电子毕业论文-液晶显示控制屏

2013 届本科毕业设计（论文）绪 论早在 1888 年，人们就发现液晶这一呈液体状的化学物质，象磁场中的金属一样，当受到外界电场影响时，其分子会产生精确的有序排列。如果对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿越。位于最后面的一层是由荧光物质组成的可以发射光线的背光层。背光层发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。当液晶显示器中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来，这就是液晶显示器显示技术。液晶显示器(LCD) 英文全称为 Liquid Crystal Display，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。它是一种采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。液晶显示器是一种功耗极低的显示器件。在袖珍中应用越来越广泛。液晶显示技术近几年来发展很快，各种规格的 LCD 显示班名目繁多，其专用驱动芯片也都相互配套，使 LCD 在控制和议表系统中广泛应用提供了极大的方便。各种规格的 LCD 显示班名目繁多，其专用驱动芯片也都相互配套，使LCD 在控制和议表系统中广泛应用提供了极大的方便。LCD 可分为段位式LCD、字符式 LCD 和点阵式 LCD。其中,段位式 LCD 和字符式 LCD 只能用于字符和数字的简单显示,不能满足图形曲线和汉字显示的要求 ;而点阵式 LCD 不仅可以显示字符、数字,还可以显示各种图形、曲线及汉字 ,并且可以实现屏幕上下左右滚动,动画功能,分区开窗口,反转,闪烁等功能, 用途十分广泛。经过二十多年的研究、竞争、发展，平板显示器已进入角色，成为新世纪显示器的主流产品，目前竞争最激烈的平板显示器有四个品种：（1）场致发射平板显示器（FED） （2）等离子体平板显示器（PDP） （3）有机薄膜电致发光器（OEL）（4）薄膜晶体管液晶平板显示器（TFT-LCD）液晶平板显示器，特别 TFT-LCD，是目前唯一在亮度、对比度、功耗、寿命、体积和重量等综合性能上全面赶上和超过 CRT 的显示器件，它的性能优良、大规模生产特性好，自动化程度高，原材料成本低廉，发展空间广阔，将迅速成为新世纪的主流产品，是 21 世纪全球经济增长的一个亮点。本设计以 AT89S51 单片机为核心研究点阵式液晶显示器 ACM12864 与单片机的接口电路及编程各部分的功能，能够正常地实现所要求的功能，抗干扰性能好、安全性强。本设计介绍以 AT89S51 系列单片机为核心的液晶显示屏控制系统，详细阐述了其工作原理、基本功能框图、关键设计技术及软件工作流程。提出了一种能实时控制显示内容的基于单片机的液晶显示屏控制系统设计方案，给出了该单片机的硬件电路和软件程序，同时根据单片机型号的选择，给出了硬件设计，软件流程图，单片机存储单元的分配，汇编语言源程序及详细注释等内容。2013 届本科毕业设计（论文）为了提高液晶显示屏控制系统的安全性、可靠性，本设计除在器件选择上采取措施( 如采用低功耗、宽温度范围的器件)外，在设计中还采用了一些关键技术。例如线路复用技术，数据和指令传送用同一个 I/O 口，可以节省单片机的 I/O 口资源；采用模块化程序设计，把一个大的程序划分为若干个小的功能模块，每个模块之间既相互独立又相互联系，这样可以提高软件的可维护性、可读性、可靠性和高效性。2013 届本科毕业设计（论文）第 1章 8051 单片机的基本结构1.1 8051单片机概述单片机的出现给控制领域带来了一场深刻的革命。现在，不仅仅是工业控制领域，而是一切控制领域，上从航空航天、军事国防，下到家用电器、儿童玩具，无论是工业农业还是商业服务业，到处都有单片机在运转，可以说单片机无所不能，无处不有。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。 可以说,二十世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称 PC 机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。现在,这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词“智能型”,如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品,不是电路太复杂,就是功能太简单且极易被仿制。究其原因,可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能 IC 卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机的内容是相当的多的,并且每一部分的内容又都是不容易掌握的。对于此种现象我们应该予以分点介绍，大概可分为了三部分：（1）单片机的概念和硬件结构。单片机就是单片微型计算机。它是将 CPU,存储器,定时中断系统,以及 I/O 系统统统集成到一个芯片上。它其实是一个芯片,同样它也可以被认为是一个小型的计算机。但是它终究是不能和微机相比的,因为它的处理速度,存储空间是有限的。单片机也被称作微控制器（MCU）,这是因为单片机主要被用于控制场合,并且控制作用突出。它的另一个名称是嵌入式微控制器（EMCU）,原因是大部分的单片机都被嵌入到一个系统中去完成相应的功能。使用单片机一定要知道里面的硬件资源,单片机与微机的不同还在于微机是冯诺依曼式的程序存储式的,而单片机是采用程序和数据分开存储的。由于它的2013 届本科毕业设计（论文）资源有限,因此要十分的清楚它的存储结构。（2）单片机的编程。我们使用微机是为了它能完成我们的要求,同理使用单片机也是为了更好地利用它来完成各种控制功能。这里主要是利用单片机里面的存储资源,即各种存储器的编程。我们知道编程语言有低级,中级,高级之分。低级语言的执行效率高,可以直接的访问存储器,但代码多并且不易移植,像汇编语言。高级语言的移植性好,不能直接操作寄存器,如 JAVA。而中级语言是介与前面两者之间的,它包含了两者的长处如可以进行一定的寄存器访问能力,又具有移植性好的特点.它还具有非常丰富的函数.所以进行单片机开发系统时采用了 C 语言.但是里面的位操作和 SFR 特殊功能寄存器的操作时极其的重要的.（3）单片机编程的难点.这是对单片机里面的定时计数器,中断以及和串行口的编程的理解和掌握.因为这三部分在编程中时相互渗透的使用.特别时串口的收发时和中断的关联以及在波特率的设置时和计数器 1 的关系.1.2 计算机组成部份在理解单片机的内部结构之前,我们先介绍下我们现在正在使用的计算机的几大组成部从份：计算机的五个组成部份： （1）运算器：用于实现算术和逻辑运算。计算机的运算和处理都在这里进行;（2）控制器：是计算机的控制指挥部件,使计算机各部份能自动协调的工作;（3）存储器：用于存放程序和数据;（又分为内存储器和外存储器,内存储器就如我们电脑的硬盘,外存储器就如我们的 U 盘）（4）输入设备：用于将程序和数据输入到计算机（例如我们电脑的键盘、扫描仪）;（5）输出设备：输出设备用于把计算机数据计算或加工的结果以用户需要的形式1.3 典型单片机1.3.1典型单片机的组成典型系列单片机是由以下所示的器件组成的：（1）中央处理器（CPU）：需要注意的是 MCS-51 的 CPU 能处理 8 位二进制数或代码;（2）内部数据存储器（RAM）：8051 芯片共有 256 个 RAM 单元,其中后 128单元被专用寄存器占用（稍后我们 详解）,能作为寄存器供用户使用的只是前128 单元,用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128 单元,简称内部 RAM。地址范围为 00HFFH（256B）。是一个多用多功能数据存储器,有数据存储、通用工作寄存器、堆栈、位地址等空间。（3）内部程序存储器（ROM）：8051 内部有 4KB 的 ROM,用于存放程序、原始数据或表格。因此称之为程序存储器,简称内部 RAM。地址范围为0000HFFFFH（64KB） 。2013 届本科毕业设计（论文）（4）定时器/计数器：8051 共有 2 个 16 位的定时器/计数器,以实现定时或计数功能,并以其定时或计数结果对计算机进行控制。定时时靠内部分频时钟频率计数实现,做计数器时,对 P3.4（T0）或 P3.5（T1）端口的低电平脉冲计数。（5）并行 I/O 口：MCS-51 共有 4 个 8 位的 I/O 口（P0、P1、P2、P3）以实现数据的输入输出。具体功能在后面将会详细论述。（6）串行口：MCS-51 有一个全双工的串行口,以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强,既可作为全双工异步通信收发器使用,也可作为移位器使用。RXD（ P3.0）脚为接收端口,TXD（P3.1）脚为发送端口。（7）中断控制系统：MCS-51 单片机的中断功能较强,以满足不同控制应用的需要。共有 5 个中断源,即外中断 2 个,定时中断 2 个,串行中断 1 个,全部中断分为高级和低级共二个优先级别。（8）时钟电路：MCS-51 芯片的内部有时钟电路,但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率为 12MHZ。1.3.2 89S51三个 I/O下面对 89S51 三个 I/O 口做一简介1.3.2.1 P0 口P0 口有三个功能： （1）外部扩展存储器时,当做数据总线;（2）外部扩展存储器时,当作地址总线;（3）不扩展时,可做一般的 I/O 使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部上拉电阻。 1.3.2.2 P1 口 P1 口只做 I/O 口使用：其内部有上拉电阻。 1.3.2.3 P2 口P2 口有两个功能： （1）扩展外部存储器时,当作地址总线使用; （2）做一般 I/O 口使用,其内部有上拉电阻.1.3.2.4 P3 口P3 口有两个功能： 除了作为 I/O 使用外（其内部有上拉电阻）,还有一些特殊功能,由特殊寄存器来设置,具体功能请参考表 1.1 的引脚功能说明。表 1.1 P3 口的特殊功能（即第二功能） 口线 第二功能 信号名称P3.0 RXD 串行数据接收P3.1 TXD 串行数据发送P3.2 INT0 外部中断 0 申请P3.3 INT1 外部中断 1 申请P3.4 T0 定时/计数器 0 计数输入P3.5 T1 定时/计数器 1 计数输入P3.6 WR 外部 RAM 写选通2013 届本科毕业设计（论文）P3.7 RD 外部 RAM 读选通第 2章 液晶显示屏简介 2.1 液晶显示器概述液晶显示器(LCD) 具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其它显示器无法比拟的优点,近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。在袖珍中应用也越来越广泛。液晶显示技术近几年来发展很快，各种规格的 LCD 显示班名目繁多，其专用驱动芯片也都相互配套，使 LCD 在控制和议表系统中广泛应用提供了极大的方便。LCD 可分为段位式 LCD、字符式LCD 和点阵式 LCD。其中,段位式 LCD 和字符式 LCD 只能用于字符和数字的简单显示,不能满足图形曲线和汉字显示的要求;而点阵式 LCD 不仅可以显示字符、数字,还可以显示各种图形、曲线及汉字,并且可以实现屏幕上下左右滚动,动画功能,分区开窗口,反转,闪烁等功能,用途十分广泛。此次设计介绍了点阵式液晶显示器 ACM12864 与单片机的接口及编程的方法。2.1.1 液晶模块使用注意事项（1）请勿随意自行加工、整修、拆卸。（2）避免对液晶屏表面施加压力。（3）不要随意触摸外引线，电路板上的电路及金属框。（4）如必须接触时，应使人体与模块保持同一电位，或将人体良好接地。（5）焊接使用的烙铁、操作用的电动改锥等工个具必须良好的接地，没漏电。（6）严防各种静电。（7）模块使用接入电源及断开电源时，必须按时序图进行。即必须在正电源（50.25V）稳定接入后，才能输入信号电平。如电源稳定接入前，或断开后就输入电平信号，将会损坏模块中的集成是路，使模块损坏。（8）点阵模块在调节时，应调整 VEE 至最佳对比度、视角时为止。如 VEE调整过高，不仅会影响液晶的显示，还会缩短液晶的寿命。（9）模块表面结雾时，不要通电工作，因为这将引起电极化学反应，产生断线。（10）模块要存储在暗处（避阳光），温度在-100C +350C，湿度在 RH60%以上的地方。如能装入聚乙烯口袋（最好有防静电层）并将封口封住最好。2.1.2 LCD使用指南LCD 使用的注意事项: （1）确保是在电源关闭的状态下拔插线缆接头。2013 届本科毕业设计（论文）（2）对液晶屏进行固定安装时，注意使整个液晶屏保持平整，避免外力导 致液晶屏 “弯曲”、“扭曲”。（3）避免液晶屏的表面偏光片被坚硬物体划伤，决不能将坚硬物品置于液晶屏之上。（4）如果水滴长时间滞留在液晶模块上，可能导致变色或出现污斑，所以务必及时清洁模块。（5）当屏幕表面有污迹时，须使用纯棉或软质布擦拭 如果还是有污物在上面，可以先吹气然后再擦拭。（6）应当轻拿轻放液晶模块，因为液晶盒为玻璃制品，属易碎品，跌落、敲打都可能导致玻璃破裂。 （7）液晶模块采用了 CMOS-LSIs，所以处理液晶模块时，一定要防止静电，操作者须有有效接地措施。（8）拔插逆变器时，不要过力拽拉背光线。（9）不要将液晶模块过长时间置于阳光直射下或者紫外线下。（10）由于液晶模块的可视特性会因视角不同而改变。所以在装配时，应该充分考虑使用者处于最佳视角的位置。（11）如果液晶存储在低于规定存储温度下限之下，可能造成液晶结晶而导致不可恢复的损坏。如果置于超过存储温度上限的温度环境下，液晶可能变成各向同性的液体从而无法恢复液晶态。（12）不要拆卸液晶模块，这样很可能损坏液晶模块。（13）设备或包装材料中使用的环氧树脂（胺硬化物）、硅树脂粘合剂（脱醇粘合剂或肟粘合剂）等发出来的气体可能造成偏振片的退化，所以有必要检查使用材料的相容性。（14）在液晶模块的背面有电子元器件，所以在设计、装配、处置过程中避免挤压背面，否则可能损坏电子元器件。（15）遵守有关电子元器件的其它使用注意事项，建议尽量在接近实际操作环境的条件下检查液晶模块。（16）因为液晶模块是采用外框封装的，所以设计中小心使用附件。（17）插接接口接插件时，要保持与液晶模块的接插件在同一水平和平行方向；（18）在处置液晶模块或者装在设备中，如果长时间放置在有氧化或还原气体的空气中，或者使用有试剂、溶剂、粘合剂、树脂等会产生这类气体的材料，可能导致液晶模块被腐蚀、变色。（19）不要将附着保护膜的模块置于高温环境下，否则保护膜会粘在模块表面揭不下来。（20）最好在任何时候都不要触摸液晶模块的偏光片，容易弄脏留下污斑；（21）任何时候（包括从包装箱中拿出来的时候）都不要使劲拽背光灯导线，否则容易损坏导线。（22）建议操作者处置液晶模块时穿戴防静电服，并戴上接地腕带。（23）对模块背面的 TCP，不要施加太大的压力，否则会损坏 TCP。2.1.3 影响液晶显示器寿命因素 （1）建议在常温/常湿环境下工作，高温/高湿会影响液晶显示器的寿命。 2013 届本科毕业设计（论文）（2）激烈的温度波动会影响液晶显示器的性能，特别是低温会影响亮度和响应时间。 建议在平稳、干净的环境下工作，灰尘会引起内部电路失效。 （3）不要让液体溅入显示器内部，如需清洁请关闭电源，将清洁剂喷射在软布上再轻轻擦拭。 （4）液晶显示器是玻璃制品，搬动时应避免碰撞、震动。 （5）液晶显示器表面有多层薄膜，严禁用锐器刻划。 （6）严禁随意拆卸液晶显示器，如遇故障务必请专业人员维修。 （7）长时间显示固定画面，会使亮度下降、图像滞留现象加大，建议使用屏幕保护程序。 （8）长时间不用请关闭显示器电源，拔掉电源插头。2.1.4 液晶模块常用的三种连接方式常用液晶模块连接方式及其适用范围：（1）金属插脚金属脚脚可直接焊接在 PCB（印刷线路板）上， 连接可靠，抗震动强，脚间距受限制适用于音响产品，电表等。（2）斑马纸(热封) 柔软性连接，组装不方便。 用于薄型产品的连接。适用于计数器、寻呼机、电子记事簿等。（3）导电橡胶成本较低，组装方便， 是较多采用的连接方式 成本较低。适用于手表，游戏机，时钟，电话等。2.2 液晶显示屏简介早在 1888 年，人们就发现液晶这一呈液体状的化学物质，象磁场中的金属一样，当受到外界电场影响时，其分子会产生精确的有序排列。如果对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿越。无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的 LCD 显示屏都是由不同部分组成的分层结构。位于最后面的一层是由荧光物质组成的可以发射光线的背光层。背光层发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。当 LCD 中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来，这就是LCD 显示技术。液晶显示器(LCD) 英文全称为 Liquid Crystal Display，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。它是一种采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。液晶显示器是一种功耗极低的显示器件。在袖珍中应用越来越广泛。液晶显示技术近几年来发展很快，各种规格的 LCD 显示班名目繁多，其专用驱动芯片也都相互配套，使 LCD 在控制和2013 届本科毕业设计（论文）议表系统中广泛应用提供了极大的方便。优势：与传统的阴极射线管（CRT）相比，LCD 占用空间小，低功耗，低辐射，无闪烁，降低视觉疲劳。不足：与同大小的 CRT 相比，价格更加昂贵。2.2.1 LCD显示器特点液晶显示器有以下显示特点。（1）低压微功耗工作电压只用 35 伏，工作电流只有几个微安/CM2.因此它成为便携式和手持仪器仪表的显示屏幕。（2）平板性结构 LCD 显示器内有两片平行玻璃组成的夹层盒，面积可大可小，且适合于大批量生产，安装时占用体积小，减小了设备面积。（3）被动显示 液晶本身不发光，而是靠调制外界光进行显示。因此适合人的视觉习惯，不会使人眼睛疲劳。（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）易于色彩化 （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。（7）寿命长 LCD 器件本身无老化问题，寿命极长。2.2.2 LCD显示器分类当前市场上液晶显示器件种类繁多，可从以下几个方面分类。2.2.2.1 按排列形式分类按排列形式可分为笔段型、字符型和点阵图形型。（1） 笔段型 笔段型是以长条状显示像素组成一位显示。该类型主要用于数字显示，也可用于显示字母或某些字符。这种段型显示通常有六段、七段、八段、九段、十四段和十六段等，在形状上总是围绕数字“8”的结构变化，其中以七段显示最常用，广泛用于电子表、数字仪表、笔记本计算机中。（2） 字符型 字符型液晶显示模块是专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。在电机图形设计上它是由若干个 57 或 511 点阵组成，每一个点阵显示一个字符。这类模块广泛应用于寻呼机、大哥大电话、电子笔记本等类电子设备中。（3） 点阵图形型 2013 届本科毕业设计（论文）点阵图形型是在一平板上排列多行和多列，形成矩阵形式的品格点，点的大小可根据显示的清晰度来设计。这类液晶显示器可广泛用于图形显示如游戏机、笔记本电脑和彩色电视等设备中2.2.2.2 按采光方法分由于液晶显示是被动采光，自己不发光，完全借助于外部光源来显示。因此按采光性方式可分为一下几类。（1） 自然采光 自然采光是利用周围环境光为显示光源，靠 LCD 背面的反射膜将入射的自然光从正面反射出来显示。这种采光方式简单、方便，但其清晰度受周围环境光影响很大。目前大部分计数器、计时器、计算器等计量显示器件都采用这种方式。（2） 背光源采光 液晶显示器件上增加背光源，用以增加显示器件的清晰度和稳定性。背光源通常采用点状小型白炽灯或卤素灯（LED） ，线状冷阳极荧光灯或热阴极荧光灯以及面状扁平荧光灯（EL） 。当前，塑料膜型的 EL 和三基色扁平荧光灯得到了更好的应用。背光源的安装方式分为边光式和背光式。边光式即在显示器的侧面，将光源按线型配置，还要在显示器的背面配以特殊设计的散光板或反射板，以使得背景光源一致均匀；背光式即在显示器的背面配置一个面光源。2.2.3 按 LCD的显示驱动方式分类LCD 显示器的驱动方式有静态驱动法、动态驱动法和双频驱动法。（1） 静态驱动法 静态驱动法是将振荡器的脉冲信号分频后直接施加在背电极 BP 上，段电极脉冲直接加在某一段上。这种显示适用于笔段型液晶显示器件，每个字符段要有一个锁存器和驱动器。（2） 动态驱动法 为了节省硬件驱动电路，在多个显示像素驱动时，将像素排列成矩阵结构，分别称为行电极和列电极。采用类似于 CRT 光栅动态扫描的方法，循环地给行电极施加选择脉冲并同时给需要显示数据的列电极相应的选择脉冲，这样逐次顺序扫描，循环周期很短，使得显示屏上呈现出稳定的图象。（3） 双频驱动法 双频驱动法是利用液晶介电常数与驱动电压频率的相互关系，使用两种不同的驱动电压频率来改变液晶显示器件上各像素分子效果。2.2.4 按控制器的安装方式分类 控制器的安装有内藏式，即把控制器和驱动都用厚膜电路做在液晶显示模块印刷底板上，只需外部接口的数字信号或模拟信号即可驱动显示器，使用很2013 届本科毕业设计（论文）方便。还有不含控制器方式，需要另外选配相应的驱动控制器才能工作。2.3 各种液晶显示原理液晶显示器(LCD) 是现在非常普遍的显示器。它具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。液晶显示器（LCD）的原理与阴极射线管显示器（CRT ）大不相同。LCD 是基于液晶电光效应的显示器件。包括段显示方式的字符段显示器件；矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件；矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。下面介绍四种液晶显示器的工作原理。2.3.1 TN型液晶显示原理 TN 型的液晶显示技术可说是液晶显示器中最基本的，而之后其它种类的液晶显示器也可说是以 TN 型为原点来加以改良。同样的，它的运作原理也较其它技术来的简单。TN 型液晶显示器的简易构造包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板。不加电场的情况下，入射光经过偏光板后通过液晶层，偏光被分子扭转排列的液晶层旋转90 度，离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，因此光线能顺利通过，整个电极面呈光亮。当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致，液晶层因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，电极面因此呈现黑暗的状态。 其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间，液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列，如果电场未形成，光线会顺利的从偏光板射入，依液晶分子旋转其行进方向，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，两片玻璃间会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使其分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象，叫做扭转式向列场效应，简称 TNFE（twisted nematic field effect） 。在电子产品中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成 2.3.2 STN液晶显示原理STN 型的显示原理与 TN 相类似，不同的是 TN 扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转 90 度，而 STN 超扭转式向列场效应是将入射光旋转180270 度。要在这里说明的是，单纯的 TN 液晶显示器本身只有明暗两种情形（或称黑白） ，并没有办法做到色彩的变化。而 STN 液晶显示器牵涉液晶材料的关系，以及光线的干涉现象，因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主。但如果在传统单色 STN 液晶显示器加上一彩色滤光片（ color filter） ，并将单色显示矩阵之任一像素（pixel）分成三个子像素（sub-pixel ） ，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，再经由三原色比例之调和，也可以显示出全彩模式的色彩。另外，TN 型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大，其屏幕对比度就会显2013 届本科毕业设计（论文）得较差，不过藉由 STN 的改良技术，则可以弥补对比度不足的情况。2.3.3 TFT型液晶显示器的原理TFT 型的液晶显示器较为复杂，主要的构成包括了，萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。TFT 型液晶显示器也采用了两夹层间填充液晶分子的设计。只不过是把左边夹层的电极改为了 FET 晶体管，而右边夹层的电极改为了共通电极。首先液晶显示器必须先利用背光源，也就是萤光灯管投射出光源。TFT 的显示采用 背透式照射方式，即假想的光源路径不是像 TN 液晶那样的从左至右，而是从右向左，这样的作法是在液晶的背部设置了类似日光灯的光管。光源照射时先通过右偏振片向左透出，借助液晶分子来传导光线。由于左右夹层的电极改成 FET 电极和共通电极，在 FET 电极导通时，液晶分子的表现如 TN 液晶的排列状态一样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是，由于 FET 晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到 FET 电极下一次再加电改变其排列方式为止。相对而言， TN 就没有这个特性，液晶分子一旦没有被施压，立刻就返回原始状态，这是 TFT 液晶和TN 液晶显示原理的最大不同。2.3.4 高分子散布型液晶显示器“高分子散布型液晶显示器” （Polymer dispersed liquid crystal liquid crystal display） ，简称“PDLC 型液晶显示器”。高分子的单体 (monomer)与液晶混合后夹在两片玻璃中间，做成一液晶盒。这种玻璃与上面所用的相同，是表面上先镀有一层透明而导电的薄膜作电极。但是不需要在玻璃上镀表面配向剂。此时将液晶盒放在紫外灯下照射使个单体连结成高分子聚合物。在高分子形成的同时，液晶与高分子分开而形成许多液晶小颗粒。这些小颗粒被高分子聚合物固定住。当光照射在此液晶盒上，因折射率不同，而在颗粒表面处产生折射及反射。经过多次反射与折射，就产生了散射(scattering)。此液晶盒就像牛奶一样呈现出不透明的乳白色。足够大电压加在液晶盒两侧的玻璃上液晶顺着电场方向排列，而使每颗液晶的排列均相同。对正面入射光而言，这些液晶有着相同的折射率n。如果我们可以选用的高分子材料的折射率与 n 相同，对光而言这些液晶颗粒与高分子材料是相同的；因而在液晶盒内部没有任何折射或反射的现象产生。此时的液晶盒就像透明的清水一样。2.4 LCD结构原理平板性 LCD 显示器如图 2.1 所示将液晶材料封装在上、下导电玻璃电极之间，液晶分子平行排列，上下扭90 度。当外部如射光线通2013 届本科毕业设计（论文）过上偏振片之后形成偏振光，该偏振光通过水平排列的液晶材料后被旋转 90 度。再通过与上偏振片垂直的下偏振片，被反射板反射回来，成透明状态；当上、下电极加 上一定的电压后，电极部份 图 2.1 液晶显示器的基本构造的液晶分子转成垂直分布，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。根据需要，将电极做成各种文字、数字、图形，就可以获得各种状态显示。图 2.2 液晶显示器的工作原理（a）无电场，有反射光 (b)加电场，光吸收，无反射光2013 届本科毕业设计（论文）第 3章 ACM12864 原理简介3.1 LCD显示器的驱动原理根据上面介绍的显示原理，要显示 LCD 的的某一段，必须对该字段两电极加上电压，这一驱动电压为直流或交流均可。但使用交流驱动的 LCD 器件其寿命长，可达数万小时以上，因此实际上都采用交流驱动。常用的方法是通过“异或”门把显示控制信号和显示频率信号交并成交变的驱动信号。常用的场效应型 LCD 的驱动电压范围是 36V，适合单片机系统的 5V 工作电压，并能采用通用的 CMOS 电路来驱动。表 3.1 ACM12864 接口引脚信息引脚 名称 电平 功能1 GND 0V 参考地2 Vcc +5V +5V 电源输入端。输入范围是 4.755.25V3 Vo - 对比度电压输入端。一般将-5V 通过电位器后加至此端.显示器驱动电压， （亮度?）4 D/I H/L 高电平为数据，低电平为指令5 R/W H/L 高电平从 LCD 读数据到 MPU，低电平写 MPU 数据到 LCD6 E H,H 到 L LCD 写使能信号，下降沿有效，读数据时，E 为高电平.与 5 脚配合使用714 D0D7 H/L 八个数据总线，通常接 MPU 数据总线15 CS1 H 选择右半屏16 CS2 H 选择左半屏17 RSTB L 复位信号，低电平有效18 Vout -10V -10V 电源输出端，一般通过电阻连到 3 脚（Vo）19 LED+ +4.2V LCD 背光正电源端。一般将+5V 通过分压后接到此脚20 LED- 0V LCD 背光负电源端。一般接 GND3.2 部分功能器件的说明（1）IR指令寄存器。 用来寄存指令码。当 D/I0 且在 E 信号下降沿指令写入 IR。（2）DR数据寄存器。用来寄存数据。当 D/I1 且在 E 信号下降沿，图形显示数据写入 DR当 D/I 1 且在 E 信号高电平。数据由 DR 读出至 DB0DB72013 届本科毕业设计（论文）（3）BF忙状态。 “1”模块在进行内部操作，外部指令和数据。 “0”模块准备就绪，随时可接受外部指令和数据。利用 STATUS READ（读状态）指令，可将 BF 读到 DBT 总线。（4）DFF显示控制触发器。用于模块屏幕显示开和关的控制。“1”开显示 DISPLAY ON ； “0”关显示 DISPLAY OFF（5）XY 地址计数器：是一个 9 位计数器。实质，它是 DDRAM 的地址指针。高 3 位X 地址计数器，为DDRAM 的页指针。无计数功能，只能用指令设置；低 6 位Y 地址计数器，为 DDRAM 的 Y 地址指针。具有循环计数功能，各显示数据写入后，Y 地址自动加 1，从 063。（6）DDRAM显示数据 RAM。它是存贮图形显示数据的。 “1”表示显示选择；“0”表示显示非选择。（7）Z 地址计数器是一个 6 位计数器，具有循环显示功能。 RESET 复位后为 0。它用于显示行扫描同步 。当一行扫描完，地址计数器自动加 1。它可用 DISPLAY START LIVE（显示起始行）指令预置。即：DDRAM 的数据从哪一行开始显示在屏幕第一行。DDRAM 共 64 行，屏幕可循环滚动显示64 行。表 3.2 ACM12864 的指令系统目的 R/W D/I D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 说明0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 关闭显示内容显示器开/关指令0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 显示 RAM 中的内容设置列地址0 0 0 1 列地址（063） Y 地址，共 64 列设置页地址0 0 1 0 1 1 1 页地址（07） X 地址，共八页设置起始行0 0 1 1 显示起始行（063） LCD 最上一行的行号读 LCD状态1 0 BUSY 0 0/F RSET 0 0 0 0 BUSY 为 1 是忙，为 0是不忙；0/F 为 0 是LCD 开，为 1 是关；RSET 为 0 是正常，为1 是复位写显示数据0 1 显示数据（连续写，Y 地址会自增 1） 在设置的行、列处显示读数据 1 1 读显示 RAM 的数据（Y 地址会自增 1） 先空读，后才会读出对部分指令的说明如下：（1）只要设置了页地址（X 地址）和列地址（） ，就惟一确定了显示 RAM中的一个单元。这样，MPU 就可用读、写指令读出该单元的内容或向该单元写2013 届本科毕业设计（论文）进一个字节数据。（2）有规律的设置对应液晶显示屏最上一行的 RAM 行数（设置起始行） ，可以使 LCD 实现滚动的效果。（3）在 BUSY 和 RESET 状态时，除读状态指令外，其他指令均不对ACM12864 产生作用。（4）在对 ACM12864 操作之前，要先查询 BUSY 状态，以确定是否对ACM12864 进行操作。（5）读、写数据指令每进行一次读、写操作，列地址就会自动增 1。必须注意的是，进行读、写操作之前，必须有一次空读操作，紧接着再读，才会读出所要读的单元中的数据。表 3.3 ACM12864 指令的指令码P2：0011 1000 38H开P0：0011 1111 3FHP2 左：18H右：28HP2：0011 1000 38H显示开关控制关P0：0011 1110 3EHP0 开：3FH关：3EHP2 0011 1000 38H 左：18H右：28H设置显示起始行P0 11* * C*HFFH 063 行选一P2 0011 1000 38H 左：18H右：28H设置页地址P0 1011 1* B8HBFH 第 0 页第 7页P2 0011 1000 38H 左：18H右：28H设置 Y 地址P0 10* * 40H7FH 063 个 Y 地址选一P2 1011 1000 B8H 左：98H右：A8H读状态P0 BUSY 0 ON/OFF RSET 0000 *0HP2 1111 1000 F8H 左：D8H右：E8H读出显示数据P0 * * 数据线P2 0111 1000 78H 左：58H右：68H写入显示数据P0 * * 数据线表 3.4 读、写时序参数表名称 符号 最小值 典型值 最大值 单位E 周期时间 Tcyc 1000 nsE 高电平宽度 Pweh 450 nsE 低电平宽度 Pwel 450 ns2013 届本科毕业设计（论文）E 上升时间 Tr 25 nsE 下降时间 Tf 25 ns地址建立时间 Tas 140 ns地址保存时间 Tah 10 ns数据建立时间 Tdsw 200 ns数据延迟时间 Tddr 320 ns写数据保持时间 Tdhw 10 ns读数据保持时间 Tdhw 20 ns对应的时序图如图 3.1：图 3.1.a 为读时序图，图 3.1.b 为写时序图图 3.12013 届本科毕业设计（论文）第 4章 ACM12864 与单片机的接口电路1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 26-Jan-2007 Sheet of File: D:件件protel件件件件件件件件件件yijing.DdbDrawn By:EA/VP31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P30TXD 11RXD 10U189S51R110K-20KR210A0A1A2A3 A0A1A2A3VCCAD7VCCAD6AD5AD4VCCAD3AD2 8910U2CAD11112 13U2DAD0VCC12 3U2AAD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD01234567891011121314151617181920J1S1件件件件A4 A4图 4.1 ACM12864 与单片机的接口电路图 4.1 为 8051 单片机与 ACM12864 的基本接口电路，其中自锁开关 S1 用于控制背光板电源，按下时接通电源，打开背光灯。电阻 R1 用于调节显示屏亮度，即调节显示对比度。AD0AD7 为单片机与液晶显示屏的数据线，传递单片机发出的指令和数据。P2.4 和 P2.5 做为显示屏的片选端，分别用于控制显示屏的左半屏和右半屏。P2.6 则做数据、指令的控制端，当是高电平“1”时AD0AD7 上为数据；当是低电平“0”时 AD0AD7 上为指令。P2.7 是读写控制端，当是高电平“1”时为读状态；当是低电平“0”时为写状态。2013 届本科毕业设计（论文）第 5章 设计流程图及程序5.1 按键子程序按键子程序：首先，查询 P3.3 键是否按下，如果按下则转入相应的显示子程序，如果没有检查 P3.4 键是否按下，如果按下则转入相应的显示子程序，如果没有检查 P3.5 键是否按下，如果按下则转入相应的显示子程序，如果没有则结束该按键子程序，返回。但由于 JNB 跳转指令的范围太短，故进行以下修改，让起先跳转到某处，再由该处进行长跳转。保证不出其范围。据此，故得其子程序流程图如下：开始置位 P3 口结束显英语子程序显汉字子程序显数字子程序P3.5 口是否为 0P3.3 口是否为 0YYYNNNP3.4 口是否为 02013 届本科毕业设计（论文）图 5.1 按键子程序流程图由其流程图，得其子程序如下：anjian: JNB P3.3,xianshu ;按键子程序JNB P3.4,xianhanJNB P3.5,EnglishRETxianshu: LJMP xianshuzuoxianhan: LJMP xianhanzuoEnglish: LJMP Englishzuo5.2 延时子程序延时子程序采用通用的一秒延时子程序。由于单片机选用的晶振为11.592，所以一个指令码大约为 1u，所以一秒的时间大约是 100 000 次，即8250250。故得其子程序如下：DELAY: MOV R7,#8 ;延时子程序DEL1: MOV R6,#250DEL2: MOV R5,#250DJNZ R5,$DJNZ R6,DEL2DJNZ R7,DEL1RET5.3 送指令子程序和送数据子程序在 ACM12864 模块中，指令放在以 3800H 为地址开始的一段存储区，数据放在以 7800H 为地址开始的一段存储区。故需将单片机发出的指令和数据分别送往其对应的寄存器地址。因而得其子程序如下：OUTI: PUSH DPH ;送指令子程序PUSH DPLMOV DPTR,#3800HMOVX DPTR,APOP DPLPOP DPHRETOUTD: PUSH DPH ;送数据子程序PUSH DPLMOV DPTR,#7800HMOVX DPTR,A2013 届本科毕业设计（论文）POP DPLPOP DPHRET5.4 半屏送一页数据代码子程序在 ACM12864 中，使用 1616 点阵字模，而字模由专门的字模提取程序而得。但每次传送 8 字节，所以又分为两个 816。在 ACM12864 中，以 8 为列，16 为行，每次一行送完再送下一行。整个显示屏又分左右两个半屏，每屏6464。也就是说，每屏一行记为页的话，一页显示四个字，即为 1664。而每一次送完 864 之后，再开始送下一行。但中间需要查询是否再次有键按下。综上所述，结合附录 A原理图，得其子程序流程图如下：图 5.2 为半屏送一页数据代码子程序。 2013 届本科毕业设计（论文）开始设置送数次数在代码中依照次数查找对应的数，并将该数送入 A调送数据子程序，送出 A 中数据次数加 1余数是否为零次数除以 16调延时子程序调按键子程序一页数据是否送完结束NYYN图 5.2 半屏送一页数据代码子程序流程图结合流程图，得其程序如下：song1hang: PUSH ACC ;送一页数据子程序MOV R1,#00H