常用液晶显示模块驱动程序设计方案

1、常用液晶显示模块驱动程序设计 1常用液晶显示模块驱动程序设计引言第1章 绪论1.1 液晶显示器件概述1.1.1 液晶显示器件在显示技术中的地位1.1.2 液晶显示器件的优异性能及发展前景1.2 论文选题的意义1.3 本文的主要工作第2章 液晶显示基本原理及应用基础2.1 液晶显示基本知识2.2 液晶显示原理2.3 液晶显示器件的优点2.4 液晶显示驱动原理2.4.1 静态驱动方法简述2.4.2 动态驱动方法简述第3章 液晶显示模块3.1 液晶显示模块的分类3.1.1 数显液晶显示模块3.1.2 点阵字符型液晶显示模块3.1.3 点阵图形液晶显示模块3.2 液晶显示控制器的原理3.2.1 设计特

2、性3.3 液晶显示控制器的应用第4章 段式液晶显示模块的原理及应用4.1 段式液晶显示模块 LCM061A 简介4.1.1 段式液晶显示模块 LCM061A 的基本功能4.1.2 段式液晶显示模块 LCM061A 的引脚说明4.1.3段式液晶显示模块LCM061A指令集4.2 段式液晶显示模块 LCM061A 接口方案及论证4.3 段式液晶显示模块 LCM061A 应用程序设计4.3.1 功能程序模块详解4.3.2 程序设计流程图第5章 字符型液晶显示模块的原理及应用5.1 字符型液晶显示模块基本特点5.2 字符型液晶显示控制及驱动器 HD447805.2.1 HD44780的特点5.2.2

3、HD44780的硬件工作原理5.2.3 HD44780的指令集5.3 基于 HD44780 字符型液晶显示器 LCM1602 的原理及应用5.3.1 字符型液晶显示器 LCM1602 的原理5.3.2 字符型液晶显示器 LCM1602 接口方案及论证5.4 字符型液晶显示器 LCM1602 应用程序设计5.4.1 程序设计流程图5.4.2 功能程序模块详解第6章 图形式液晶显示模块的原理及应用6.1 图形式液晶显示模块的基本特点6.2 图形式液晶显示控制及驱动器 HD612026.2.1 HD61202 的特点6.2.2 HD61202 硬件工作原理6.2.3 HD61202 的硬件工作原理6

4、.2.4 HD61202 的指令集6.3基于 HD61202 图形式液晶显示器 LGM12864 应用6.3.1图形式液晶显示器 LGM12864 原理6.3.2图形式液晶显示器 LGM12864 接口方案及论证6.4图形式液晶显示器 LG12864 应用程序设计6.4.1功能程序模块详解6.4.2程序设计流程图第7章 仿真总结致谢 参考文献附录 A HD44780 的内部字符集 附录 B 程序清单附录 C 芯片引脚图【摘要】由于液晶显示模块特殊的连接方式和所需的专用设备并非人人了 解，因此虽然它已应用广泛，但用户在使用、装配时感到困难。为了用户使 用方便，需将液晶显示器件与控制、驱动集成电路

5、装在一起，形成一个功能 部件。而驱动程序是使这个功能部件稳定有序工作，准确实现显示的重要环 节。本设计在分别介绍了分段式、点阵图形、点阵字符型液晶显示模块的芯 片功能及其应用原理的基础上，主要针对一些常用液晶显示模块的典型代表 系列设计其与单片机的接口电路和驱动程序。【关键词】 液晶显示模块；驱动控制器；单片机；驱动程序；点阵 Commonly used liquid crystal display module design-driven processdrive controller【 Abstract 】 LCD module due to special connections and

6、 special equipment is not required for everyone to understand, so even though it is already widely used, but users in the use of, the assembly found it difficult. To the user ease of use, the need for liquid crystal display devices and control, driver integrated circuits mounted together to form a f

7、eature. The drivers role is to make this feature to work stable and orderly, accurate display. The design introduced in the sub-style, dot-matrix graphics, dot matrix character LCD module and its application of the chip functions based on the principle, mainly for some commonly used liquid crystal d

8、isplay module of a typical representative of the design series with SCM interface circuit and driver.Key words: liquid crystal display module singlechip 。 driver 。 lattice452引言液晶显示器件 (LCD) 是一种高新技术的基础元器件。它利用液晶的各种电光 效应，把液晶对电场、磁场、光线和温度等外界条件的变化在一定条件下转 换为可视信号而制成的显示器。虽然其应用已很广泛，但对很多人来说，使 用、装配时仍感到困难。特别是点阵型液

9、晶显示器件，使用者更是会感到无 从下手。特殊的连接方式和所需的专用设备也非人人了解和具备，故此液晶 显示器件的用户希望有人代劳，将液晶显示器件与控制、驱动集成电路装在 一起，形成一个功能部件，用户只需用传统工艺即可将其装配成一个整机系 统。而驱动程序是使这个功能部件稳定有序工作，准确实现显示的重要环 节。随着模块的标准化，用户在选择和使用过程中只关心模块的接口，对于 模块的设计和构造以及在使用中出现的因为模块设计原因产生的问题并不了 解。本文通过对常用液晶显示模块的结构和显示、驱动原理进行详细介绍。并针 对一些常用液晶显示模块的典型代表系列设计其与单片机的接口电路和驱动 程序。使读者可以较为全

10、面地掌握液晶显示驱动控制的原理。第 1 章 绪论1.1 液晶显示器介绍液晶显示器件 1(LCD) 是一种高新技术的基础元器件。它利用液晶的各种电光效应，把液晶对电场、磁场、光线和温度等外界条件的变化在一定条件转换为可视信号而制成的显示器。液晶显示器具有低电压、低功耗的特 点，与 CMOS 集成电路相匹配 . 电池作为电源，适合于便携式显示。 STN-LCD 是通过电场控制液晶分子的排列从而改变液晶盒内偏振光的双折射效 应而实现显示， STN-LCD 是目前 LCD 生产的中档产品，它具有显示信息 量大的特点，主要应用于各种仪器仪表、手机、 PDA 、笔记本电脑等。液晶 显示器还具有易彩色化，非

11、发光式被动显示的特点。彩色液晶显示是利用液 晶的光阀特性和彩色滤光膜及三基色灯来实现的，现有技术容易制造彩色滤 光膜和三基色灯。还有液晶显示靠调制外界光来实现的，显示体本身不发 光，不刺激眼睛，不易疲劳等优点。利用液晶光阀特性容易实现投影大屏幕 显示。因而，液晶显示应用几乎覆盖所有显示应用领域。 液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件 （ 斑马条、斑马纸或金属管脚 等 ） 、PCB 线路板、液晶显示控制器、行列驱动控制器、负压发生器、偏置 电路、温度补偿电路、背光源、背光源驱动控制电路、结构件（框架或模 具）等装配在一起的组件。1.2 液晶显示发展历史、现状和趋势 作为液晶最重要的一种应用，

12、液晶显示伴随液晶的诞生经历了漫长的发展道 路 2 。早在 1888 1889 年，奥地利植物学家 F.Reinitzer 与和德国物理 学家共同发现了第一种液晶材料 .20 世纪 20 年代人们就已经合成出 300 多 种液晶 ,并完成了至今还应用的近晶相、向列相和胆甾相的液晶分类。从30年 * 始，众多物理学家展开了液晶物理特性的研究 ,首次揭示了液晶的各 向异性特性以及在外场作用下向列相变形及其阈值特性 . 这些工作为液晶显 示的应用研究奠定了良好的基础 .60 年代中期美国首先发现液晶显示原理， 1968 年公开在刊物上发表向列相液晶动态散射显示原理和显示样机。第一台成型的液晶显示媒体出

13、现在 1971 年，这就是最初的 TN-LCD（ 扭曲向列 液晶显示器 ） ，80 年代初 TN-LCD 商品大量上市，主要被用作手表、时 钟、电子计算机、电话、传真机及一般家电品的数字显示，目前简单矩阵驱 动的 TN 型产品以小尺寸黑白文字显示类 LCD 为主。1984 年欧美提出了 STN-LCD 超扭曲向列液晶显示器 ） ，同时也提出了 TFT-LCD（ 薄膜晶体管液晶显示器 ） 技术，但在那时还不够成熟。 80 年代 末，日本掌握了 STN-LCD 的大规模生产技术， LCD 工业开始飞跃发展。 1993 年日本又掌握了 TFT-LCD 生产技术，液晶显示器开始一方面向廉 价、低成本的

14、方向发展，随后 DSTN-LCD（ 双层超扭曲向列 ） 诞生。另一方 面向高端的薄膜晶体管 TFT-LCD 发展。 1997 年，日本成了一大批以 550mmX 700mm为代表的大基板尺寸第三代TFT-LCD生产线。在此期 间，韩国和台湾也开始介入液晶显示器生产领域，我国内地企业引进生产 线，生产 TN-LCD.我国于 1969 年开始研究液晶显示，但规模生产起步较晚。目前我国虽然是 世界上最大的 TN-LCD 生产国，在原材料技术和生产工艺技术上已落后一 步。而东亚地区，逐渐发展成为世界液晶显示器的主要生产地，日本、韩国 和我国台湾则走在了最前列。近年，随着中国大陆改革开放的深入和加入 W

15、TO ，日本、韩国和我国台湾己经将大部分 STN 的生产线和部分 TFT 生 产线向中国大陆转移，中国大陆已经陆续投产几条较为先进的 TFT 生产 线。但生产工艺、技术和部分原材料的专利仍掌握在日本或其它少数国家手 中，这是中国大陆 LCD 产业发展的不利因素。1.3 论文选题的意义 液晶显示器件是一种高新技术的基础元器件，虽然其应用已很广泛，但对很 多人来说，使用、装配时仍感到困难。特别是点阵型液晶显示器件，使用者 更是会感到无从下手。特殊的连接方式和所需的专用设备也非人人了解和具 备，故此液晶显示器件的用户希望有人代劳，将液晶显示器件与控制、驱动 集成电路装在一起，形成一个功能部件，用户只

16、需用传统工艺即可将其装配 成一个整机系统。随着模块的标准化，用户在选择和使用过程中只关心模块 的接口，对于模块的设计和构造以及在使用中出现的因为模块设计原因产生 的问题并不了解。本文通过对常用液晶显示模块的几个典型，介绍液晶显示模块的结构和显 示、驱动原理。使读者可以较为全面地掌握液晶显示驱动控制的原理。1.4 本文的主要工作 本文的任务是针对一些常用液晶显示模块的典型代表系列设计其与单片机的 接口电路和驱动程序。本文的主要工作如下：（1）在方案论证的基础上，确定整体设计方案和设备选型。（2）基于一些常用液晶显示模块的典型代表系列设计其与单片机的接口 电路和驱动程序（包括段式、点阵字符型、点阵

17、图形 式）。（3）选取上述各系列的内置式驱动控制器设计流程图、应用程序。4）针对所选取的液晶显示模块和驱动控制器设计接口电路、驱动程序、流程图、应用程序，并提供较为详细使用说明清单。（使用者只需按要求提 供相应入口参数即可）（5）软件设计清单。（6）进行硬件、软件调试，并对调试结果进行分析。必要的技术分析和 说明，并对设计结果进行分析。第 2 章 液晶显示基本原理及应用基础2.1 液晶显示基本知识液晶显示器 （LCD/Liquid Crystal Display）的显像原理 , 是将液晶置于两片导电玻璃之间 , 靠两个电极间电场的驱动引起液晶分子扭曲向列的电场效 应，以控制光源透射或遮蔽功能，

18、在电源开关之间产生明暗而将影像显示出 来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像。液晶的物理特性是：当通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不 通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从 技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为 Substrates ，中间夹着一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排 排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于 有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大 致平行。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子会顺着槽排列，2.2 液晶显示原理LCD 技术是把液晶灌

19、入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相 ( 相交成 90 度) 。也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面 上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种 90 度扭 转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭 转 90 度。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直 射出去，而不发生任何扭转。LCD 是依赖极化滤光器 ( 片)和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散 的。极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断 不与这些线平行的所有光线。极化滤光器的线正好与第一个垂直，所以能完 全阻断那些已经极化的光线

20、。只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身 已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透。液晶显示原理 3 如图 2.1 所示, 在两片玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会 沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向膜沟槽偏离 90 度，所以液晶分子成为扭 转型，当玻璃基板没有加入电场时，光线透过偏光板跟着液晶做 90 度扭 转，通过下方偏光板，液晶面板显示白色 (如图 (a) ；当玻璃基板加入电场 时，液晶分子产生配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下方偏 光板遮蔽，光线被吸收无法透出，液晶面板显示黑色(如图(b)示)。液晶显示器便是根据此电压有无，使面板达到显示效果。图 2.1 液晶配列显示原

21、理图(a) 液晶面板显示白色 (b) 液晶面板显示黑色利用液晶的各种光电效应，把液晶对电场、磁场、光线和温度等外界条件的 变化在一定条件下转换成为可视信号就可以制成显示器，这就是液晶显示器 件。2.3 液晶显示器件的优点 信息显示技术随着信息社会的发展而变得越来越重要，在信息显示技术中， 液晶显示器件与其他类型的显示器相比较有如下优点 2 ： （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体健康无危害；（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 的环境下

22、显示；（6）易于驱动，能用大规模集成电路直接驱动，电路接口简单；（7）结构简单，没有复杂的机械部分等。2.4 液晶显示驱动原理 从电子学角度简述液晶显示器件的显示原理为 3: 在外加电场的作用下具有 偶极矩的液晶棒状分子在排列状态上发生变化，使得通过液晶显示器件的光 被调制，从而呈现明与暗或透过与不透过的显示效果。液晶显示器件中的每 个显示像素都可以单独被电场控制，不同的显示像素按照驱动信号的 “指挥 在显示屏上合成各种字符，数字及图形。液晶显示驱动功能就是建立这种电 场。液晶的显示效果是由于在显示像素上施加了电场的缘故，而这个电场则由显示像素前后两电极上的电位信号差所产生。在显示像素上建立直

23、流电池是非 常容易的事，但直流电场将导致液晶材料的化学反应和电极老化，从而迅速 降低液晶材料的寿命，因此必须建立交流驱动电场，并要求在这个交流电场 中的直流分量越小越好，通常要求直流分量小于 50mV 。由此要求液晶显示 驱动器的驱动输出必须是交流驱动。现在液晶显示驱动器是全数字化集成电 路，所以这种交流驱动是以脉冲电压形式产生的。液晶显示像素上交流电场的强弱用交流电场的有效值表示，当有效值大于液 晶的 ICJ 值电压时，像素产生电光效应，呈显示状态。当有效值在阀值电压 附近时，液晶将呈现较弱的电光效应，此态将会影响液晶显示器件的显示对 比度。因此液晶显示驱动器要能够控制驱动输出的电压幅值，以

24、实现对显示 对比度的控制。液晶显示驱动器通过对其输出到液晶显示器件电极上的电位 信号进行相位、峰值、频率等参的调制来建立交流驱动电场，以实现液晶显 示器件的显示效果。液晶显示的驱动方式有许多，常用于液晶显示器件上的 驱动方法有静态驱动和动态驱动两种 4.2.4.1 静态驱动方法简述静态驱动 （Static Drive） 主要用于位数很少 （12 位以下 ） 的数字显示或固定文 字（图形 ）显示。在数字显示时常采用笔段电极结构。每位数由一个 “8”字形 公共电极和构成 “8”字形图案的笔段形电极组成，分别设置在两块基板上。 根据显示数字的位数，可在两基板上形成相应数量的电极组，每组电极可显 示

25、0-9 的任意数字。这种数字显示方式广泛用于手表、计算器以及计测仪静态驱动就是在所显示数字的各笔段电极和共用电极之间，同时而连续地施 加上驱动电压，直到显示时间结束。由于在显示时间内驱动电压一直保持， 故称作静态驱动。要实现静态驱动，各段形电极和公电极必须设置各自独立 的驱动电路。静态驱动的特点及缺点 : 静态驱动有这样两个特点 :(1) 各电极的驱动相互独立，互不影响。 (2) 在显 示期间，驱动电压一直保持，使液晶充分驱动。因为静态驱动与下面介绍的 时间分割驱动相比，具有对比度好，亮度高，响应快等优点。但静态驱动的 缺点是每个段形电极需要一个控制元件，一旦显示数字的位数很多时，相应 的驱动

26、元件数和引线端子数太多，因而他的应用受到限制，只适合于位数很 少的笔段电极显示。2.4.2 动态驱动方法简介 当液晶显示器件上显示像素众多时，如点阵型液晶显示器件，若使用静态驱 动结构将会产生众多的引脚以及庞大的硬件驱动电路，这是不易实施的。为 了解决这个问题，在液晶显示器件电极的制作与排布上做了加工，实施了矩 阵型结构，即把水平一组显示像素的背电极连在一起引出，称之为行电极， 又称公共极，用 COM 符号表示。把纵向一组显示像素的段电极连在一起引 出，称之为段电极，又称列电极，用 SEG或COL符号表示。每个液晶显示 像素都由其所在的行与列的位置唯一确定。在驱动方式上采用了类同于 CRT 的

27、光栅逐行扫描方法，叫做动态驱动法，或称为多路寻址驱动法。 动态驱动方法简述 : 液晶显示的动态驱动法是循环地给每行电极施加选择脉冲，同时所有列电极 给出该行像素的选择或非选择的驱动脉冲，从而实现某行所有显示像素的驱 动。这种行扫描是逐行顺序进行的，循环周很短，使得液晶显示屏上呈现稳 定的图像效果。我们把液晶显示的扫描驱动方式称为动态驱动法，亦称多路 寻址驱动法。在一帧中每一行的选择时间是均等的。假设一帧的扫描行数为N，扫描一帧的时间为 1，那么一行所占有的选择时间为 1/N ，该值被称为占空比系数。 在同等电压下，扫描行数的增多将使占空比下降，从而引起液晶像素上的变 电场电压的有效值下降，降低

28、了显示质量。因此随着显示像素的增多，为了 保证显示质量，就需要适度地提高驱动电压以提高电场的电压有效值或采用 双屏电极排布结构以提高占空比系数。在动态驱动方式下，某一液晶像素 （选择点 ）呈显示效果是由施加在行电极上 的选择电压与施加在列电极上的选择电压的合成来实现的。与该像素不在同 一行和同一列的像素 （非选点 ）都处在非选状态下，与该像素在同一行或同一 列的像素均有选择电压加入，称之为半选择点。该点的电场电压处于液晶的 阀值电压附近时，屏上将出现不应有的半显示现象，使得显示对比度下降， 这种现象叫做 “交叉效应 ”。在动态驱动方法中解决 “交叉效应 ”的方法是平均电压法，即把液晶的驱动电

29、压等分成若干挡，如 a 挡。适当地提高非选择点的电压，如 1/a 倍差于选 择电压，从而降低半选点上两电极的电压差。这种方法称谓偏压法。动态驱 动法加入了偏压法使其更加完美，它广泛应用于点阵型液晶显示器件和多路 结构液晶显示器件的驱动上。当扫描行数 N=1 时，动态驱动就等于静态驱 动。由于静态驱动没有交叉效应，所以也就没有偏压法的介入 第 3 章 液晶显示模块 液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、 PCB 线路板、 背光源、结构件装配在一起的组件，英文名称叫 “LCD Module”。 液晶显示 器是一种低功耗显示器件，具有显示内容丰富、体积小、重量轻、安全省电 等优点，在万

30、用表、袖珍式仪表和低功耗微机应用系统中得到广泛使用。同 时，由于液晶显示器件是一种高新技术的基础元器件，为了方便使用，厂家 将液晶显示器件、连接件、集成电路、 PCB 线路板、背光源、结构件装配 在一起形成液晶显示模块。不同的液晶显示模块其显示性能和显示控制上是 有较大区别，应用中应根据不同的显示要求进行灵活选取。 5 实际系统设 计中，经常用到各种不同液晶显示模块。本设计研究各种典型的液晶显示模 块的电路特性和控制要求，在此基础上设计程序。3.1 液晶显示模块的分类 根据液晶显示器件的显示方式，可以把液晶显示模块分为三类：数显（字段 式）液晶显示模块，点阵字符型液晶显示模块，点阵图形液晶显示

31、模块。下 面分别介绍这三种类型液晶显示模块。3.1.1 数显液晶显示模块 这是一种由段型液晶显示器件与专用的集成电路组装成一体的功能部件，只 能显示数字和一些标识符号。段型液晶显示器件大多应用在便携、袖珍设备 上。由于这些设备体积小，所以尽可能不将显示部分设计成单独的部件，即 使一些应用领域需要单独的显示组件，那么也应该使其除具有显示功能外， 还应具有一些信息接收、处理、存储等功能，由于它们具有某种通用的、特 定的功能而受市场的欢迎。(1) 计数型液晶显示模块这是一种由不同位数的七段型液晶显示器件与译码驱动器，或再加上计数器 装配成的计数显示部件。它具有记录、处理、显示数字的功能。(2) 计量

32、型液晶显示模块 这是一种由多位段型液晶显示器件和具有译码、驱动、计数、 A/D 转换功能 的集成电路片组装而成的模块。由于所用的集成电路中具有 A/D 转换功 能，所以可以将输入的模拟量电信号转换成数字量显示出来，使用方便。(3) 计时型液晶显示模块将一个液晶显示器件与一块计时集成电路装配在一起就是一个功能完整的计时器。它与计数型液晶显示模块外观相似，但显示方式不同，它的数字是由两位一组两位一组的数字组成，而计数型液晶显示模块每位数字均是连续排 列的。这类模块可广泛用于家电设备上，如录音机、 CD 机、微波炉、电饭 煲等电器上。3.1.2 点阵字符型液晶显示模块它是由点阵字符型液晶显示器件与专

33、用的行、列驱动器、控制器及必要的连接件、结构件装配而成的，可以显示数字和西方字符。这种点阵字符模块本身具有字符发生器，显示容量大，功能丰富。一般该种模块最少也可以显示8 位 1 行或 16 位 1 行的字符。因为点阵排列的像素点间有间隔，所以不能 显示图形。3.1.3 点阵图形液晶显示模块 它的特点是点阵像素连续排列，行和列排布中均没有空隔。因此可以显示连续、完整的图形。由于它是由 X-Y 矩阵像素构成的，所以除显示图形外， 也可以显示字符，这种模块又分为行列驱动型，行、列驱动 控制型，行、 列控制型三大类。(1) 行列驱动型 这是一种必须外接专用控制器的液晶显示模块，它必须外接控制电路才能与

34、 计算机连接。是数量最多，应用最普遍的液晶显示模块。(2) 行、列驱动 控制型 这是一种可直接与计算机接口，依靠计算机直接控制驱动器。它会占用系统 的部分资源。(3) 行、列控制型 这是一种内藏控制器型的液晶显示模块，使用户摆脱了对控制器设计、加 工、制作等一系列工作，又使计算机避免了对显示器的繁琐控制，节约了主 机系统的内部资源。3.2 液晶显示控制器的原理虽然液晶显示驱动控制器与驱动集成为一体，简化了液晶显示系统的控制驱 动电路，操作简便，但是显示功能和显示规模都受到了限制，控制能力局限 于小规模的液晶显示模块。液晶显示控制器将驱动器和显示存储器置于片 外，增加了显示存储器的容量，在片内增

35、加了液晶显示的控制功能，从而可 以控制中、大规模的液晶显示模块，控制功能也更强。液晶显示控制器原理 6 框图如图 2.1 所示。3.2.1 设计特性 （ 1） I/O 接口特性 液晶显示控制器的接口部分用来接收计算机发来的指令和数据，并向计算机 反馈所需的数据信息。接口部分包括两个通道：指令通道和数据通道。两个 通道的选择由 RS 端控制。大多数液晶显示控制器可以适配计算机两种时序 的操作，一种为 Intel8080 操作时序，一种为 M6800 操作时序。 （2）驱动特性驱动部分是液晶显示控制器对液晶显示驱动系统的接口。时序发生器产生基 础时钟提供给予显示时钟电路，显示时钟电路产生显示时钟脉

36、冲序列提供给 驱动部分。这些时序作为控制脉冲向液晶显示驱动系统输出，也作为显示数 据传输的同步信号控制数据传输通道。驱动信号有：FLM 帧信号；CP数据移位脉冲信号；LP数据锁存脉冲信号；M 交流驱动波形信号。（3）控制特性 液晶显示控制器的控制部分是液晶显示控制器的核心。它通过 OSC1 和 OSC2 两端接入晶体振荡器或振荡因子使振荡器产生工作时钟，该时钟脉冲 直接提供给时序发生器以生成控制时序和显示时序。控制时序驱动逻辑电路 管理和操作各功能电路，显示时序电路生成液晶显示系统所需的驱动时序脉 冲序列，并且实现显示数据向液晶显示驱动系统的传送。控制部分还控制着 光标发生器的工作3.3 液晶

37、显示控制器的应用 一般来讲，使用液晶显示器件来显示信息，需要液晶材料、相应的驱动系统 和控制系统三者的有机结合。对于中小规模的液晶显示器件，通常采用在驱 动器直接驱动液晶显示器件的基础上，增加片内控制器，形成有控制器的液 晶显示模块，称其为内置控制器的液晶显示模块。另外，为提高控制能力， 增加显示功能和显示规模，又可以将控制器和显示存储器置于片外，在片内 仅保留驱动系统，形成外配控制器的液晶显示模块。对使用者来讲不管何种液晶显示模块都可以把它作为一个独立的外设或 I/O 设备来使用，因此，对液晶显示模块的操作问题，都可以简化为液晶显示模 块的控制器接口的操作使用问题，即信息显示的问题集中在计算

38、机对液晶显 示控制器的接口如何传送信息、传送数据及接收信息等问题上。 液晶显示模块的控制器通常是一种专门的 IC 芯片，都提供了便于和计算机 相连接的 I/O 接口。这样计算机通过对液晶显示控制器的操作，实现了对液 晶显示扫描时序的设备、显示数据的写入等参数设置，之后控制器便可以独 立控制液晶显示驱动系统，从而避免了计算机在显示上的繁锁工作，完成了 对液晶显示器件的操作。微处理器与液晶显示模块的控制接口有两种方式：直接访问方式和间接 访问方式。间接控制方式接口时序由微处理器对控制信号的软件编程来实 现。软件编程在对控制信号设置的先后顺序上体现了液晶显示控制器所适配 的操作时序。间接访问方式接口

39、电路简单，时序由软件实现，所以不管微处 理器本身运算速度高低，都可以方便的利用这种方式连接各种液晶显示控制 器以实现对液晶显示模块的操作 第4章 段式液晶显示模块的原理及应用字符式液晶显示器是根据各种需要，将液晶制作成各种数字字形和图案。 字符式液晶显示器的字形与图案有的是根据市场需要制作成通用的形式，有 的是根据一些厂家定制成专用的形式。一般用在小型设备仪器中，字符式液 晶显示器的字形与图案不能随意改变，只能通过控制使其显示或不显示。4.1 段式液晶显示模块 LCM061A 的简介4.1.1 LCM061A 的基本功能LCM061A 是 6 位多功能通用 8 段式液晶显示模块。内含看门狗，显

40、示RAM，蜂鸣器驱动。与单片机的接口采用 34线串行接口，工作电压2.4V5.2V，显示状态下电流仅为 50uA左右。LCM061A 的外形如图2.0 所示。图 4.1 LCM061A的外形4.1.2 LCM061A的引脚说明共有 11 个引脚，引脚说明如表 2.0所示。表4.0 LCM061A引脚说明引脚 符号 说明 输入输出1 CS LCM061*选，低电平有效输入2 RD LCM061A读选通信号，低电平有效输入3 WR LCM061A写选通信号，低电平有效输出4 DA 数据线 输入 / 输出5 GND 电压地 输入6 VLCD LCD 显示屏工作电压，可调整显示视角 输入7 VDD 正

41、电源， 2.4V5.2V 输入8 IRQ 中断输出，看门狗或定时器输出 输出9 BZ+ 蜂鸣器正输出 输出10 BZ- 蜂鸣器负输出 输出4.1.3 段式液晶显示模块 LCM061A 指令集表 4.l LCM061A 指令集命令码 功能 命令码 功能00H 关闭振荡器， LCV 进入低功耗状态 0DH 定时器清零01H 开振荡器 80H 不允许定时器看门狗输出02H 关 LCD 88H 允许定时器看门狗输出03H 开LCD 18H 定义RC方式工作08H开蜂鸣器A0H定时=4s09H 关蜂鸣器A1H定时=2s60H蜂鸣器A2H定时=ls40H 蜂鸣器A3H 定时=0 . 5 s29H模块专用初

42、始化命令 A4H定时=0 . 2 5s05H关看门狗A5H定时=0 . 12 5s07H开看门狗A6H定时=0 . 0 6 2 5 s04H 关定时器 A7H 定时=0 . 0 0 3 1 2 5 s0EH 看门狗清零4.2 段式液晶显示模块 LCM061A 接口方案及论证 目前国内外很多液晶生产厂家都在生产各种字段式液晶显示器。其字形图案 不同，接口方式也不同，但是为了简化接口形式，大多数采用串行接口通 信。LCM061A 与单片机接口时2线到5线方式，一是 WR,RD,DA 这三条 线与其它芯片不共用并且只读不写时，可将 LCM061A 的 CS 端直接接地， 可不接，这样可用 2 线方式

43、。如果还有其它芯片与 LCM061A 共用，且要 使用端，则必须使用 5 线方式。本例由于只控制一个 LCM061A ，为简化接 口电路，采用LCM061A与MCS-51单片机4线接口，接口电路如图2.1 示.图4.2 LCM061A 与MCS-51单片机的接口电路4.3 段式液晶显示模块 LCM061A 应用程序设计4.3.1 程序设计流程图图 4.3 程序设计流程图4.3.2 功能程序模块详解1 .写指令子程序LCD_WRCOM:CLR CSSETB DAT 。写入命令码前缀 100，此处为 1SETB WRRCLR DAT；此处为 0CLR WRRSETB WRCLR DAT；此处为 0

44、CLR WRRSETB WRMOV R7,#8。命令码长度为 8 位LOOP1: RLC AMOV DAT,CCLR WRRSETB WRRDJNZ R7,LOOP1 ；位数据未送完则继续CLR DAT ；反之写入命令码的最后一位 0CLR WRRSETB WRRSETB CSSETB DAT ；写完指令码后 LCM 数据位要至高电平RET2. 写数据子程序LCM_DATA: CLR CSSETB DAT 。写入数据码前缀 1010 ，此处为 1SETB WRR ；*。SETB DAT 。此处为 1CLR WRRSETB WRR ；*。CLR DAT 。此处为 0CLR WRRSETB WR

45、；*。MOV R7,#5 ；地址码长度为 5 位MOV A,R5 。LOOP2: RLC AMOV DAT,CCLR WRRSETB WRDJNZ R7,LOOP2 ；5 位地址未送完则继续MOV R7,#8MOV A,R6LOOP3: RLC AMOV DAT,CSETB WR*DJNZ R7,LOOP3 ；8 位数据未送完则继续SETB CSSETB DAT ；写完数据码后 LCM 数据位 DAT 要至高电平字符型液晶显示 模块的原理及应用5.1 字符型液晶显示模块基本特点 字符型液晶显示模块是由字符型液晶显示屏 LCD 、控制驱动主电路 HD44780/KS0066 及其扩展 驱动电路

46、HD44100 或与其兼容的 IC ， 少 量电阻、电容元件结构件等装配在 PCB 板上而 成。字符型液晶显示模块目前在国际上已经规范化，无论显示屏规格如何变 化，其电特性和接口形 式都是统一的。因此只要设计出一种型号的接口电 路，在指令设置上稍加改动即可使用各种规格的字符型液晶显示模块，其基 本特点如下：1. 液晶显示屏是以若干个 5 8 或 5 11 点阵块组成的显示字符群每个点阵 块为一个字符位字符间距和行距都为一个点的宽度2. 主控制驱动电路为 HD44780 及其他公司全兼容电路3. 具有字符发生器 ROM 可显示 192 种字符 160 个 5 7 点阵字符和 32 个5 10 点

47、阵字符 见附录4. 具有 64 个字节的自定义字符 RAM 可自定义 8 个 5 8 点阵字符或 4 个 5 11 点阵字符5. 具有 80 个字节的 RAM6. 标准的接口特性适配 M6800 系列 MPU 的操作时序7. 模块结构紧凑轻巧装配容易8. 单+5V电源供电宽温型需要一个 7V的驱动电源9. 低功耗长寿命高可靠性5.2 字符型液晶显示控制及驱动器 HD447805.2.1 HD44780 的特点1 具有字符发生器ROM可显示192种字符（160个5 X7点阵字符及32 个5X 11点阵字符）。2具有 64 个单元的自定义字符 RAM ，可定义 8 个 5x7 点阵字符或 4 个

48、5xll 点阵字符。3具有 80 个单元的显示 RAM。4标准的接口特性，适配 M6800 系列 MPU 的操作时序。5.2.2 HD44780 的硬件工作原理字符型 LCD 液晶显示模块是专用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。字符位可以是 5*7 或5*11 等点阵组成。每一个点阵字符位都可以显示一个字符 ，内置 HD44780 控制 IC 专用于字符显示的液晶驱动及 控制。 HD44780 的显示缓冲区及用户自定义的字符发生器 CGRAM 全部内 藏在芯片内。 HD44780 具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动、 闪烁等显示功能。 HD44780 的控制部是液晶显示模块

49、的核心，它控制着 HD44780 的工作时序和各功能的实现，具有驱动 40*16 点阵的液晶显示 器件的能力。5.2.3 HD44780 的指令集表 1 清屏RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 0 0 0 0 0 1运行时间： 1.64 us ； 功能：清 DDRAM 和 AC 值。表2 归位RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *运行时间： 1.64 us ；功能： AC=0 光标，画面回 HOME 位。表3 输入方式设置RS R/W DB7 DB6 DB5 D

50、B4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 0 0 0 1 I/D S运行时间： 40us ；功能：设置光标画面移动方式；其中 I/D= 1 ：数据读写操作后 AC 自动增一； I/D =0 ：数据读写操作后 AC 自动减一；S=1 ：数据读写操作画面平移；S =0 ：数据读写操作画面不动。RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 0 0 1 D C B表 4 显示开关控制运行时间： 40 us 功能：设置显示光标及闪烁开关；其中D表示显示开关，D= 1为开，D =0为关;C 表示光标开关， C =1 为开， C =0 为关；B 表示闪

51、烁开关， B= 1 为开， B =0 为关。表 5 光标画面位移RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 0 1 S/C R/L * *运行时间： 40 us ; 功能：光标画面移动不影响 DDRAM ;其中 S/C =1 ：画面平移一个字符位;S/C =0 ：光标平移一个字符位;R/L= 1 右移， R/L= 0 左移。表6 功能设置RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 1 DL N F * * 运行时间： 40 us ； 功能：工作方式设置初始化指令。其中 DL =1 ，8 位数据接口

52、DL= 0 ,4 位数据接口； N =1 ，两行显示 N= 0 ，一行显示；F =1 ，5 *10 点阵字符 F =0 ，5* 7 点阵字符。表 7 CGRAM 地址设置RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0运行时间： 40 us ；功能设置： CGRAM 地址 A5A0 =03FH 。RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0表 8 DDRAM 地址设置运行时间： 40us ；功能设置： DDRAM 地址；N= 0 ,

53、 一行显示 A6A0= 04FH ；N =1 , 两行显示首行 A6 A0 =00H 2FH ,次行 A6 A0= 40H67H 。表9读BF及AC值RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 1 BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0功能读忙 BF 值和地址计数器 AC 值其中BF=1 :忙。BF= 0 :准备好。此时AC值意义为最近一次地址设置CGRAM 或DDRAM 定义表 10 写数据RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 0 数 据运行时间: 40 us功能:根据最近设置的地址性质数据写

54、入 DDRAM 或 CGRAM 内表 11 读数据RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0运行时间： 40 us功能：根据最近设置的地址性质从 DDRAM 或 CGRAM 数据读出5.3 基于 HD44780 字符型液晶显示器 LCM1602 的原理及应用5.3.1 字符型液晶显示器 LCM1602 的简介1.1 字符型液晶显示器 LCM1602 接口特性及时序 表 12 引脚功能引脚号 符号 状态 功能1 Vss 电源地2 Vdd +5V 逻辑电源3 V0 液晶驱动电源4 RS 输入寄存器选择 15 R/W 输入读 写操作选择6 E 输入使能信号7 DB0

55、 三态数据总线 LSB （数据最低位）8 DB1 三态数据总线9 DB2 三态数据总线10 DB3 三态数据总线11 DB4 三态数据总线12 DB5 三态数据总线14 DB7 三态数据总线 MSB （数据最高位）*15 E1 输入 空管脚 /背光输入*16 E2 输入 空管脚 /背光输入1.1.1 点阵字符型液晶显示模块电路框图图 5.1 点阵字符型液晶显示模块电路框图1.2 控制器接口时序说明1.2.1 读操作时序5.3.1 字符型液晶显示器 LM1602 的示原理LM1602 的内部驱动器为 HD44780 。 HD44780 内置了 192 个常用字 符，存于字符产生器 CGROM（C

56、haracter Generator ROM） 中，另外还有 几个允许用户自定义的字符产生 RAM ，称为 CGRAM（Character Generator RAM） 。下图说明了 CGROM 和 CGRAM 与字符的对应关系 字符码0x00OxOF为用户自定义的字符图形 RAM（对于5X8点阵的字 符，可以存放8组，5X10点阵的字符，存放4组）,0x200x7F为标准 的 ASCII 码， 0xA0 0xFF 为日文字符和希腊文字符，其余字符码 （0x100x仆 及0x800x9F）没有定义。（由于本指导中未用到自定义特 殊字符的功能 CGROM 的字符号， 地址指 DDRAM 的地址 ）除了 CGROM 和 CGRAM 夕卜，LCD 内部还有一个 DDRAM（Display DataRAM） ，用于存放待显示内容， LCD 控制器的指令系统规定，在送待显示字 符代码的指令之前，先要送 DDRAM 的地址（即待显示的字符显示位置 ）。 16 X 2的字符型LCD的DDRAM地址与显示位置的对应关系如下：总而言之，希望在 LCD 的某一特定位置显示某一特定字符，一般要遵循 先 指定地址，后写入内容 的