【毕业学位论文】(Word原稿)LCD控制系统设计-计算机科学与技术

牡丹江师范学院学士学位论文 制系统设计 姓 名： 刘丁继 指导教师： 曹望成 系 别： 计算机科学与技术 系 年 级： 2004 级 专 业： 计算机科学与技术 制系统设计 录 摘 要 . 文摘要 . 前言 . 1 发展过程 . 1 分类 . 1 优点和缺欠 . 2 2 硬件介绍 . 3 介绍 . 3 示驱动控制器 . 6 硬件组成 . 6 晶显示模块指令系统 . 11 液晶显示模块接口技术 . 18 3 程序设计 . 25 序设计流程图 . 25 序内容 . 27 结 论 . 34 参考文献 . 35 致 谢 . 36 制系统设计 要 ： 文对基于单片机的 先在绪论中介绍了本课题的课题背景、研究意义及完成的功能。 本系统是以单片机的基本语言汇编语言来进行软件设计，指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。 正文中首先简单描述系统硬件工作原理，且附 以系统硬件设计框图，并介绍了单片机微处理器的发展史，论述了本次毕业设计所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程 ， 并具体描述了89 接电路接口的软、硬件调试 ， 其次阐述了程序的流程和实现过程。本文撰写的主导思想是软、硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。最后对我所开发的用单片机实现 件调试作了详细的论述。 关键词： 单片机；微处理器； 制系统设计 CD of is in It of in by is of It of is to of to of in to of of of It in a 9to is as I an in to by 制系统设计 11 前言 发展过程 1888 年奥地利植物学家 加热苯酸 脂晶体时发现：当温度升到 时晶体融化成为乳白色粘稠的液体。 时乳白粘稠的液体变成完全透明的液体 从此产生了 液晶材料 。 1968 年美国首先做出 1973年夏普做出 1984年 欧美国家 发明了 发展过程： A 1888 1968 年为液晶材料性能和应用研究时期。 B 1973 1985 年为 C 1985 1993 年为 D 1993 2000 年是 发展时期，这个时期 性能已可以与 E 个人使用移动型手持显示器成为可能，因此， 2000年以后将进入 分类 常见的液晶显示器按物理结构分为四种： （ 1）扭曲向列型（ （ 2）超扭曲向列型（ N）； （ 3）双层超扭曲向列型（ （ 4）薄膜晶体管型（ 的显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板的透明导电玻璃间，液晶分子会依附向膜的细沟槽方向，按序旋转排列。如果电场未形成，光线就会顺利的从偏光板射入，液晶分子将其行进方向旋转，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，玻璃间就会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。其中 制系统设计 2 只是液晶分子的扭曲角度不同而已。液晶分子扭曲角度为 180 度甚至 270 度。而 采用与 这里只对 的液晶显示器 进行介绍。 要是由：萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等构成。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 ， 这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶。这时液晶分子的排列方式就会改变穿透液晶的光线角度 ， 然后这些光线还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板 。 因此我们只要改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色 彩 ， 这样就能在液晶面板上变化出有不同色调的颜色组合了。 优点和缺欠 液晶显示器与其他类型的显示器相比较有如下优点 ： （ 1） 平面型显示，体积小，重量轻，便于携带； （ 2） 驱动电压低 ,功耗小； （ 3） 工作寿命长 ,可在 5 万小时以上； （ 4） 不含有害射线 ,对长期在液晶显示器件周围工作的人身体无害； （ 5） 被动显示，不易被强光冲刷，外界光越强则显示越清晰，可以在明亮环境下显示； （ 6） 易于驱动，能用大规模驱动电路直接驱动 ,电路接口简单； （ 7） 结构简单 ,没有复杂的机械部分； 液晶显示器都是数字式的，不 像阴极射线管彩显采用模拟接口。也就是说使用液晶显示器，显卡再也不需要像往常那样把数字信号转化成模拟信号再行输出了。 液晶显示器与其他类型的显示器相比较有如下缺点： 德国权威机构一项调查显示，虽然液晶显示屏比普通显示屏的辐射小得多，但因为它的亮度过高，反而更容易使我们的眼睛变得疲倦，甚至可能导致头痛等症状。 制系统设计 3据中国妇女报 20 日报道，在调查中，科研人员测试了 10 款不同品牌的 19英寸液晶显示屏，既有台式机，也有笔记本电脑。他们发现，所有接受测试的液晶显示屏都存在着亮度过高的问题。研究人员指出，当显示器的亮度达 到每平方米 100发光强度单位堪德拉 )时，已经会对眼睛造成一定影响。而他们所测试的液晶显示屏，其发光强度都超过每平方米 300些更达到了400持这项调查的德国电脑专家表示， 不只 是液晶电脑，液晶电视也存在着这一问题。这些液晶显示屏为 增加清晰度，除了靠 荧幕 背后的光管提高亮度外，还普遍使用了经过特别擦亮技术使显示屏表面看起来像装了块玻璃一样，显得很有质感，而且还提高了 荧幕 的色彩对比度及饱和度。不过它也会像玻璃一样反射光线。尤其当光线照向 荧幕 时，会增加光线反射。使用这种显示屏的消费者，很容易被光线刺伤，并产生眼睛疲倦的症状，慢慢地还会引起视力下降和头痛的健康问题 。那么 ，怎样才能防止液晶显示屏对眼睛的伤害呢？专家提议：为防止光线反射， 首先 使用电脑时，我们的眼睛与 荧幕 的距离以 60 厘米左右为宜；其次，一般的液晶显示屏都有亮度高低的功能设计，在使用时，尽量把光亮度调；第三，不妨在液晶显示屏上贴上一张防光线反射的液晶显示屏保护膜，这不仅可以防止损坏液晶 荧幕 ，还可以阻止出现光线反射及眩晕现象。此外 对于 准备更新电脑的人来说，不妨选择市场上新出现的设有低反射液晶显示技术的液晶显示屏，其在设 计上避免了光线对眼睛的伤害。 2 硬件介绍 介绍 美国 司生产的低电压，高性能 单片机，片内含 4k 可反复擦写的只读程序存储器 ( 128 随机存取数据存储器 ( 器件采用 司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 令系统，片内置通用 8 位中央处理器 ( 储单元，可灵活应用于各种控制领域。 一个低功耗高性能单片机， 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2 个外中断口， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双制系统设计 41 2 3 4 5 6i t l eN u m b e r R e vi s i o nS i z a t e : 2 7- M a y - 20 05 S he e t o f F i l e : F : l c x M y D e s i g n 3. d r a w n B y :E A / V S E T 012I N T 11301P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E E / 8 9C 5 1工串行通信口。它的主要功能是产生各种控制信号，控制存储器、输入 /输出端的数据传送、数据算术运算、逻辑运算以及位操作处理等。它是单片机的心脏和头脑。从功能上可分为运算器和控制器两部分。其管脚图如图（ 。 图 脚 列单片机是高性能单片机，因受到引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。下面对其管脚功能进行介绍： (1)主电源引脚 40 脚）：主电源 +5V，正常操作的对 程及验证时均接 +5 20 脚）：接地。 (2)19 脚）和 18 脚）：接外部晶振的两个引脚。 (3)、 制信号引脚。 (4)输入 /输出引脚 应 39 32 脚； 应 1 8 脚； 应 2128 脚； 应 10 17 脚。 制系统设计 5： 为一个 8 位漏 极 开路双向 I/O 口，每脚 可吸收 8电流。当 的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 够用于外部程序数据存储 器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 作为原码输入口，当 时 位双向 I/后，被内部上拉为高，可用作输入， 输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 位双向 I/出 4个 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， 的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时， 给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， 2口在 个带内 部上拉电阻的双向 I/接收输出 4个 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， 是由于上拉的缘故。 备选功能 行输入口） 行输出口） 部中断 0） 部中断 1） 0（记时器 0外部输入） 1（记时器 1外部输入） 部数据存储器写选通） 部数据存储器读选通） 制系统设计 示驱动控制器 晶显示驱动控制器是指在液晶显示控制器的内部增加了控制器的功能。这类控制器保持了原来驱动器直接驱动液晶显示器的功能，在此基础上增加了片内显示缓冲区及管理能力；增加了振荡器和时序发生器；增加了与计算机的接口电路和控制逻辑电路及控制寄存器 ， 从而形成了具备一定控制能力的液晶显示驱动控制器。在本设计中用的控制器是 器，它在同类产品中是功能最强的。其特点是： A、 有较强功能的 I/ B、 指令功能丰富。 四位数据并行发送，最大驱动能力为 640 256点阵。 硬件组成 部控制部和驱动 面分别叙述这三部分的功能、特点及所属的引脚功能。 接口部分 ： 口部具有功能较强的 I/能较强表现在两个方面： 问 需判其“忙”， 时准备接收 访问并在内部时序下及时地把 的指令、数据传输就位。 接口部设置了适配 8080 系列和 列 两种操作时序电路，通过引脚的电平设置，可选择二者之一。 据输入缓冲器、数据输出缓冲器和标志寄存器组成。这些缓冲器通道的选择是由引脚 操作信号联合控制。忙标志寄存器是一位只读寄存器，它仅有一位“忙”标志位 时，表示 在传送完一行有效显示数据到下一行传送开始之间的间歇时间内 。当大屏上大量显示数据修 改时，在传送不会影响屏的显示效果。 制系统设计 7图 路原理框图 图 脚图 制系统设计 8表 口部所属的引脚如下 符 号 状态 名 称 功 能 态 数据总线 可直接挂在 据总线上 /入 片选信号 当 问 ，将其置为低电平。 入 I/O 缓冲器选择信号 写指令代码和读数据， 写数据 ,参数和读忙标志 / 入 读操作信号 使能信号 适配 8080 系列 口 适配 6800 系列 口 /入 写操作信号 读 /写选择信号 适配 8080 系列 口 适配 6800 系列 口 /入 硬件复位信号 当 重 新 启 动 还 需 用 指 令入 接口时序类型选择信号见下表 明 式 / 0 8080 系列 / 0 6800 系列 E R/W * 1 无效 对时序图 说明如下表（ 示： 图 引脚时序图 制系统设计 9表 序图说明 项目 符号 参数说明 4.5 2.7 单位 最小 最大 最小 最大 , /3 读写周期 550 - 550 - 4 读写脉冲宽度 120 - 150 - 0 7 数据保持时间 120 - 120 - 6 写数据建立时间 5 - 5 - 7 读数据建立时间 - 50 - 80 8 读数据保持时间 10 50 10 55 a= 5 C 测试条件 ： 00制部分 ： 制部是 核心。它由振荡器、功能逻辑电路、显示 理电路、字符库及其管理电路以及产生驱动时序的时序发生器。振荡器工作频率可在 1M 10M 围内选择。 在很高的工作频率下迅速地解译 来的指令代码，将参数置入相应的寄存器内，并触发相应的逻辑功能电路运行。控制部可以管理 64K 显示 理内 部 的字符发生器及外扩的字符发生器 64K 显示 分成以下几种显示特区。 （ 1） 文本显示特性 具有此特性的显示 专用于文本方式显示 ， 在该显示 中每个字节的数据都认为是字符代码 。 使用该字符代码确定字符库中字符首地址 ， 然后将相应的字模数据传送到液晶显示模块上 。 在液晶屏上出现该字符的 88 点阵块。也 就是文本显示 一个字节对应显示屏上的 88 点阵。 （ 2） 图形显示特性 具有此特性的显示 专用于图形方式显示。在该显示 中每个字节的数据直接被送到液晶显示模块上，每个位的电平状态决定显示屏上一个点显示状态， “1”为显示， “0”为不显示。所以图形显示 一个字节对应显示屏上的 81 点阵 。 专有一组寄存器来管理这两种特性的显示区 ，制系统设计 10 以单独显示一个显示特性区，也可把两个特性的显示区通过某种逻辑关系合成显示。这些显示方式及特征的设置都是通过软件指令设置实现的。 （ 3） 字符发生器 理内藏字符发生器 此字符发生器内固化了 160 种57 点阵字符的字模。 能外扩字符发生器。这种外扩字符发生器有用开辟的 可用 化字库来取代 部字符发生器。由于 能处理 8 位字符代码，所以一次最多只能显示及建立 256种字符。在 字符表中给出了内部字符发生器内的全部内容。同时也给出了外扩字符发生器的字符代码范围： 80 64 种。 表 制部所属的引脚 符 号 状 态 名 称 说 明 D 内部振荡器的输入和输出 可接 1晶振 出 管理显示 地址总线 态 显示 数据总线 输出 显示 读、写操作信号 =0 为写显示 R/W=1 为读显示 出 显示 片选信号 低电平有效 ,# 测试端 逻辑电源 5V 逻辑电源 驱动部分 ： 动部 分 具有各显示区的合成显示能力，传 输数据的组织功能及产生液晶显示模块所需要的时序。 位并行方式。其所属引脚功能如下： 表 脚功能 说明 符 号 状态 名 称 说明 出 列驱动器数据线 出 列驱动器的位移时钟信号 等效 号 出 列驱动器使能信号 出 数据锁存信号 等效 号 出 交流驱动波形 等效 M 信号 出 行驱动器的移位脉冲信号 制系统设计 11 出 帧信号 等效 号 出 液晶显示驱动电源关信号 为关显示 晶显示模块指令系统 13 条指令，多数指令带有参数，参数值由用户根据所控制的液晶显示模块的特征和显示的需要来设置。 表 令表 功能 指令 操作码 说 明 参数量 系统控制 N 40H 53H 初始化，显示窗口设置 空闲操作 8 - 显 示 操 作 N/9H/58H 44H 5示开 /关，设置显示方式 设置显示区域，卷动 设置光标形状 设置 始地址 设置光标移动方向 设置点单元卷动位置 设置合成显示方式 1 10 2 2 - 1 1 绘制操作 6H 47H 设置光标地址 读出光标地址 2 2 存贮操作 2H 43H 数据写入显示缓冲区 从显示缓冲区读数据 若干 若干 说明：第一类 ,系统控制指令（ 2 条），用于设置 软件初始 化和显示驱动电源状态；第二类 ,显示操作指令（ 7 条），该类指令用于设置显示的数据起始地址、区域、方式以及光标的显示方式、形状和光标地址指针的移动方向等；第三类 ,绘制操作指令（ 2 条），该指令专用于对液晶屏上的像素（点）进行操作；第四类 ,存储操作指令（ 2 条），该指令用于将显示数据写入显示区并把光标地址确定的数据送到缓冲区。 多数指令都带有参数，这些参数值可根据所控制的液晶显示器的具体特征和显示的需要来进行设置 。 指令代码写入指令输入缓冲器内（即 1），指令的参数则随后通过数据输入缓冲器（ 0）写入。带有参数的指令代码的作用之一就是选通相应参数的寄存器，任一条指令的执行（除 N、 产生在附属参数的输入完成之后。当写入一条新的指令时， 制系统设计 12 在旧的指令参数组运行完成后等待新的参数的到来。 用写入新的指令代码来结束上一条指令参数的写入。此时已写入的新参数与余下的旧参数有效地组合成新的参数组，需要注意的是虽然参数可以不必全部写入，但所写的参数顺序不能改变，也不能省略。 指令详述： （ 1） 令代码： 40H 该指令是 件初始化指令，在 作 其控制的液晶显示模块时，必须首先要写入这条指令，如果该指令之设置出现错误，则显示必定不正常。该指令有 8 个参数： 0 B 1 W/S ：调整负向显示字符时的屏面边界，通常 B 1。 B 0：画面首行为边界； B 1：无边界。 W/S：驱动器系统配置。 W/S 0 为单屏结构 驱动系统； W/S 1 为双屏结构 驱动系统。 择外部字符发生器的字符点阵格式： 0： 88 点 阵字体； 1： 816 点阵字体。 择外部字符发生器 字符代码范围： 0：选择 80H 9围字符代码； 1：选择 80H 9 个范围的字符代码。 、外字符发生器的选择： 0 为内部字符发生器有效； 1 为外部字符发生器有效，此时内部字符发生器被屏蔽，字符代码全部供给外部字符发生器使用。 F 0 0 0 0 F：选择驱动器的交流驱动波形，通常 1。 示字 符的宽度， 符宽字间距， 0 7H。 0 0 0 Y：显示字符的高度， 符高行间距， 0 制系统设计 13 ：设置有效显示窗口的长度。 C/R 表示在 有效显示的字符数。比如： 行能显示 30 个字符， C/R 设置为 30，则一行 完 全显示满了；若 C/5，则 行 从 左 边开始 显示 25 个字符而后 5 个字符位置为空白。C/R 取值在 00H ： 把 晶振频率 换成 作频率的时间 常数， 由公式C/R9L/F C/R 4 联合求解。一般情况下的简便计算，以C/R 4 的值设置即可。其中 L/F 为扫描点行数， 动频率，通常 70 ： 点行数，取值在 00H 围内。 8 P：显示屏一行所占显示缓冲区的字节数， 双字节参数： 8位， 8 位。通常取： C/R 1。 （ 2） N，指令代码： 53H 空闲状态设置。 空闲状态下关闭显示 驱动电源及其信号，保存所有状态码，保护显示 ，处于低功耗休眠状态，仅在 令参数 入后， 重新启动正常工作。 C/R 制系统设计 14 （ 3） N/指令代码： 59H/58H 三 第二、四 第一 光标 显示区 显示区 显示区 0， 0 0， 1 1， 0 1， 1 关闪烁 2烁 4关 显示 开 显示 该指令用于开（ 59H） /关（ 58H）显示，并在参数 关显示状态下，显示 （ 4） 令代码： 44H 该指令设置了显示 与可确定显示区所占的字节数。该指令带有 10个参数。 2 3 一组确定了第一显示区的首地址 其占有显示屏上的点行数 5 6 一组确定了第二显示区的首地址 其占有显示屏上的点行数 制系统设计 15 9 10 7、 别确定了第三显示区和第四显示区的起始地址 们分别是第一显示区和第二显示区的补充。在显示屏为双屏结构时第一显示区和第三显示区分别管理显示屏的上半屏和下半屏的显示，从而组成同性质的显示区。第二显示区和第四显示区分别管理显示屏的上半屏和下半屏，从而组成同一性质的显示区，此时 该为半屏的点行数。 单屏结构和双屏结构 时的关系如表（ （ 所 示： 表 屏结构 . +C/R+1 . . P . . . 有效显示 不显示 表 屏结构 . +C/R+1 . . P . L*. . 上 半 屏 1 . +C/R+1 . . P . L*. . 下 半 屏 有效显示 不显示 （ 5） 令代码： 5指令设置了光标的显示方式及其形状，有两个参数。 0 0 0 0 2 0 0 0 制系统设计 16 标的水平点列数，在 0 7 标的垂直点列数，在 1 置光标显示方式。 1：光标是阴影块状显示方式，阴影块大小由 1：光标为底线显示方式，底线光标位置由 （ 6） 令代码： 4指令规定了光标地址指针自动移动的方向。 图 标移动方向规定 数据操作后，将自动修改光标地址指针。这种修改有四个方向 。这是其他液晶显示控制器所没有的。 （ 7） 令代码： 5指令规定画面重叠显示的合成方式及显示一、三区的显示属性，指令带有一个参数。 0 0 中， 示一区（ 属性， 0，文本方式； 1，图形方式。 示三区（ 属性， 0，文本方式； 1，图形方式。 成方式， 0，二重合成； 1，三重合成。 表 关系 能 0 0 或 逻辑 0 1 异或逻辑 1 0 与 逻辑 1 1 优先迭加 制系统设计 17 注：显示二区只可用做图形区；一区、三区可二重合成；二区、三区也可二重合成一区、二区、三区只有在图形方式下才可以三重合成。 （ 8） 令代码： 5指令设置 起始地址 用户自定义的字符库。但 际 (： 14 12 10 8 6 4 2 0 字符代码 6 4 2 0 行地址指针 ） 1 14 12 10 8 6 4 2 0 自定义字符代码为 80H 90H 0而转换成 此 80H 90H 指令带两个参数。 2 9） 令代码： 5指令设置以点为单位的显示画面水平移动量，相当于一个字节内的卷动（ 该指令带一个参数。 0 0 0 0 D 其中， D 0 7H。 当 示左移； 当 示右移。 （ 10） 令代码： 46H 该指令设置了光标地址 地址有两个功能：一是 作为显示屏上光标显示的当前位置；二是作为显示缓冲区的当前地址指针。如果光标地址值超出了显示屏所对应的地址范围 ， 光标将消失。光标地址在读、写数据操作后将根据 制系统设计 18 指令的设置自动修改。光标地址不受卷动操作的影响。该指令带有两个参数。 2 11） 令代码： 47H 该指令读出当前的光标