基于ARM的LCD显示

1、西安工业大学课程设计（论文）用纸XIAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 课程设计报告课程名称 基于 ARM7 的 LCD 显示系统的 设计与实现 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 2015 年 12 月 9 日西安工业大学课程设计（论文）用纸 目录目录 1 系统背景及实验目的.11.1 嵌入式系统背景介绍.11.2 实验目的.12.总体设计.13.详细设计.2 3.1 芯片介绍.23.1.1 芯片 LPC2106 简介.23.1.1.1 LPC2106 的特性.23.1.2 芯片 LM016L 简介.33.1.2.1 液晶显示原

2、理.33.1.2.2 LCD 相关参数.33.2 软件选择.63.2.1 Proteus Version 7.5 简介.63.2.2 RealView MDK 简介.63.2.2.1 RealView MDK 的特点.63.3 系统设计.73.3.1 电路设计.73.3.1.1 Proteus 创建工程步骤.73.3.1.2 元件选择.83.3.1.3 电路效果图.103.3.2 程序设计.113.3.2.1 RealView MDK 创建工程过程.11 3.3.2.2 程序设计流图.133.3.2.3 功能函数.133.3.2.4 主函数.153.4 设计结果.173.4.1 编译结果.17

3、3.4.2 设计效果.17西安工业大学课程设计（论文）用纸4 实验总结.17 附录.18西安工业大学课程设计（论文）用纸第 0 页1 1 系统背景简介系统背景简介1.1 嵌入式系统背景介绍 近年来，随着计算机技术及集成电路技术的发展，嵌入式技术日渐普及，在通讯、网络、工控、医疗、电子等领域发挥着越来越重要的作用。嵌入式系统无疑成为当前最热门最有发展前途的 IT 应用领域之一。 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。通过显示器同步显示元器件的状态可以更深刻地理解控制的原理。 通过 Proteus 模拟 ARM7 芯片设

4、计，可以增强我们的自学能力和思考能力，掌握科学研究的方法，提高信息检索的能力以及获取与时俱进知识的能力。同时，使我们深刻学习了 ARM 的相关知识，增强对实际电路的感性认识，提高了分析问题，处理问题的能力。 运用 Keil 编译 C 语言，连接生成 Hex 文件，使用 PROTEUS 7.8SP2 仿真,选用 ARM7 LPC2106 芯片和 LM016L，导入 Hex 文件，然后进行软件仿真调试。1.2 实验目的1了解基于 ARM7 核的 LPC2106 的管脚功能和特点，掌握 I/O 控制寄存器的设置方法； 2掌握 ARM7 应用系统编程开发方法，能用 C 语言编写应用程序；3. 在实验箱

5、环境下完成 LCD 显示程序的设计2 2 总体设计总体设计 本课程设计采用了 LPC2106 ARM 嵌入式处理器和 LM016L 液晶显示模块，在实现软件商使用了 Proteus Version 7.5 进行电路仿真和设计，程序设计上采用RealView MDK 来设计实现。其系统结构框图如图 2-1 所示图 2-1 系统结构框图Arm 主控模块： 采用 LPC2106 芯片，它是一种低功耗，高性能的静态 RAM（LPC2106） 西安工业大学课程设计（论文）用纸第 1 页向量中断控制器。 显示模块： 液晶显示器的效果出众，简单方便。3 3 详细设计详细设计3.13.1 芯片介绍芯片介绍3.

6、1.1 芯片芯片 LPC2106LPC2106 简介简介LPC2106包含一个支持仿真的ARM7TDMI-S CPU、与片内存储器控制器接口的ARM7 局部总线、与中断控制器接口的AMBA高性能总线（AHB）和连接片内外设功能的VLSI外设总线（VPB ，ARMAMBA 总线的兼容超集）。LPC2106将ARM7TDMI-S配置为小端（little-endian）字节顺序。 AHB 外设分配了 2M 字节的地址范围，它位于 4G 字节 ARM 存储器空间的最顶端。每个 AHB 外设都分配了 16k 字节的地址空间。LPC2106 的外设功能（中断控制器除外）都连接到 VPB 总线。AHB 到

7、VPB 的桥接将 VPB 总线与 AHB 总线相连。VPB 外设也分配了 2M 字节的地址范围，从 3.5GB 地址点开始。每个 VPB 外设在VPB 地址空间内都分配了 16k 字节地址空间。3.1.1.13.1.1.1 LPC2106LPC2106 的特性的特性LPC2106拥有以下多种特性：（1）ARM7TDMI-S处理器 （2）128k字节片内Flash程序存储器，具有ISP 和IAP 功能。 （3）Flash编程时间：1ms 可编程512 字节，扇区擦除或整片擦除只需400ms 。 （4）64/32/16K 字节静态RAM（LPC2106） （5）向量中断控制器 （6）仿真跟踪模块，

8、支持实时跟踪 （7）RealMonitor模块支持实时调试 （8）标准ARM测试/ 调试接口，兼容现有工具 （9）极小封装：TQFP48 (77mm2) （10）双UART，其中一个带有完全的调制解调器接口 （11）I2C 串行接口 （12）SPI 串行接口 （13）两个定时器，分别具有4 路捕获/ 比较通道 （14）多达6 路输出的PWM 单元 （15）实时时钟 （16）看门狗定时器 （17）通用I/O 口 （18）CPU 操作频率可达60MHz 西安工业大学课程设计（论文）用纸第 2 页（19）双电源 CPU 操作电压范围：1.65V1.95V(1.8V 8.3%) I/O 电压范围：3.

9、0V3.6V(3.3V 10%) （20）两个低功耗模式：空闲和掉电 （21）通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒 （22）外设功能可单独使能/ 禁止，实现功耗最优化 （23）片内晶振的操作频率范围：10MHz25MHz （24）片内PLL 允许CPU 以最大速度运行，可以在超过整个晶振操作频率范围的情况下使用。由于拥有以上特性，LPC2106适用于internet 网关、串行通信协议转换器、访问控制、工业控制、医疗设备及其它各种类型的应用。3.1.23.1.2 芯片芯片LM016LLM016L简介简介3.1.2.13.1.2.1液晶显示原理液晶显示原理 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通

10、过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA 移动通信工具等众多领域。3.1.2.23.1.2.2 LCDLCD 相关参数相关参数（1）LM016L LCD 主要技术参数：显示容量:162 个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm（2）引脚功能说明：LM016LLCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 3-1 所示：

11、编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3V液晶显示偏压11D4数据西安工业大学课程设计（论文）用纸第 3 页L4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表 3-1 引脚接口说明表第 1 脚：VSS 为地电源。第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选

12、择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。第 15 脚：背光源正极。第 16 脚：背光源负极。（3）LM016LLCD 的指令说明及时序：LM016L 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 3-2 所示：序号指令RSR/WD7

13、D6D5D4D3D2D1D01清显示000000012光标返回0000001*3置输入模式000001I/DS西安工业大学课程设计（论文）用纸第 4 页4显示开/关控制00001DCB5光标或字符移位0000S/CR/L*6置功能0000DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到 CGRAM或 DDRAM）10要写的数据内容11从 CGRAM 或DDRAM 读数11读出的数据内容 表 3-2 控制命令表LM016L 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 （说明：1 为

14、高电平、0 为低电平）指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。指令 3：光标和显示模式设置。 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低

15、电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示5x10 的点阵字符。指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。指令 8：DDRAM 地址设置。指令 9：读忙信号和光标地址。 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令 10：写数据。指令 11：读数据。3.23.2 软件选择软件选择西安工业大学课程设计（论文）用纸第 5 页3.2.13.2.1 ProteusProteus VersionVersion 7.57.5 简介简介Proteus 软件是英国 Labcenter elect

16、ronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsP

17、IC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译器。在 Proteus 绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.hex（或者*.axf） ，可以在 Proteus 的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。Proteus 不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改

18、、软件调试、运行结果等。3.2.23.2.2 RealViewRealView MDKMDK 简介简介 RealView MDK（RealView Microcontroller Development Kit）开发套件源自德国Keil 公司，被全球超过 10 万的嵌入式开发工程师验证和使用，是 ARM 公司目前最新推出的针对各种嵌入式处理器的软件开发工具。RealView MDK 集成了业内最领先的技术，融合了中国多数软件开发工程师所需的特点和功能。包括 Vision 集成开发环境与 RealView 编译器，支持 ARM7、ARM9 和最新的 Cortex-M3 核处理器，自动配置启动代码

19、，集成 Flash 烧写模块，强大的 Simulation 设备模拟，性能分析等功能。3.2.2.13.2.2.1 RealViewRealView MDKMDK 的特点的特点（1）自动生成启动代码：RealView MDK 开发工具可以帮您自动生成完善的启动代码，并提供图形化的窗口，随您轻松修改。无论对于初学者还是有经验的开发工程师，都能大大节省时间，提高开发效率。（2）提供软件模拟器：RealView MDK 的设备模拟器可以仿真整个目标硬件，包括快速指令集仿真、外部 信号和 I/O 仿真、中断过程仿真、片内所有外围设备仿真等。开发工程师在无硬件的情况下即可开始软件开发和调试，使软硬件开发

20、同步进行，大大缩短开发周期。而一般的 ARM 开发工具仅提供指令集模拟器，只能支持 ARM 内核西安工业大学课程设计（论文）用纸第 6 页模拟调试。（3）提供性能分析器：RealView MDK 的性能分析器可以让工程师看得更远和更准，它辅助您查看代码覆盖情况，程序运行时间，函数调用次数等高端控制功能，指导您轻松的进行代码优化，成为嵌入式开发高手。通常这些功能只有价值数千美元的昂贵的 Trace 工具才能提供。（4）支持 Cortex-M3：RealView MDK 支持的 Cortex-M3 核是 ARM 公司最新推出的针对微控制器应用的内核，它提供业领先的高性能和低成本的解决方案，未来几年

21、将成为 MCU 应用的热点和主流。目前国内只有 ARM 公司的 MDK 和 RVDS 开发工具可以支持 CortexM3 芯片的应用开发3.33.3 系统设计系统设计3.3.13.3.1 电路设计电路设计3.3.1.13.3.1.1 ProteusProteus 创建工程创建工程步骤步骤打开 ISIS 7 Professional 软件，单击鼠标左键新建 New File（From Default Template）如图 3-1 工程新建显示位置框图所示。图 3-1 工程新建显示位置框图然后点击保存 Save Design，如图 3-2 工程保存显示位置框图所示。图 3-2 工程保存显示位置框

22、图弹出对话框，选择你已经建好的文件夹，在这里我的文件夹已经建好，起的名字叫 LCD_DSN，然后再给项目起个名字也叫 LCD_DSN，最后点击确定。如图3-3 保存位置选择框图所示西安工业大学课程设计（论文）用纸第 7 页图 4-3 保存位置选择框图3.3.1.23.3.1.2 元件选择元件选择现在就可以进行电路图的制作了。现在我们来画电路图，先点击左侧的Component Mode，如图 3-4 模块组件框图所示。图 3-4 模块组件框图然后双击下方空白处，就会弹出一个 Pick Devices 对话框，如图 3-5 元器件选择框图所示。西安工业大学课程设计（论文）用纸第 8 页图 3-5

23、元器件选择框图然后在 Keywords 下的空格中搜索 LM016L，在右边的窗口中双击相应的LM016L 元器件，即可加入到元器件模板中。同理可加入 LPC2106 元器件。如图3-6 元器件添加框图所示。图 3-6 元器件添加框图单击选中元器件 LM016L，在右窗体中单击鼠标左键，确定元器件想要放的位置，然后再次单击鼠标左键。元器件即可出现在所想要放置的位置上。同理放置元器件 LPC2106。完成后如图 3-7 元器件摆放显示框图所示。西安工业大学课程设计（论文）用纸第 9 页图 3-7 元器件摆放显示框图LM016L 芯片可以用于显示两行，每行十六个字符，可以是字母、数字和简单日文。芯

24、片工作电压:4.55.5V，工作电流:2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V，字符尺寸:2.954.35(WH)mm。3.3.1.33.3.1.3 电路效果图电路效果图系统电路图如图 3-8 系统电路图所示。图 3-8 系统电路图电路元件 LPC2106 通过 P0.0P0.10 和 LM016L 连接起来。其中，P0.0P0.7 是用来传送数据、地址和控制信号指令，至于什么时候传数据、地址和控制信号指令，用 P0.8P0.10 来进行选择。西安工业大学课程设计（论文）用纸第 10 页3.3.23.3.2 程序设计程序设计3.3.2.13.3.2.1 RealViewRealVie

25、w MDKMDK 创建工程过程创建工程过程打开 Keil uVision4 软件，单击菜单项 Project 中的 New uVision Project 项，如图 3-9 工程新建指示框图所示。图 3-9 工程新建指示框图然后弹出对话窗 Create New Project，选择已新建好的文件夹，文件夹名为LCD_PRO，然后再建工程名为 LCD_PRO，点击保存。如图 3-10 工程新建位置框图所示。图 3-10 工程新建位置框图然后弹出对话框 Select Device For Target，选择飞利浦公司的 LPC2106 芯片，点击确认，并加载启动代码。如图 3-11 芯片仿真选择框

26、图所示西安工业大学课程设计（论文）用纸第 11 页图 4-11 芯片仿真选择框图注意，在完成工程的建立以后，单击鼠标右键点工程，选择 Options for Target LCDTarget，在弹出的对话框中，选择 Output 选项卡，将 Create HEX file 选中，并点击 Select Folder for Object选择你生成的文件所要放置的目录中。如图 3-12选项设置框图所示。图 3-12 选项设置框图3.3.2.23.3.2.2 程序设计流程图程序设计流程图西安工业大学课程设计（论文）用纸第 12 页图 3-13 程序流程图3.3.2.33.3.2.3 功能函数功能函数

27、在程序中我使用了几个功能函数，函数如下：函数名称：ChkBusy()，函数主要功能：检查总线是否忙void ChkBusy() IODIR=0 x700; /先设置方向使 P0.8P0.10 输出，使 P0.0P0.7 输入while(1) /循环语句IOCLR=rs;/选择IOSET=rw;/选择读方式IOSET=en; if(!(IOPIN & busy)break;IOCLR=en;IODIR=0 x7ff;/*函数名称：WrOp()，函数功能为：写指令函数void WrOp(uint8 dat) ChkBusy();/检查 LCD 是否繁忙IOCLR=rs;/全部清零IOCLR

28、=rw;/设置读写方式为读西安工业大学课程设计（论文）用纸第 13 页IOCLR=0 xff;/先清零IOSET=dat;/再送数IOSET=en;/使能，让置位寄存器开始工作IOCLR=en;/使能，让清零寄存器开始工作函数名称：WrDat()，函数功能为：写数据函数void WrDat(uint8 dat)ChkBusy();/检查 LCD 是否繁忙IOSET=rs;/置位控制选择IOCLR=rw;/清零寄存器选择读IOCLR=0 xff;/先清零IOSET=dat;/再送数IOSET=en;/使能，让置位寄存器开始工作IOCLR=en;/使能，让清零寄存器开始工作函数名称：lcd_ini

29、t()，函数功能为：lcd 初始化函数void lcd_init(void) WrOp(0 x38);WrOp(0 x06);/光标加 1WrOp(0 x0c);/开显示函数名称：DisText()，函数功能为：显示文本函数void DisText(uint8 addr,uint8 *p) int a = 16; /定义一个变量WrOp(0 x80);/告诉 LCD 从 0 x80 地址开始while(a-)WrDat(0); /将数据重新刷一遍，清空WrOp(addr);/告诉 LCD 要写数据的起始地址while(*p !=0)WrDat(*(p+); /从起始地址开始，将数据一个字符一个

30、字符写入函数名称：time()，函数功能为：延时void time() int i = 100000;for(;i = 0; i-);西安工业大学课程设计（论文）用纸第 14 页3.3.2.43.3.2.4 主函数主函数函数名称：main()，函数功能为：显示文本int main(void) int i;uint8 *p= helloworld, helloworld , helloworld , helloworld , helloworld , helloworld ,helloworld ;lcd_init();IODIR=0 x7ff;/设置为输出IOCLR=0 x7ff;while(

31、1) DisText(0 x80,p0); for(i=0;i0 x1ffff;i+); DisText(0 x80,p1); for(i=0;i0 x1ffff;i+); DisText(0 x80,p2); for(i=0;i0 x1ffff;i+); DisText(0 x80,p3); for(i=0;i0 x1ffff;i+); DisText(0 x80,p4); for(i=0;i0 x1ffff;i+); DisText(0 x80,p5); for(i=0;i0 x1ffff;i+);3.43.4 设计结果设计结果3.4.13.4.1 编译结果编译结果下面是对于实验源程序的编

32、译结果。如图 3-14 编译结果显示框图所示。西安工业大学课程设计（论文）用纸第 15 页图 3-14 编译结果显示框图3.4.23.4.2 设计效果设计效果设计效果是字符串进行从左往右一个一个的先出现在屏幕上，并渐渐移动到最右端，然后再一个一个的消失。并再从右向左一个一个的出现，再移动到最左端，并消失。然后，如此反复进行。其效果如以下图 3-15 所示。西安工业大学课程设计（论文）用纸第 16 页图 3-15 设计效果显示框图4.4.实验心得实验心得通过短短两个星期的 LCD 驱动课程设计，我获益匪浅。在课程设计的过程中，我发现我们专业在半个学期里所修的课程的知识点都仅仅是基础中的基础，要完

33、成老师交给我们的任务还是有一些距离的，于是我上网搜集了许多资料，在完成方案设计和程序修改调试以后，就可初步实现本课题课程设计的要求。但当我们将程序运行后后，发现最初的版本并不完美，存在许多使用上的不方便与可以进一步改进的地方，譬如功能不全、外观粗糙通过这次课设，我发现了自己在课本知识上掌握的不足，同时把以前所学过的知识重新温故，巩固了所学的知识。我觉得这次的成功很大部分取决冷静、耐心和细心。程序的修改，调试，编译则离不开冷静、耐心和细心等心理素质。另外，这次课设的完满结束，给了我们日后毕业设计宝贵的经验，使我们受益匪浅。西安工业大学课程设计（论文）用纸第 17 页附录附录File: main.

34、c* 功能：向 LCD 输出 HelloWorld*/#include config.h#define rs (18)#define rw (19)#define en (110)#define busy (17)/* 名称：ChkBusy()* 功能：检查总线是否忙*/void ChkBusy()IODIR=0 x700;while(1)IOCLR=rs;IOSET=rw;IOSET=en;if(!(IOPIN & busy)break;IOCLR=en;IODIR=0 x7ff;/*西安工业大学课程设计（论文）用纸第 18 页* 名称：WrOp()* 功能：写指令函数*/void WrOp(uint8 dat)ChkBusy();IOCLR=rs;/全部清零IOCLR=rw;IOCLR=0 xff;/