基于单片机图形液晶显示器接口毕业论文.doc

目录 第 1 页 基于单片机图形液晶显示器基于单片机图形液晶显示器 接口毕业论文接口毕业论文 目录 第一章 绪论 1 1 1 课题背景 1 1 2 课题研究的目的和意义 1 1 3 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 2 1 4 论文的主要内容 3 第二章 单片机控制显示器系统总体设计 4 2 1 关系统的设计任务与要求 4 2 1 1 系统的设计任务 4 2 1 2 系统的设计要求 4 2 2 系统的构想与论证 4 2 2 1 系统的构想 4 2 2 2 系统的论证 5 2 3 通信电路 6 第三章 系统硬件设计 8 3 1 硬件电路介绍 8 3 2 单片机 AT89C51 的介绍 8 3 2 1 单片机最小系统组成 8 3 2 2 单片机系统存储器的扩展 9 3 3 内置 CM12864 17 控制的液晶显示模块的硬件特性 12 3 4 CM12864 17 与单片机的接口电路 13 3 5 CM12864 17 键盘接口设计 13 3 5 1 独立按键接口 14 3 5 2 按键去抖动 14 目录 第 2 页 第四章 系统软件设计 16 4 1 设计思路 16 4 2 实现功能 16 4 3 系统时序 16 4 3 1 单片机的时序图 16 4 3 2 CM12864 17 的读写操作时序图 17 4 4 系统程序 19 4 4 1 主程序流程图 如图 4 5 所示 20 4 4 2 判断状态字流程图 如图 4 6 所示 21 4 4 3 指令写入流程图 如图 4 7 所示 22 4 4 4 数据写入流程图 如图 4 8 所示 23 4 4 5 各功能子程序模块 23 4 5 指令及接口管脚说明 32 4 5 1 LCD 模块的编程 32 4 5 2 各功能子程序模块 如表 4 2 所示 33 4 5 3 各功能子程序模块 如表 4 4 所示 35 第五章 软件仿真 37 5 1 仿真软件介绍 37 5 1 1 Proteus 与 Keil 的简介 37 5 1 2 Proteus 与 Keil 的整合仿真 37 5 2 系统调试 38 5 1 1 分步调试 38 5 1 2 系统统一调试 38 5 3 仿真结果 38 结束语 41 致谢 42 参考文献 43 附录一 系统电路原理图 44 附录二 程序清单 45 附录三 英文文献翻译 56 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 1 页 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 课题背景课题背景 当今是一个信息的时代 信息的重要性事不言而喻的 获取手段显得尤其重要 人们所接受的信息由 70 来自于人的视觉 无论用何种方式获取的信息最终需要有 某种显示方式来表示 在当代显示技术中 主流的有 LED 显示屏及 LCD 液晶显示 而在这些显示技术中 尤其以液晶显示器 LCD 为代表的平板显示器发展最快 应用 最广 LCD 是典型的光电元件 它以材料科学为基础 综合利用了精密机械 光电 及计算机技术 并正在微机械 微光学 纤维光学等前沿领域研究基础上 向高集 成化 智能化方向发展 在小型单片机应用系统中 因对软件系统资源的要求相对低些 所以其数码管 的显示大多采用动态扫描显示技术 尤其是 2 位以上的多为数码管的显示更可以节 省大多硬件资源 而在比较复杂的大 中型单片机应用系统中 对软件系统资源的 要求便高得多 甚或还有些苛刻 所以在需要 2 位以上的多位数码管的显示的大 中型应用系统中 采用静态显示技术便可节省大量的软件系统资源 可迎合对软件 系统资源的高要求 点阵显示是集微电子技术 计算机技术 信息处理于一体的显示方式 由于具 有色彩鲜艳 动态范围广 亮度高 寿命长 工作稳定可靠等优点 目前大多数的 公交车招牌都是采用固定的板块显示 显示的信息量少 内容固定 修改信息比较 繁琐 不能快速 便捷的更新站点信息 需要一种新的显示模块来克服以上缺的 LCD 就应用而生 它不仅可以静态的显示公交站点信息 而且还可以动态滚动 随着电子技术和计算机控制技术在客车上的广泛应用 客车的路牌显示器也经 历了从灯光路牌 翻板式电子模块路牌 CRT 显示 LCD 液晶显示和 LED 液晶显 示等几种发展类型 显示信息也从固定内容发展到任意内容 对显示信息的编辑 修改 也由遥控键盘有线通讯模式发展到用计算机编辑文字 再经专用无线控制器 将其发射到各站点的通讯模式 以后的发展趋势是卫星定位系统显示器 客车内站 牌显示器有天线 卫星定位模块 微处理器 LED 点阵驱动电路 LED 点阵站牌和 点可擦写存储器构成 目前在客车内广泛应用的显示器有 LED LCD CRT 由于 CRT 显示器耗电量 多 体积较大 且质量较重 与 LED LCD 相比已处于下风 目前 LED 和 LCD 显 示器成为现代人们选择之一 它们各有优缺点 LCD 液晶显示器具有图像清晰 体 积小 功耗低等优点 但它的成本高 亮度低 寿命短 可视距离和角度很有限 而 LCD 显示屏具有亮度高 故障低 能耗低 使用寿命长 显示内容多样 显示方 式丰富等优点 在短短的十来年中 LCD 点阵显示屏就以亮度高 工作电压低 功耗小 小型 化 寿命长 耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品 在信息显 示领域得到了广泛的应用 LED 的发展前景极为广阔 目前正朝着更高亮度 更高 耐气候性 更高的发光密度 更高的发光均匀性 可靠性 全色化方向发展 LCD 显示屏的应用涉及社会经济的许多领域 主要包括 1 证券交易 金融信息显示 2 机场航班动态信息显示 3 港口 车站旅客引导信息显示 4 体育场馆信 息显示 5 道路交通信息显示 6 调度指挥中心信息显示 7 邮政 电信 商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示 8 广告媒体新产品等 1 21 2 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 显示器是人类与应用设备沟通的重要界面 近年来 随着电子技术的飞速发展 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 2 页 液晶显示技术在实际生活中得到了广泛应用 液晶显示模块以其微功耗 体积小 显示内容丰富 模块化以及接口电路简单等诸多优点在科研 生产和产品设计等领 域中发挥着越来越重要的作用 LM3033B 系列液晶显示模块是深圳 TOPWAY 公司 生产的中文显示模块中的一 采用了台湾的 ST7920 控制芯片 并提供了中文字库 为中文显示开发方面带来了更多的方便 因此由单片机来控制液晶显示器具有重要 的意义 本文以 LM12864 17 为例介绍了 12864 点阵液晶显示模块的引脚 结构 功 能 详述了与 AT89C51 单片机的硬件接口电路及有关软件编程方法 在 2006 年 液晶显示器已经完全取代了传统的 CRT 显示器 占领了整个显示 器市场 现在绝大多数人购买显示器时 液晶显示器已经成为了他们的首选 而从 今年开始 越来越多宽屏液晶显示器出现在显示器经销商的柜台上 在各大液晶显 示器厂商的大力宣传和推广下 宽屏液晶显示器的价格也在不断下降 最终宽屏液 晶也得到了消费者的认可 并且逐渐成为了消费者最为关注的对象 在 2007 年 液晶显示器性能参数的斗争已经逐渐从 响应时间的争夺 演变到 了 对比度大小的争夺 在各大液晶显示器厂商的推动下 大屏幕液晶显示器的强 势登场也给风头正劲的 19 英寸宽屏液晶很大的压力 另外 广色域 广视角面 板 等名词的使用频率也越来越高 此外 LED 显示器的横空出世也给液晶显示器 造成了一定的威胁 只不过由于受到使用寿命太短等缺点的影响 LED 显示器对液 晶显示器的冲击力还比较弱小 所以对液晶显示器的研究和开发具有十分重要的意 义 1 31 3 本课题在国内外的研究状况及发展趋势本课题在国内外的研究状况及发展趋势 单片机的历史非常短暂 然而发展十分迅猛 自 1971 年美国 Intel 公司首先研制 出 4 位单片机 4004 以来 它的发展可大致划分为四个阶段 第一阶段 1971 到 1976 年 属萌芽阶段 发展了各种四位单片机 多用于家用 电 器 计算机 高级玩具 第二阶段 1976 到 1980 年 为初级 8 位机阶段 发展了各种中 低档 8 位单片 机 典型的如 MCS 48 系列单片机 片内含多个 8 位并行 I O 接口 一个 8 位定时器 计数器 不带串行 I O 接口 其功能可满足一般工业控制和智能化仪器仪表等 的需 要 第三阶段 1980 到 1983 年 高级 8 位机阶段 发展了高性能的 8 位单片机 例 如 MCS 51 系列单片机 它带有串行 I O 接口和多个 16 位定时器 计数器 具有多 级 中断功能 这一阶段进一步拓宽了单片机的应用范围 使之能用于智能终端 局部网络的接口 并挤入了个人计算机领域 第四阶段 1983 年以后 16 位单片机阶段 发展了 MCS 96 系列等 16 位单片机 功能很强 价格却迅速下降 片内有 A D 转换器 可快速输入 输出 可用于电机 控制 网络通信能力有显著提高 目前 显示技术和显示工业的发展迅速 显示技术是传递视觉的信息技术 显 示器件是显示技术的基础 显示器从最早的 12 发展到到现在流行的 17 显像管 依然采用的是传统的 CRT 阴极射线显像管 虽然 CRT 显示器的技术处于非常成 熟的阶段 大屏幕彩显正成为主流 但难以避免显示器的体积不断增加 功耗不断 提升 由于物理上的限制 CRT 显示器的应用范围也很有限 所以消费者希望有一 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 3 页 种新型的显示设备来弥补 CRT 显示器的不足 液晶显示器的技术由笔记本电脑上的 应用而逐渐成熟 有可能成为替代 CRT 显示器成为 PC 机的标准输出设备 综合比 较各类显示器件 你会发现 液晶显示器件确实具有很多独到的优异特性 液晶显 示器件 LCD 是当今最有发展前途的一种平板显示器件 它具有显示信息多 易于彩 色化 体积小 重量轻 功耗低 寿命长 价格低 无辐射 无污染 接口控制方 便等优点 正在测量及控制领域被广泛地推广和应用 1 41 4 论文的主要内容论文的主要内容 针对设计题目的特点 作者对论文的内容和结构将做如下安排 1 初步方案的论证和选择 搜集与题目的有关的资料 并拟定几套设计方案进行分析比较 最终选定了以 PC 机为上位机 单片机为核心控制器件 外加译码电路和驱动电路的设计方案 2 方案实现 以设计方案为指导思想选择合适的器件来实现这一思想 选择器件时要从功能 和电气特性两方面来选择和论证 经过对比选择选定 AT89S51 单片机为核心控制器 件 由 74LS154 作为字位电路器件 三极管 2N5551 和 2N5401 为驱动电路器件 论 文列出了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法 3 软件编写 根据硬件特点和设计要求 软件选用 C 语言编写 程序按功能分为静态显示 动态显示 通信等几个功能上相对独立的模块 然后按照所划分的模块逐个编写和 调试 最后将独立的模块整合起来 4 验证与测试 调试分为硬件调试 软件调试和系统联合调试几步来进行 在硬件调试中出现 有单片机端口驱动能力不足 驱动电路工作不稳定等问题 在软件调试中出现程序 整合工作不协调等问题 通过分析 查找找出了问题原因并设法将其解决 5 结论 设计完成后对设计中所遇到的问题 经验教训 以及自己的想法进行总结 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 4 页 第二章第二章 单片机控制显示器系统总体设计单片机控制显示器系统总体设计 2 12 1 关系统的设计任务与要求关系统的设计任务与要求 2 1 1 系统的设计任务 1 熟悉单片机硬件以及指令系统 学习分辨率为 128 64 图形液晶显示模块的 接口时序 指令集等相关知识 2 熟练应用所选用单片机的内部结构 资源 以及软硬件调试设备的基本方法 3 自行构建基于单片机的最小系统 完成相关硬件电路的设计实现 4 在 Protel 环境下 利用 51 系列单片机设计硬件电路 5 熟悉单片机 C 语言开发的方法和语句 利用字模提取软件 在 Keil 环境下 编程实现数字 字符和图形的显示 并能以一定速率翻页 2 1 2 系统的设计要求 1 完成单片机最小系统设计 2 完成外围应用电路 包括系统供电单元 运动控制单元 循迹检测单元 的设 计和实现 3 完成软件对硬件检测和调试工作 4 查阅国内外的研究动态和发展前沿信息 阅读相关外文文献 2 22 2 系统的构想与论证系统的构想与论证 2 2 1 系统的构想 单片机芯片的集成度很高 它将微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上 具有下列特点 1 体积小 重量轻 价格便宜 耗电少 2 根据工控环境要求设计 且许多功能部件集成在芯片内部 其信号通道受外界 影响小 故可靠性高 抗干扰性能优于一般的 CPU 3 控制功能强 运行速度快 起结构组成与指令系统都着重满足工控要求 有极 丰富的条件分支转移指令 有很强的位处理功能和 I O 口逻辑操作功能 4 片内存储器的容量不可能很大 引脚也嫌少 I O 引脚不够用 且兼第二功能 以至第三功能 但存储器和 I O 接口都很易于扩展 由于以上特点 可推知其应用最多的领域为 1 因它具有 小 轻 廉 省 的特点 尤其耗电少 又可供电电源的体积小 重量轻 所以特别适用于 电脑型产品 在家用电器 玩具 游戏机 声像设备 电子秤 收银机 办公设备 厨房设备等许多产品上得到应用 2 适用于仪器 仪表 不仅能完成测量 还具有处理 运算 误差修正 线性化 零漂处理 监控等功能 易于实现数字化和智能化 3 有利于 机电一化 技术的发展 多用于数控机械 缝纫机械 医疗设备 汽 车等 4 广泛应用于打印机 绘图仪等许多计算机外围设备 特别是用于智能终端 可 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 5 页 以大大减轻主机负担 5 用于各种工业控制 如温度控制 液面控制 生产线顺序控制等 6 宜于多机应用 例如机床加工中心 其各种功能可分散由各个单片机子系统分 别完成 上级主机则负责统管 协调 又如要求高的数据检测采集系统 每一采集 通道如是一个单片机子系统 可实现多点同时快速采集和预处理 然后再由主机进 行集中处理和控制 以构成大型的实时测控系统 CM12864 17 是一种图形点阵液晶显示器 它主要由行驱动器 列驱动器及格 128 64 全点阵液晶显示器组成 可完成图形显示 也可以显示 8 4 个 16 16 点阵 汉 字 主要技术参数和性能 1 电源 VDD 5V 模块内自带 10V 负压 用于 LCD 的驱动电压 2 显示内容 128 列 64 行 点 3 全屏幕点阵 4 七种指令 5 与 CPU 接口采用 8 位数据总线并行输入输出和 8 条控制线 6 占空比 1 64 7 工作温度 10 55 存储温度 20 70 8 显示模式 黄绿膜 灰膜 蓝膜 黑白膜 9 背光特性 LED 背光 黄绿色 蓝色 白色 红色 10 模块封装方式 COB 11 视角方向 6 00 12 功耗 模块自带负压 CM12864 17 有如下特点 1 CM12864 17 是点阵式液晶图形显示控制器 它能直接与 80 系列的 8 位 微处理器接口 2 CM12864 17 的字符字体由硬件设置 其字体有 4 种 5X8 6X8 7X8 8X8 3 CM12864 17 的占空比可从 1 16 到 1 128 4 CM12864 17 可以图形方式 文本方式及图形和文本合成方式进行显示 以及文本方式下的特征显示 还可以实现图形拷贝操作等等 5 CM12864 17 具有内部字符发生器 CGROM 工有 128 个字符 CM12864 17 可管理 64K 显示缓冲区及字符发生器 CGRAM 并允许 MPU 随时访 问显示缓冲区 甚至可以进行位操作 源于 89C51 单片机和 CM12864 17 液晶显示器有如上特点及强大功能 由单片 机来控制显示器自然是既方便又有效的方法 也是当前的一种主流控制方式 选择 这样的控制方式集单片机和显示器的优点于一身 这是想构建此系统的原因之一 此外这种控制方式容易实现 于是构建此系统就顺理成章了 2 2 2 系统的论证 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 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 方案一 采用标准字库 制作一个专用硬字库 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 6 页 方案二 利用 Windows 自带的字库 即使用软字库 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 下面着重介 绍第二种方法 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 2 32 3 通信电路通信电路 方案一 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 RXD TXD 89C51 GND TXD RXD 外 部 设 备 GND GND 图图 2 1 串行通信方式串行通信方式 方案二 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 所示 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 7 页 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 图图 2 2 并行通信方式并行通信方式 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 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 8 页 第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计 3 13 1 硬件电路介绍硬件电路介绍 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 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 CM12864 17 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 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 3 1 电 源 电 路 单 片 机 RS232 接 口 电 路 EPROM 液 晶 显 示 模 块 接 口 图图 3 1 总电路原理框图总电路原理框图 3 23 2 单片机单片机 AT89C51AT89C51 的介绍的介绍 3 2 1 单片机最小系统组成 能使单片机工作的最少器件构成的系统称为单片机的最小系统 对于 51 单片机 由于其内部有 4K 可在线编程的 Flash 存储器 用它组成最小系统时 不需机外扩 程序存储器 只要有复位电路和时钟电路即可 因此 由 51 单片机组成的最小系统 如下图所示 图图 3 2AT89S513 2AT89S51 单片机最小系统单片机最小系统 该图是一个实际应用的最小系统 74HC14 可以提高复位的可靠性 另外 当 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 9 页 P0 用作 I O 口时 需要接 10k 20k 的上拉电阻 3 2 2 单片机系统存储器的扩展 单片机本身的 I O 口可以实现简单的 I O 操作 但其功能十分有限 因为在单片 机本身的 I O 口电路中 只有数据锁存和缓冲功能 而没有状态寄存和命令寄存功能 难以满足复杂的 I O 操作要求 因此 往往需要外部存储器及接口芯片的扩展 1 单片机系统程序存储器 EPROM E2PROM Flash 扩展 以 AT89S51 单片机为例 内部有 4KB Flash 当程序大于 4KB 时 就需要扩展 程序存储器 由于 AT89S51 是基于总线的单片机 因此 作为程序存储器的芯片首 先必须是并行接口的芯片 其次 程序存储器还须具有系统掉电后信息不会丢失的 特性 所以 前面讨论的并行接口 EPROM EEPROM Flash 芯片都可以作为程序 存储器 单片机系统中最常见的程序存储器是用紫外线擦除的 27 系列 EPROM 芯片 如 27C64 8KB 27C128 16KB 27C256 32KB 以及 27C512 64KB 等 27 系列芯片上一般都有一个小窗口 用于擦除其中的信息 当写入调试好的程序后 一定要将小窗口用不透明的胶纸帖上 否则 阳光中的紫外线可能会破坏其中的信 息 在一些特殊的场合 可能需要系统有在线编程功能 这时就只能用 EEPROM 和 Flash 作为程序存储器 很多厂商都生产 E2PROM 和 Flash 芯片 如 ATMEL 公司的 AT28C64 8KBE2PROM AT28C256 32KB E2PROM 以及 AT29C256 32KB Flash AT29C512 64KB Flash 等 程序存储器的 片选 CE 信号一般都是 直接接地 不存在译码的问题 扩展 32K 程序存储器的电路如图 3 3 所示 图图 3 33 3 单片机系统扩展单片机系统扩展 32K32K 程序存储器程序存储器 单片机扩展程序存储器 EA 引脚必须接地 由 P2 口和锁存器共同组成 16 位 的地址总线 P0 为数据总线 PSEN 为控制总线 27C256 是一个容量为 32KBEPROM 芯片 它共有 28 个引脚 分别是 电源 VCC 数字地 GND 地 址引脚 A14 A0 数据引脚 O7 O0 片选信号 CE 输出允许 OE 和编 程电源 Vpp 27C256 作为程序存储器时 其地址引脚 A14 A0 分别接地址总线的 A14 A0 数据引脚 D7 D0 分别接数据总线的 D7 D0 片选信号 CE 接地 输出允 许 OE 接程序选通允许 PSEN VCC 接 5V 电源 GND 接数字地 Vpp 接 5V 电源 2 单片机系统数据存储器 SRAM EEPROM Flash 的扩展 单片机系统扩展数据存储器按存储器接口类型可分为两种 即扩展并行接口的 数据存储器和扩展串行接口的数据存储器 传统的扩展数据存储器的方法即是指扩 展并行接口的数据存储器 并行数据存储器的扩展和程序存储器的扩展方法基本相 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 10 页 同 即地址总线和数据总线的连接和程序存储器完全一样 访问数据存储器时的控 制总线主要由 RD WR 等组成 SRAM E2PROM Flash 芯片都可以作为数据存 储器 单片机系统最常见的 SRAM 型数据存储器有 6264 8KB 62256 32KB 628128 128KB 前面提到的 AT28C64 AT28C256 AT29C256 等也都可用作外 部 RAM 但用 E2PROM 和 FLASH 芯片作外部 RAM 时 写操作的速度要比 SRAM 慢得多 系统扩展 8KB 外部 RAM 的电路如图 3 4 所示 图图 3 43 4 单片机系统扩展单片机系统扩展 8K8K 外部外部 RAMRAM 由于数据存储器可读 可写 所以 数据存储器芯片与程序存储器芯片的最大 区别是它都有一个写信号引脚 图 3 4 为扩展 6264 的原理图 SRAM6264 的容量为 8KB 有 28 个引脚 即电源和地引脚 Vcc GND 13 个地址引脚 A12 A0 8 个数据引脚 O7 O0 2 个片选引脚 CE1 CE2 1 个写信号引脚 WE 1 个 输出允许 OE 信号引脚 具体的引脚定义如图 3 4 所示 一般情况下 当存储器 的 片选 CE 信号无效时 O7 O0 为三态输出 从图 3 3 和图 3 4 可以看出 并行接口的存储器芯片引脚基本相同 大容量的芯片地址线增加 除了电源和地外 其余的引脚可分成三类 即接地址总线的引脚 An A0 接数据总线的引脚 O7 O0 以及接控制总线的引脚 OE WE CE RD 等 单片机数据存储器 最大可扩展 64KB 可以用多片 SRAM 芯片实现 也可以用一片 64KB 容量的芯片 实现 但需要注意 一般的单片机系统除了扩展外部 RAM 可能还需要扩展各种端 口 如 A D D A 转换或用于键盘或显示的 I O 端口等 由于单片机系统的外部 RAM 和端口是统一编址的 即是说如果一个地址用作外部存储器单元 则将不能再 用作端口地址 反之亦然 所以 实际应用中很少有扩展 64KB 外部 RAM 的 如果 实际应用系统确实需要 64KB 或更大的外部 RAM 空间 则可以通过存储器分页技术 或采用扩展串行接口的外部 RAM 解决 3 单片机扩展存储器电路图 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 11 页 图图 3 53 5 单片机扩展存储器电路图单片机扩展存储器电路图 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 12 页 3 33 3 内置内置 CM12864 17CM12864 17 控制的液晶显示模块的硬件特性控制的液晶显示模块的硬件特性 本设计用的就是内置 CM12864 17 控制器的图形点阵式液晶显示控制器 该液晶显 示模块由液晶显示控制器 CM12864 17 及其周边电路 行驱动器 T6A40 组 列驱动器 T6A39 组 液晶驱动偏压电路 显示存储器以及液晶屏组成 CM12864 17 的指令可带一 个 两个参数 或无参数 则每条指令执行时指令必须检测不同状态位 CM12864 17 广 泛应用于内置控制器的液晶显示模块 CM12864 17 的最大特点是具有独特的硬件初始值 设置功能 显示驱动所需的参数如占空比系数 驱动传输的字节书 行及字体选择等均由 引脚电平设置 这样 CM12864 17 的初始化在上电是就已经基本设置完成 软件操作的 主要精力就可以全部用于显示画面的设计上了 在内置 CM12864 17 的液晶显示模块上 已经实现了 CM12864 17 与行 列驱动器及显示缓冲区 RAM 的接口 同时也已用硬件设 置了数据传输方式 显示窗口长度 宽度等 CM12864 17 是图形点阵式液晶显示控制器 能直接与 80 系列的 8 位微处理器接口 内置 CM12864 17 的单屏点阵图形液晶显示模块 结构如图 3 6 所示 电源线 数据总线 控制总线 行驱动器组 列驱动器组 8K RAM AT 89 C51 LCD 液晶 显示 屏 图图 3 63 6 内置 内置 CM12864 17CM12864 17 的单屏点阵图形液晶显示模块结构 的单屏点阵图形液晶显示模块结构 此模块的初始化设置一般由管脚设置完成 所以初始化时 由软件编写的指令就集 中在显示功能的设置上 CM12864 17 的指令可带一个 两个参数 或无参数 若指令中 含有参数 则每条指令执行时均须先送入参数 再送入指令代码 由于状态位作用不一 样 因此执行不同指令必须检测不同状态位 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 13 页 3 43 4 CM12864 17CM12864 17 与单片机的接口电路与单片机的接口电路 本设计的接口电路中 CPU 采用的是 8051 芯片 液晶显示模块是 CM12864 17 点阵 式模块 本文中的液晶模块是 128 64 点阵 CM12864 17 模块与 8051 之间的数据传送 可以通过串口方式 也可以通过并口方式来实现 CM12864 17 模块与 MPU8051 的并口 方式下的接口图见下图 图 4 8 其中 D0 D7 是 CM12864 17 与 MPU 接口的数据总 线 它与 8051 的 P0 0 P0 7 相连 用来传送数据 本设计中 CM12864 17 控制器的液晶 显示模块与计算机的接口采用的是直接控制方式 所以 LCD 模块和 8051 的 P0 口相连 读写线和 P3 口相连 图图 4 84 8 CM12864 17CM12864 17 与与 5151 单片机的接口线路图 单片机的接口线路图 RD 和 WR 是 CM12864 17 的读 写选通信号 它们分别连接 8051 的读和写信号 CE 是 CM12864 17 的片选信号 由于并行接口只用于液晶显示模块 所以 CE 信 号直接接地 VO 是 CM12864 17 需要的负电压 3 53 5 CM12864 17CM12864 17 键盘接口设计键盘接口设计 键盘是一种常见的输入设备 用户可以向计算机输入数据或命令 根据按键的识别 方法分类 有编码键盘和非编码键盘两种 通过硬件识别的键盘称编码键盘 通过软件 识别的键盘称非编码键盘 非编码键盘有两种接口方式 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 14 页 3 5 1 独立按键接口 在单片机系统中 若所需按键数量少 可采用独立式键盘 每只按键接单片机的一 条 I O 线 通过对输入线的查询 即可识别出各按键的状态 如图 4 9 所示 4 只按键分 别接在 MCS 51 单片机的 P1 0 P1 3I O 线上 无按键按下时 P1 0 P1 3 线上均输入 高电平 当某键按下时 与其相连的 I O 线将得到低电平输入 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 单片机 S1 S2 S3 S4 图图 4 94 9 独立键盘接口独立键盘接口 3 5 2 按键去抖动 按键在闭合和断开时 触点会存在抖动现象 稳定闭合按下抖动 释放抖动 理想波形 实际波形 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 15 页 图图4 104 10 键盘开关波形键盘开关波形 采用软件来消除按键抖动的基本思想是 在第一次检测到有按键按下时 该按键所 对应飞行线为低电平 执行一段延时10ms的子程序 确认该行线电平是否仍然低电平 如果仍为低电平 则确认为该行确实有键按下 当按键松开时 行线的低电平变为高电 平 执行一段延时10ms的子程序后 检测该行线为高电平 说民航按键确实已经松开 采用以上措施消除按键抖动的影响 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 16 页 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计 4 14 1 设计设计思路思路 由实现功能可以看出 本设计中需要用到西文显示 汉字显示 绘图等子程序 首 先 要实现西文 汉字的显示 需要三个子程序 创建字模 写入字模 显示西文或汉字 ML12864 17 实现西文 汉字的显示有三种方式 文本显示 图形显示和文本属性显示 由于绘图只能使用图形显示 因此在本设计中采用图形显示方法来实现西文 汉字的显示 其次 要实现绘图 需要由绘点子程序实现 绘图功能则是通过连续使用绘点子程序实 现的 最后 还需要用到初始化子程序 清屏子程序 同时状态字的检测和指令的写入 数据的自动写 数据的一次写等子程序也是必不可少的 由于每进行一次操作都需要检 测状态字 所以可以把状态字检测程序做成通用程序方便调用 初始化程序和清屏幕程 序主要完成 ML12864 17 的初始化和屏幕清除功能 西文 汉字的显示首先需要创建字模 然后将字模写入 ML12864 17 中 最后再在屏幕上显示出来 4 24 2 实现功能实现功能 随着显示技术发展的日新月异 液晶显示器因其功耗低 重量轻而成为便携式应用 中的主流显示技术 本设计将实现的主要功能如下 1 显示阿拉伯数字 英文字母 常见符号等 2 在指定显示区域中显示汉字或西文 3 全屏显示图片 4 按键翻页 4 34 3 系统时序系统时序 4 3 1 单片机的时序图 时序就是进行某种操作时 各种数据 控制信号先后出现的顺序 单片机的工作时 序是个很重要的概念 了解时序是进行硬件电路设计的第一步运行单片机程序时 总是 按照取指 译码 执行 再取指 再译码 再执行的顺序进行 为了说明 CPU 的时序 把 12 个振荡周期称为一个机器周期 2 个振荡周期被称为一个状态 state 每个状态中 前一个振荡周期被称为相 Phase 1 第二个振荡周期被称为相 Phase 2 这样任何一 个振荡周期都可以用 SiPj i 1 6 j 1 2 来表示 ALE 信号总是在一个机器周期的 S1P2 S2P1 和 S4P2 S5P1 被激活 单周期指令总是从 S1P2 开始取指 当操作码被锁 存到指令寄存器时 如果是双字节指令 在同一机器周期的 S4 读第二个字节代码 如 果是个单字节指令 在 S4 仍会读一次 但这次读到的内容将被忽略或丢弃 在任何情 况下 指令都是在 S6P2 执行完毕 单周期 单字节指令和单周期 双字节指令的取指 执行过程如图 4 1 的 A B 所示 AT89S51 单片机的指令中 大多数指令都是单周 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 17 页 期或双机器周期指令 只有乘法指令 MUL multiply 和除法指令 DIV divide 需 要四个机器周期才能完成 单字节双周期指令的取指 执行时序如图 4 2 C 所示 共有四次取指 但只有第 一次是有效的 后三次都被丢弃 在这类指令中 有一个例外 即 MOVX 指令 它的取 指和执行时序如图 4 2 D 所示 当读取和执行 MOVX 指令时 在第二个机器周期的 没有了两次取指操作 并且 在第二个机器周期的 S1P2 S2P1 期间 ALE 信号也不会 出现 图图 4 1CPU4 1CPU 取指令读指令时序 取指令读指令时序 A A B B 图图 4 2CPU4 2CPU 取指令读指令时序 取指令读指令时序 C C D D 4 3 2 CM12864 17 的读写操作时序图 1 写操作时序 如图 4 3 所示 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 18 页 图图 4 3 写操作时序图写操作时序图 2 读操作时序 如图 4 4 所示 图图 4 44 4 读操作时序图读操作时序图 3 读写参数表 如表 4 1 所示 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 19 页 表表 4 14 1 4 44 4 系统程序系统程序 本系统根据硬件设计 主要部分由三大模块组成 T6963C 驱动程序设计 键盘扫 描程序设计 字模程序设计等 下面就分开来说明各个模块的设计 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 20 页 4 4 1 主程序流程图 如图 4 5 所示 入口 设置堆栈地址 初始化 清屏 西文 汉文显示 绘图 结束 图图 4 5 主程序流程图主程序流程图 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 21 页 4 4 2 判断状态字流程图 如图 4 6 所示 STA1 0 STA1 1 STA3 3 数据写操作 N N N 图图 4 6 判断状态字流程图判断状态字流程图 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 22 页 4 4 3 指令写入流程图 如图 4 7 所示 判断 S0 S1 状态 双参数入口 参数 D1 写入数据通道 判 S0 S1 状态 参数 D2 写入数据通道 判 S0 S1 状态 指令代码写入指令通道 返回 单参数入口 无参数入口 图图 4 7 指令写入流程图指令写入流程图 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 23 页 4 4 4 数据写入流程图 如图 4 8 所示 入口 显示地址指针设置 判 S0 S1 状态 写入数据自动写指令代码 数据写操作 判状态位 S3 结束 写入退出自动写方式指令 返回 N 图图 4 8 数据写入流程图数据写入流程图 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 24 页 4 4 5 各功能子程序模块 1 数据一次写入流程图 如图 4 9 所示 入口 判 S0 S1 状态 显示地址指针设置 数据写操作 写入数据一次写指令代码 返回 图图 4 9 数据一次写入流程图数据一次写入流程图 2 初始化设置流程图 如图 4 10 所示 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 25 页 入口 设置图形显示首地址 设置图形显示宽度 设置光标形状 返回 字符发生器设置 显示开关设置 图图 4 10 初始化设置流程图初始化设置流程图 3 清屏子程序流程图 如图 4 11 所示 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 26 页 设置显示 RAM 首地址 设置 8K 循环量 设置自动写 判断自动写状态 写入数据 0 自动写结束 循环结束 入口 图图 4 11 清屏子程序流程图清屏子程序流程图 4 图形显示流程图 如图 4 12 所示 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 27 页 计算图形显示 RAM 地址 计算字库字符首地址 设置循环量 设置显示 RAM 地址 取左部字模数据 取右部字模数据 字符库指针加一 设置一次写 写入左部数据 写入右部数据 显示 RAM 地址修正 结束 循环结束 入口 N 图图 4 12 图形显示流程图图形显示流程图 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 28 页 5 绘点子程序流程图 如图 4 13 所示 设置点坐标 设置循环量 设置置点标志位 调绘点子程序 结束 循环结束 入口 N 图图 4 13 绘点子程序流程图绘点子程序流程图 6 汉字显示子程序流程图 如图 4 14 所示 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 29 页 计算图形显示 RAM 地址 计算列地址 设置显示 RAM 地址 转换位数据 设置置点位 设置操作位 绘点 结束 入口 显示位操作指令标志 图图 4 14 汉字显示子程序流程图汉字显示子程序流程图 7 自动写设置流程图 如图 4 15 所示 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 30 页 计算 RAM 显示首地址 设置 8K 循环量 设置自动写 设置显示 RAM 地址 判断自动写状态位 写入数据 0 结束 循环结束 入口 N 自动写结束 图图 4 15 自动写设置流程图自动写设置流程图 8 键盘扫描设计程序流程图 如图 4 16 所示 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 31 页 开始 键盘扫描 有键按下 延时去抖 键盘扫描 找闭合键 释放键 查找键编码表 发送键码 N N N 图图 4 16 键盘扫描设计程序流程图键盘扫描设计程序流程图 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 32 页 4 54 5 指令及接口管脚说明指令及接口管脚说明 4 5 1 LCD 模块的编程 1 指令寄存器 IR IR 是用来寄存指令码 与数据寄存器寄存数据相对应 当 D I 1 时 在 E 信号下降沿 的作用下 指令码写入 IR 2 数据寄存器 DR DR 是用来寄存数据的 与指令寄存器寄存指令相对应 当 D I 1 时 在 E 信号的下 降沿作用下 图形显示数据写入 DR 或在 E 信号高电平作用下由 DR 读到 DB7 DB0 数 据总线 DR 和 DDRAM 之间的数据传输是模块内部自动执行的 3 忙标志 BF BF 标志提供内部工作情况 BF 1 表示模块在进行内部操作 此时模块不接受外部指 令和数据 BF 0 时 模块为准备状态 随时可接受外部指令和数据 利用 STATUS READ 指令 可以将 BF 读到 DB7 总线 从而检验模块之工作状态 4 显示控制触发器 DFF 此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制 DFF 1 为开显示 DISPLAYON DDRAM 的内容就显示在屏幕上 DDF 0 为关显示 DISPLAY OFF DDF 的状态是 指令 DISPLAY ON OFF 和 RST 信号控制的 5 XY 地址计数器 XY 地址计数器是一个 9 位计数器 高三位是 X 地址计数器 低 6 位为 Y 地址计数 器 XY 地址计数器实际上是作为 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 X 地址计数器是没有记数功能的 只能用指令设置 Y 地址计数器具有循环记数功能 各显示数据写入后 Y 地址自动加 1 Y 地址指针 从 0 到 63 6 显示数据 RAM DDRAM DDRAM 是存贮图形显示数据的 数据为 1 表示显示选择 数据为 0 表示显示非选 择 7 Z 地址计数器 Z 地址计数器是一个 6 位计数器 此计数器具备循环记数功能 它是用于显示行扫 描同步 当一行扫描完成 此地址计数器自动加 1 指向下一行扫描数据 RST 复位后 Z 地址计数器为 0 Z 地址计数器可以用指令 DISPLAY START LINE 预置 因此 显示屏幕的起始行 就由此指令控制 即 DDRAM 的数据从哪一行开始显示在屏幕的第一行 此模块的 DDRAM 共 64 行 屏幕可以循环滚动显示 64 行 西安文理学院本科毕业设计 论文 第 33 页 4 5 2 各功能子程序模块 如表 4 2 所示 表表 4 2 指指指令码指令码 功能功能 令令 RW DI D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 显示 ON O FF 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 控制显示器 的开关 不 影响DDRAM 中数据和内 部状态 显示 起始 行 0 0 1 1 显示起始行 0 63 指定显示屏 从DDRAM中 哪一行开始 显示数据 设置 X地 址 0 0 1 0 1 1 1 X 0 7 设置DDRAM 中的页地址 X地址 设置 Y地 址 0 0 0 1 Y地址 0 63 设置地址 Y 地址 读状 态 1 0 B U S Y 0 ON OFF RST 0 0 0 0 RST 1 复位 0 正常 ON OFF 1 显示开 0 显示关 BUSY 0 READY 1 IN OPERATION 写显 示数 据 0