图形点阵液晶显示模块与单片机的接口设计论文.doc

图形点阵液晶显示模块与单片机的接口设计论文设计题目：图形点阵液晶显示模块与单片机的接口设计 学 院： 机电工程学院 专业年级： 06级电子科学与技术专业 学 号： 061203042 学生姓名： 谢小锋 指导教师： 刘银春 图形点阵液晶显示模块与单片机的接口设计谢小锋（06电子科学与技术 061203042）摘要：本文介绍以AT89S52单片机为控制核心，以LCD12864液晶作为屏幕的显示模块。该模块硬件结构简单、功能齐全，工作稳定，可完成目前绝大部分设备的显示工作。关键字：单片机 LCD12864 液晶显示模块中图分类号：TN40 文献标志码：A1. 引言在电子行业中，越来越多的产品开始重视人机信息交换的输入输出设备。其中高像素液晶屏也越来越被广泛的采用。手机、GPS、PDA等电子设备均已使用320*240或更高像素的18位色屏幕。而目前大学生设计电子产品或毕业论文中常采用的显示电路却是LED数码管，显然已跟不上时代的发展。文本设计的LCD12864液晶显示模块可提供大部分电子产品及电器的显示功能。MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。虽然目前51系列单片机已无法满意目前某些功能或环境的要求，但是51系列的单片机仍旧是最为成功的单片机芯片，它的影响力仍旧延续到现在，以致于被越来越多的人所认识。而从目前市场价格及普及程度等多方面因素考虑，本文采用AT89S52单片机作为显示模块的控制核心。目前众多电子类产品用于显示功能常用到数码管LED与液晶LCD。虽然数码管LED的结构简朴、显示方便，但是功能比较单一，已无法满意科技进步而产生的显示要求。并且LED常用到动态显示，在复杂的系统中十分耗费系统资源，已逐渐被淘汰。而在LCD方面，常见的有LCD1602，LCD12232，LCD12864等。LCD1602可以在LCD显示屏上完整显示32个英文字符和日文等一些字符适合显示英文文字信息量较小的地方。可以应用在计算器、频率计、时钟等产品上。LCD12232也只适合文字量较少的场合。而LCD12864的分辨率达到了128*64，对于16*16的字体可显示4行8列，已能满意大部分设备显示的要求。LCD12864在市场上主要分为两种，一种采用st7920控制器，它一般带有中文字库字模，价格略高一点。另一种是采用KS0108控制器，它只是点阵模式，不带字库。而本文无需专门显示文本，且菜单文字比较简朴。因此采用常见的KS0108控制器的LCD12864来完成显示模块的设计。2实验仪器设备液晶显示模块12864、52驱动系统、直流电压源（+5V，内正外负）、电烙铁等3. LCD12864的显示3.1 点阵LCD的显示原理液晶屏上如何显示一些汉字或图画，这也许是所有LCD12864初学者都最先思索的一个问题。在数字电路中，所有数据都是由0和1保存的，同样LCD也利用了这一方法。在点阵LCD上显示的只有两种颜色，因此可利用0和1来表示这两种颜色。假设空格是由16*16个0组成的，在显示16*16的字体时，将其中某些点置为1便可在视觉上形成一个汉字，这些二进制数称为代位码。而这些由0和1转换而成的16进制数据便是字模。不同的汉字有不同的字模，相同的汉字不同的字体也有不同的字模。而将字模设为16*16像素是因为这样基本可以将汉字显示清晰准确，更高像素则更为清晰准确，但是却更多地占用了LCD的面积。与汉字不同的是，一个字符只需要16*8的像素便即可。如何将这16*16或者16*8个0、1保存下来是初学者所需要了解的，假设要在 LCD12864屏幕上准确准确的显示出汉字，则需要将16*16的汉字分为两行，每行由16列组成，这16列每列存在8个点，用2位16进制数（8位二进制数）表示这8个点，16个16进制数可表示1行，32个16进制数则能表示整个汉字。通过LCD12864，则可将这些字模信息还原成汉字或图像。3.2 LCD的硬件连接LCD12864的管脚共有20个之多，但是连接的电路并不复杂。但是需要注重的是LCD的电源共有2组，一组是用于驱动LCD显示，另一组用于背光显示。可将这两组连在一起或者背光电源省略。另外有个输入管脚V0需要接入LCD调整电压来调节对比度。通常刚使用液晶时的问题是由此引起的，对比度过高于或过低均会使屏幕无法正常显示。它可接10K-20K电位器的调整端，电位器两端分别接至VDD与VEE。目前市场上某些LCD12864的对比度可由单片机操作其寄存器调节，可根据不同的条件进行选择。其余的端口均连接至单片机。本文将IO口DB0-DB7连接至P2口，RS、RW、E分别连接至P1.0至P1.2，如图1。 图1 12864-单片机硬件接口连接图3.3 LCD12864的显示使用LCD12864时，需要对其寄存器以及功能器件有所了解。寄存器包括指令寄存器以及数据寄存器。通过对这两个寄存器的操作可改变LCD的显示方式和显示内容。在LCD12864中存在行地址、列地址、以及页地址，而这些地址是由LCD中的地址计数器记录的。如果需要在屏幕上第二行开头空两格显示多个汉字，则先要向指令寄存器写入这几个字的位置，然后将其字模按序存入。前面提到过，一个字由两行数据组成，而这每一行所在的地址则是页地址，LCD12864共有8个页地址。因此屏幕上第二行显示汉字则需要将页地址设置为2（页地址0和1分别为第一行字的所在的上下部分），显示这些汉字的上半部分，然后再设置为3显示下半部分。行地址绝大部分情况下设置为0，它的作用是设置屏幕显示的起始行，实现屏幕的上下滚动功能可循环设置这一地址。也可直接设置行地址来控制字体上下的位置。开头空两格则可设置列地址来完成，可将列地址设置为32。而这一行文字的其余列的列地址并不需要手动设置，LCD中的Y地址计数器可自动加1。对应页地址计数的还有X地址计数器与对应行地址计数的Z地址计数器。XY地址计数器是一个9位计数器，高3位是X地址计数器，低6位为Y地址计数器，是作为DDRAM的地址指针，X地址计数器为DDRAM的页指针，Y地址计数器为DDRAM的Y地址指针。而这里的DDRAM是存储图形显示数据的，用于存储单片机送入的点阵信息。另外同样重要的还有液晶的指令系统与时序。只有了解了指令系统才能准确的设置读与写操作，才能准确的设置行地址、列地址以及页地址。而时序的设置直接决定了显示能否成功。不同的晶振需要不同的延时来保证时序的准确（本文采用24M晶振）。相关的指令代码与时序图这里不再展开。4. 软件设计4.1 LCD底层接口驱动程序底层驱动主要包含4个子程序，分别为LCD的初始化子程序init，写指令子程序inst，写数据子程序wdata，判断忙子程序bf。LCD的初始化包含对LCD的复位与关开显示，其他读写子程序大同小异，其中对液晶操作的三个延时子程序；语句以确保时序的准确性。对于液晶的读写均用到空闲状态检测以保证液晶的正常显示。程序流程图如图2。LCD初始化延时100ms为指令、数据等分配地址单元程序开始字符显示程序写指令子程序写数据子程序判断忙子程序延时子程序 图2 程序流程图5. 调试的结果5.1 显示结果 首先显示三幅图，再显示自己的个人信息，最后显示“谢谢欣赏”四个字。其中，个人信息是以打字的方式连续地显示出来，并在个人信息显示完后，闪三下；“谢谢欣赏”四个字是以滚动的方式从左往右显示出来。具体的显示效果，请看作品和电子档相关的图片，这里不作详细的介绍。 6总结 在单片机与液晶的接口中，关键是要满足液晶的时序要求；在软件编程中，关键是要进行正确的初始化、操作及写入显示内容的代码。以上的接口电路和相应的程序已通过调试，并在实际中得到应用。12864液晶显示屏不仅能显示连