 地址线作为上下屏的显示存储器的分界 ad15 0 的部分为 上下屏的显示存储器区 ad15 1 为下半屏的显示存储区 计算机设置的显示区 域都在上半屏的显示存储区内 而 T6963C 将自动地从相应的下半屏的显示存储 区的区域中提取下半屏的显示数据 这样的处理对计算机写入显示数据时是比 较麻烦的 这也许是 T6963C 少用于双屏结构液晶显示驱动控制系统的原因 另外 T6963C 保留了四个测试引脚 它们是测试信号输入端 T1 T2 检测 信号输出端 CH1 CH2 在 T6963C 的应用是 这四个引脚不必考虑 3 2 列驱动方式 列驱动器 T6A39 是 80 路列驱动器 它采用了 CMOS 工艺 具有低功耗 耐 高压和高速运行等特点 列驱动器 T6A39 电路由两路 8 5 位双向移位寄存器 串 并转换器及液晶显 示驱动电路和数据位选择寄存器 数据方向控制器 驱动时序控制器 LCD 偏 压电路组成 8 5 位双向移位寄存器的作用是把接收到的串行数据转换成符合要求的并 行数据 并传递给两组液晶显示驱动电路 液晶显示驱动电路的作用是在 LCD 偏压电路供给的偏置电路下 将得到的 80 位并行数据转换成 LCD 所需的并行输出数据信号电平 T6A39 的数据输入端为 DI1 DI2 DI3 DI4 T6A39 的数据接受形式有三 种 一位串行 二位并行和四位并行方式 这三种方式通过设置端 DUAL DIR 和 DF1 DF2 的电位组合设置 T6A39 还有两个数据接收使能信号 EI01 EI02 正脉冲信号有效 它们中 之一作为输入端启动本片数据接收工作 另一个作为输出表示本片数据接收已 满 停止接收工作 这两个信号作为级联信号使用 即作为输入的一端与上一 级的输出端连接 由上一级数据接收已满信号启动本级工作 作为输出的一端 与下一级的输入端连接 本级数据接收已满 停止接收工作 发出信号以启动 下一级的工作 当几片 T6A39 级联使用时 第一片 T6A39 的数据接收使能信号 EI01 和 EI02 中作为输入端的那个信号需与 T6963C 的 LP 信号相连 列驱动器 T6A39 工作原理如下 首先设置好数据位选择电路 数据方向控 制电路 驱动时序控制电路 当数据由数据输入端 DI1 DI2 DI3 DI4 输入到 串 并转换器后 该电路将等待接收满 8 位后把数据并行地移入 8 5 位双向移位 寄存器内 然后在 LP 与 FR 信号的作用下通过液晶显示驱动电路将数据输出 3 3 行驱动方式 行驱动器 T6A40 是 68 路行驱动器 它采用 CMOS 工艺 具有低功耗 耐高 压和高速运行等特点 行驱动器 T6A40 电路由两路 34 位双向移位寄存器 数据方向控制器 SCP 极性控制器 液晶显示驱动电路及 LCD 偏压电路组成 行驱动器 T6A40 片内有两个 34 位双向移位寄存器 串行数据可从 DI01 和 DI02 两个端子输入或输出 数据方向控制器根据单 双屏选择端子 DUAL 和流向选择端子 DIR 逻辑电平 产生流向控制信号 SCP 极性控制器产生 SCP 信号 由触发方式选择端子 TSW 来控制 SCP 的有 效触发方式 当 TSW 0 时 数据在 SCP 的上升沿输出至驱动输出端 当 TSW 1 时 数据在 SCP 的的下降沿输出至驱动输出端 行驱动器 T6A40工作原理如下 两个 34 位双向移位寄存器产生的两个 34 位并行数据将输出到两个 LCD 驱动电路中 并在 LCD 偏压电路作用下产生 68 位并行 LCD 行输出信号 最后加到 LCD 屏的行输入端 4 硬件设计 4 1 硬件电路设计要求 1 控制液晶显示模块实现英文 汉字 图形 及图像的显示 2 实现便携式设计 3 可提供实现与计算机的数据传输的接口电路 4 2 总体电路设计构架 单片机系统板主要由单片机 EPROM 电源电路 RS232 接口电路及液晶显 示模块接口组成 其电路原理框图如图 4 1 图图 4 14 1 总电路原理框图总电路原理框图 单片机系统板的功能是控制液晶显示模块进行显示 它的特点是采用了 7805 整流电源电路为系统板提供 5V 电压 可实现便携式设计 另外系统板还 配备了一个 RS232 接口 可以实现与计算机的数据传输 4 3 单片机与液晶显示模块接口 单片机与液晶显示模块接口的通信这里采用间接访问方式 间接控制方式 是将内置 T6963C 控制器的液晶显示模块与计算机系统中某个并行 I O 接口连接 计算机通过对该 I O 接口的间接操作来实现对模块的控制 间接控制方式在硬 件电路上需要一个 8 位并行接口与模块的数据线连接 作为数据总线 还需要 一个 3 位并行接口作为时序控制信号线如 89C51 的 P3 2 作为 C D P3 3 作为 WR 以及 P3 4 作为 RD 由于使用了专用的并行接口连接模块 而且该并行接 口自身在计算机系统中有相应的片选地址 所以模块的片选信号可以直接接地 作选通态 间接控制方式的接口电路与时序无关 时序完全靠软件编程实现 计算机间接控制方式下与内置 T6963C 控制器的液晶显示模块的实用接口电路如 下所示 模块的 V0 端所接的电位器是作为液晶驱动电源的调节器 调节显示的 电 源 电 路单 片 机 RS232 接 口 电 路 EPROM 液 晶 显 示 模 块 接 口 对比度 间接接口电路如图 4 2 图图 4 24 2 间接接口电路间接接口电路 4 4 单片机与计算机的通信接口 单片机与计算机的通信采用简化三线的串行通信方式 即把单片机的发送 端 TXD 直接和计算机的接收端 RXD 相连 接收端 RXD 直接和计算机的发送端 TXD 相连 但是单片机的 5V TTL 信号电平与 PC 机的 10V 信号电平不相容 所以必须进行电平转换 本设计中采用 MAXIM 公司生产的 MAX232 芯片 MAX232 包含两路接收器和驱动器 适用于各种 EIA232C 和 V2 28 V 24 的通信接口 MAX232 芯片内部有一个电源电压变换器 可以把输入的 5V 电源电压变换成为 RS 232C 输出电平所需的 10V 电压 所以 采用此芯片接口的串行通信系统只 需要单一的 5V 电源就可以了 不像传统的 RS232 电平转换器发送器 MC1488 和 接收器 MC1489 那样必须提供额外的 12V 和 12V 电源 MAX232 芯片引脚图如图 4 3 图图 4 34 3 MAX232MAX232 引脚图引脚图 图图 4 4 MAX232 串行接口电路串行接口电路 此通信接口电路 只用了 MAX232 芯片中的一路接收器和驱动器 接至 PC 机串口的接口使用 RS 232 标准的 DB9 芯接插座 MAX232CPE 接线也非常简单 只需要 5V 电源 外接四只电容 即可产生 12V 和 12V 电压 输出标准的 RS232 接口信号 而且 MAX232CPE 的价格不贵 所以采用 MAX232CPE 接口芯片 实现 RS232 接口电路 其接口电路如图 4 4 4 5 电源电路 电源电路是由电源变压器 整流 滤波和稳压电路等四部分组成 电源变压 器是将交流电网 220V 的电压变为所需要的电压值 然后通过整流电路交流电压 变为脉动的直流电压 由于此脉动的直流电压还含有较大的波纹 必须通过滤波 电路加以滤除 从而得到平滑的直流电压 但这样的电压还随电网电压波动 一 般有 10 左右的波动 负载和温度的变化而变化 因而在整流 滤波之后 还需接 稳压电路 稳压电路的作用是当电网电压波动 负载和温度变化是 维持输出直 流电压稳定 电源电路如图 4 5 图图 4 54 5 电源电路电源电路 5 系统软件设计 5 1 内置 T6963C 控制器软件特性 由于 T6963C 使用了硬件初始化设置 所以使得其指令功能集中于显示功能 的设置上 从而加强了 T6963C 的显示控制能力 T6963C 模块的控制指令可带 1 个或 2 个参数 或无参数 每条指令的执行 都是先送入参数 再送入指令代码 而且当向 T6963C 中读 写数据或向其中写 入命令时 必须严格遵循 T6963C 的时序 如果所送参数多于规定个数 以最后 送入的有效 每次操作之前必须先进行状态字检测 显示过程流程图如图 5 1 图图 5 15 1 显示过程流程图显示过程流程图 图图 5 25 2 双参数指令传输流程图双参数指令传输流程图 以上每一步骤又要完成以下流程 对于无参数或自动指令 以上过程只需 1 次 单参数指令需两次 而双参数指令则需进行 3 次 前 2 次传参数 最后 传指令 图 5 2 以双参数指令为例给出其指令传输过程 液晶显示模块指令说明如下液晶显示模块指令说明如下 1 读状态字 格式 T6963C 的状态字由七位标志位组成 它们是 S0 指令读写状态 1 准备好 0 忙 S1 数据读写状态 1 准备好 0 忙 S2 数据自动读状态 1 准备好 0 忙 S3 数据自动写状态 1 准备好 0 忙 S4 未用 S5 控制器运行检测可能性 1 可能 0 不能 S6 屏读 屏拷贝出错状态 1 出错 0 正确 S7 闪烁状态检测 1 显示 0 关显示 2 地址指针设置 格式 D1 D2 该指令为双参数 D1 D2 指令 指令代码中的 N1 N2 N0 取值 1 为有效 0 S7S6S5S4S3S2S1S0 00100N2N1N0 初始化 清 零 定入显示数据 状态读取 状态检测 写指令 读数据 指令状态启动 状态检查 写参数 1 低 8 位 写指令 状态检查 写参数 2 高 8 位 状态检查 结 束 为无效 而且不能同时为 1 根据 N 的取值 该指令有三种含义 如表 5 1 表表 5 15 1 D1D2 指令代码功能 水平位置 低 7 位有效 垂直位置 低 5 位有效 21H N0 1 光标地址设置 偏置地址 低 5 位有效 00H22H N1 1 CGRAM 偏置地址 低字节高字节 24H N2 1 显示地址设置 3 显示区域设置 格式 D1 D2 该指令是双参数指令 它将在显示存储器内划分出各显示区域的范围 它是 由设定显示区域的首地址和宽度来确定该显示区域的范围 同时也确定了显示存 储器单元与显示屏上各点像素的对应关系 该指令中 N1 N0 有四种组合 每种组 合有不同的含义 具体功能参见表 5 2 表表 5 25 2 N1 N0D1D0 指令代码功能 0 0 低字节 高字节 40H 文本显示区首地址 0 1 字节数 00H41H 文本显示宽度 1 0 低字节高字节 42H 图形显示区首地址 1 1 字节数 00H43H 图形显示区宽度 4 显示方式设置 格式 该指令为显示方式的设置 无 参数 它的几个设置位功能如下 CG 位 字符发生器选择位 当 CG 0 时 启用内部字符发生器 CGROM 该字符库有 128 种字符 其代 码为 00H 7FH 同时可以建立 128 种 8 8 点阵的自定义字符发生器 CGRAM 其字符代码规定在 80H FFH 范围内 010000N1N0 1000CGN2N1N0 当 CG 1 时 禁止内部 CGROM 字符显示完全取自自定义字符发生器 CGRAM 该字符库为 2K 字节容量 字符代码为 00H FFH N2 N1 N0 位为显示方式设置位 它们的组合产生的显示方式如表 5 3 表表 5 35 3 N2 N2 N0 显示方式说明 0 0 0 逻辑 或 文本与图形以逻辑 或 的关系合成显示 0 0 1 逻辑 异或 文本与图形以逻辑 异或 的关系合成显示 0 1 1 逻辑 与 文本与图形以逻辑 与 的关系合成显示 1 0 0 文本属性文本显示特征以双字节表示 5 显示状态设置 格式 该指令设置了当前的显示状态 无参数 该指令有 4 个设置位 每一位都 代表一种显示状态的设置 它们可以同时有效 也可以部分有效 也可以都无 效 这 4 个设置位的功能如下 N0 光标闪烁设置开关 N0 1 为启用光标闪烁 N 0 为禁止光标闪烁 N1 光标显示设置开关 N0 1 为启用光标显示 N 0 为禁止光标显示 N2 文本显示设置开关 N0 1 为启用文本显示 N 0 为禁止文本显示 N3 图形显示设置开关 N0 1 为启用图形显示 N 0 为禁止图形显示 6 数据自动读写设置 格式 使用该指令将进入或退出数据的自动读或自动写方式 在自动读或自动写 方式中 计算机可以连续的将显示数据写入显示存储器中或从显示存储器中读 取数据 在每次读或写的操作后 显示地址自动加一 进入自动读方式或自动 写方式时 状态位将由 S2 自动读方式 或 S3 自动写方式 代替 S1 和 S0 在自动读或自动写方式完成时要输入退出自动读写方式命令 在自动读写方式 中写入其他指令都是无效的 该指令中有两位设置位 N1 N0 这两位将产生三个子指令 如表 5 4 1001N3N2N1N0 101100N1N0 表表 5 45 4 N1 N0 指令代码功 能 0 0B0H 进入自动写方式 0 1B1H 进入自动读方式 1 B2H B3H 进入自动读写状态 7 数据一次读写设置 格式 该指令是一次读写数据操作指令 在每次读写数据操作后 显示地址都要 根据指令代码的设置而修正 加一 减一或不变 该指令在写入数据时所带的 一个参数就是所要写入的显示数据 当读数据操作时 该指令不带参数 直接 写入指令代码 该指令有三个设置位 N2 N1 N0 它们的组合功能如表 5 5 表表 5 55 5 参数 D1 N2 N1 N0 指令代码功 能 数据 0 0 0C0H 数据写 地址加一 0 0 1C1H 数据读 地址加一 数据 0 1 0C2H 数据写 地址减一 0 1 1C3H 数据读 地址减一 数据 1 0 0C4H 数据写 地址不变 1 0 1C5H 数据读 地址不变 5 2 初始化子程序设计 初始化部分包括对液晶显示模块的初始化设置 液晶显示模块的显示 RAM 清零 单片机内部 RAM 的清零 其中液晶显示模块的初始化设置包括设置显示 方式 显示区域的首地址及宽度 光标形状设置 初始化子程序流程图如图 5 3 11000N2N1N0 开 始 设置文本显示区首地址 设置文本显示区宽度 设置图形显示区首地址 设置文本属性区首地址 设置图形显示区宽度 设置文本属性区宽度 光标形状设置 显示方式设置 显示开关设置 结 束 图图 5 35 3 初始化子程序流程图初始化子程序流程图 5 3 串行通信子程序设计 单片机与 PC 机之间的串行通信主要包括两个过程 由 8051 传送数据至 PC 机 8051 接收 PC 机传来的数据 串行通信子程序流程图如图 5 4 开 始 通信初始化 等待 PC 机传送数据 判断收到的是否 是数据起始标志 开始接收数据 判断是否结束标 志 中断返回 继续接收数据 Y Y N N 图图 5 45 4 串行通信子程序流程图串行通信子程序流程图 5 4 显示控制子程序设计 显示应用程序部分主要是单独的显示子程序 通过一个单独的按键进行控 制 按一次按键执行一个显示子程序 显示完最后一个显示子程序 自动回到 第一个显示子程序 实现循环显示 显示子程序包括汉字 图形及图象的显示 并且实现了汉字的平移和图形 的动态显示 其中汉字的平移是通过执行一个定时中断程序来不断改变显示区 域的首地址实现的 由于显示区域的首地址是与液晶显示模块的显示 RAM 单元 的每一字节相对应的 首地址加一意味着显示 RAM 单元的一个字节的改变 在 黑白模式下即对应着八个像素的改变 所以在显示屏上汉字的平移是跳跃式的 间距为八个像素点 而图形的平移是通过显示控制器 T6963C 的位操作指令实现 的 该位操作指令可以实现对显示屏每一像素点的亮暗操作 因而可以实现图 形的平滑移动 显示的子程序通过指针从数据库中逐个提取数据送如液晶显示模块的显示 RAM 进行显示 数据库中的数据为要显示的内容 此汉字字模提取软件不仅可 以提取汉字字模的十六进制数据 而且可以提取图象的十六进制数据 图 5 5 为文本显示汉字子程序流程图 图 5 6 为文本显示图形子程序流程 图 开始 始 计算显示 RAM 地址 文本显示区首地址 设置显示 RAM 地址 取汉字代码 写入汉字代码 结束 图图 5 55 5 文本显示汉字流程图文本显示汉字流程图 开始 计算图形显示 RAM 地址 图形显示区宽度 图形显示区首地址 计算汉字库字符首地址 设置显示 RAM 地址 取字库地址指针 取字模数据 写入数据 结束 图图 5 65 6 文本显示图形流程图文本显示图形流程图 5 系统调试 6 1 分步调试 6 1 16 1 1 LCDLCD 液晶显示电路调试液晶显示电路调试显示显示 硬件电路设计及软件设计好之后进行各模块的调试 首先调试字符显示部 分 单片机的调试使用 TOPICE52 单片机仿真器 采用直接查字符码表显示的办法 将要显示汉字的字符码直接写在单片机 程序中 编程时先将程序存贮区中的字符码全部转移到系统扩展的数据存贮器 6264 中 然后从 6264 中查找字符码并输出显示 6 1 26 1 2 计算机串行口调试计算机串行口调试 首先利用 串口精灵 串口调试软件 检查计算机串口的数据收发功能是 否有效 具体方法是 将从串口接出的 DB9 芯电缆插头的第 2 3 脚短接 即将 串口的数据发送和接收端短接 然后打开 串口精灵 软件 在发送窗口中 输入一串要发送的字符或数据 并将这些字符或数据发送出去 在数据接收窗 口中观察接受的到的字符或数据是否与发送的一致 硬件调试完成后 利用同样的办法调试自己在 PC 机上编写的通信程序 6 1 36 1 3 计算机与单片机通信电路调试计算机与单片机通信电路调试 因为单片机的通信已经调试完成 将计算机与单片机相连之后调试也就是 调试单片机的数据收发功能 编制程序使二者之间互相发送数据 在 TOPICE52 仿真软件的数据窗口和计算机屏幕中监视接收的数据 6 2 6 2 系统系统统一调试统一调试 经过以上每一步的调试并都成功后 就可以将硬件及软件结合起来进行系 统的统一调试 经过以上步骤调试 将计算机程序烧录到 89C51 单片机内部 ROM 中 用屏 蔽线将液晶显示系统与计算机串行口连接起来 就能实现计算机对 LCD 显示屏 的实时控制 可以实时更新显示内容 显示方式 结结 束束 语语 本系统的设计与制作工作已经全部完成 基本达到了预期的目的与要求 但是在系统的调试方面还不够健全 汉字的动态显示 显示内容的实时更新等 方面做得不够好 但是由于时间仓促 条件有限 设计结果并不是很好 还存 在诸如 显示内容的单一 亮度不够 动态显示效果不明显等问题 我准备在 今后的工作实践过程中来进一步完善此设计 从选题到现在已经有大半年的时间了 这个设计主要经历了以下几个过程 广泛查阅资料 文献综述 总体思路的确定 方案的具体化及论证 方案的确 定 设计制板及硬件电路的完成 软件的调试 系统的调试 还包括论文的定 搞 我认为整个过程是一个联系非常紧密的过程 前一过程的结果为后一过程 奠定了基础 在整个过程中 本人不仅对 LCD 控制系统的每一个细节有了比较 深入的掌握 而且对关于系统扩展的相关知识有了感性的认识 不仅掌握了大 量的专业知识 更学会了系统模块设计的基本思想 总之 通过大学本科毕业论文设计课题的设计与制作 本人在理论知识方 面和思想方面都有很大的收获 附附 录录 参考程序 参考程序 间接控制方式驱动程序如下间接控制方式驱动程序如下 CD EQU P3 2 通道选择信号 WR EQU P3 3 写操作信号 RD EQU P3 4 读操作信号 R ST MOV P1 0FFH 读状态字子程序 P1 口置 1 SETB CD CD 1 CLR RD RD 1 MOV A P1 读操作 SETB RD RD 0 RET ST0