串行接口中文图形点阵液晶显示模块的应用.doc

1、中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目: 串行接口中文图形点阵液晶显示模块的应用 学习中心： 重庆信息工程专修学院学习中心 年级专业： 网络05秋 电子信息工程 学生姓名： 吕贤猛 学 号： 0551580385 指导教师： 焦 健 职 称： 讲 师 导师单位： 重庆信息工程专修学院 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间： 2009 年 05 月 01 日17中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员 吕贤猛 1设计(论文)题目：串行接口中文图形点阵液晶显示模块的应用 2学生完成设计(论文)期限： 2009 年 2 月 20 日至 2009 年

2、 5 月 10 日 3设计(论文)课题要求： 1、主题鲜明，内容丰富，积极围绕主题进行阐述，串行接口中文图形点阵液晶显示模块的应用在当今电子产品生产更新的革命中发挥了至关重要的作用。 2、介绍模块的性能特点、操作指令及接口方式；以AT89C2051单片机及2线串行接口方式为例，给出相应的硬件电路及显示子程序。 4实验（上机、调研）部分要求内容：在学校单片机实验室，利用开发平台对中文图形点阵液晶显示模块进行仿真实验，运行结果。 5文献查阅要求：1、到网上或图书管查阅相关资料作为参照，不得抄袭。 2、参考文献反映毕业设计的取材来源、材料的广博程度和材料的可靠程度。要有自己明确的思路，疑惑之处向指导

3、老师询问、探讨。 6发 出 日 期： 2009 年 2 月 20 日 7学员完成日期： 2009 年 2 月 27 日指导教师签名： 学 生 签 名： 摘 要点阵式液晶与外部的硬件接口简单，能以点阵或图形方式显示出各种信息，因此在电子设计中得到广泛应用。但是，对它的接口设计必须遵循一定的硬件和时序规范，不同的液晶显示驱动器，可能需要采用不同的接口方式和控制指令才能够实现所需信息的显示。本文介绍一种具有4位/8位并行、2线/3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的图形点阵液晶显示模块；利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。同时介绍模块的性

4、能特点、操作指令及接口方式；以AT89C2051单片机及2线串行接口方式为例，给出相应的硬件电路及显示子程序。 关键词：串行接口，点阵，液晶模块 目 录第1章 前 言1第2章 串行接口及其设备2图2-1串行设备接口（SPI）2第3章 OCM4X8C模块43.1 OCM4X8C基本介绍43.1.1 性能特点43.1.2 模块引脚定义和用户指令集43.1.3 OCM4X8 基本命令集53.1.4 OCM4X8C 扩充指令集63.1.5 字符显示63.2 应用说明63.3 接口方式与时序73.4 OCM4X8C应用实例8第4章 串行接口与点阵液晶显示模块的结合124.1 串行口控制程序124.2 字

5、符显示屏上的点阵程序134.3 小结14第5章 结 论15参考文献16致 谢17第1章 前 言液晶显示器件由于具有显示信息丰富、功耗低、体积小、质量小、无辐射等优点，得到了广泛的应用；但液晶显示模块复杂的硬件接口和软件编程却令产品设计人员生畏，因而限制了该模块在某些领域的应用。本文介绍模块的性能特点、操作指令及接口方式；以AT89C2051单片机及2线串行接口方式为例，给出相应的硬件电路及显示子程序。 第2章 串行接口及其设备微型计算机主机与外部设备的连接，基本上使用了两类接口；串行接口与并行接口。 并行接口是指数据的各位同时进行传送，其特点是传输速度快，但当传输距离较远、位数又多时，导致了通

6、信线路复杂且成本提高。串行通信是指数据一位位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话线，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。 串行通信本身又分为异步通信与同步通信两种。 串行通信线路上传送的是数字信号，表示传送数字信号能力的指标为数据速率(Data Rate)，其单位为bps(bit persecond)，即每秒钟传送的二进制位数。 串行接口标准： 目前普遍采用的一种串行接口标准是RS232C标准。RS232C接口标准采用25个引脚的连接器（D型插座）。RS232C规定有25根连线。 有串行接口的设备就可以称之为串口设备，有并行接

7、口的设备就称为并口设备。常见的串口有RE232,RS442,RS484,常见的串口就是打印机接口。涉及电子装置通用序列总线（USB）连接状态的辨识。如图2-1所示为某一串行设备接口（SPI）。一USB接口设备之一电路排列系具有：一集成电路，其具有两接脚（8，9），藉以用于一USB连接之两数据传输线之连接。功能信息电阻器（12），其系指明为USB所不可或缺，系连接至这些接脚之一接脚（9）。另一接脚（8）系经由一导电组件连接至操作电压。此集成电路（7）系具有评鉴装置，藉以辨识该USB连接状态为该另一接脚上呈现电位之一函数。图2-1串行设备接口（SPI）SPI在DS中有很重要的功能。它是一种基于串行

8、设备协议的总线，在DS中电源控制模块，触摸屏，麦克风和固件都通过SPI控制，可见其重要性了。SPI是ARM7的一个总线接口，在此总线上可以控制4个设备。DS中用到了3个，电源控制模块，触摸屏/麦克风和固件。触摸屏和麦克风被设计成一个设备（只在总线上）.SPI有一个控制寄存器(SERIAL_CR)和一个数据寄存器 (SERIAL_DATA)，通过对这两个寄存器的设置可完成对SPI总线上设备的控制。第3章 OCM4X8C模块3.1 OCM4X8C基本介绍OCM4×8C液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，内置国标GB2312码简体中文字库（16×16

9、点阵）、126个字符（8×16点阵）及32×128点阵显示RAM（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式、反白显示等。3.1.1 性能特点OCM4X8C是具有串/并接口，具内部含有中文字库的图形点阵液晶显示模块。该模块的控制/驱动器采用台湾矽创电子公司的ST7920，因而具有较强的控制显示功能。OCM4X8C的液晶显示屏为128×64点阵，可显示4行、每行8个汉字。为了便于简单、方便地显示汉字，该模块具2Mb的中文字型CGROM，该字型ROM中含有8192个16×

10、;16点阵中文字库；同时，为了便于英文和其它常用字符的显示，具有16Kb的16×8点阵的ASCII字符库；为便于构造用户图形，提供了一个64×256点阵的GDRAM绘图区域，且为了便于构造用户所需字型，提供了4组16×16点阵的造字空间。利用上述功能，OCM4X8C可实现汉字、ASCII码、点阵图形、自造字体的同屏显示。为便了和多种微处理器、单片机接口，模块提供了4位并行、8位并行、2线串行、3线串行多种接口方式。该模块具有2.75.5V的宽工作电压范围，且具有睡眠、正常及低功耗工作模式，可满足系统各种工作电压及便携式仪器低功耗的要求。液晶模块显示负电压，也由模块

11、提供，从而简化了系统电源设计。模块同时还提供LED背光显示功能。除此之外，模块还提供了画面清除、游标显示/隐藏、游标归位、显示打开/关闭、显示字符闪烁、游标移位、显示移位、垂直画面旋转、反白显示、液晶睡眠/唤醒、关闭显示等操作指令。3.1.2 模块引脚定义和用户指令集OCM4X8C的引脚说明，如表3-1所列。表3-1 OCM4X8C引脚说明用户使用液晶模块时是通过用户命令来执行相应的显示或控制功能的。OCM4X8C的用户命令分为基本命令集和扩充命令集。 3.1.3 OCM4X8 基本命令集清除显示: RS为0,RW为0且DB7,DB6,DB5,DB4,DB3,DB2,DB1,DB0都为0.说明

12、:将DDRAM填满"20H"时,并设定DDRAM的地址数顺到"00H".执行时间是5400HZ/us.地址归位: RS为0,RW为0,除DB1为1外,其余均为0.说明:设定DDRAM的地址计数器AC到"00H",并且将游标移到开头原点位置.进入点设定: RS为0,RW为0,DB为1,DB1为I/O口,DBS接S.说明:指定在资料的读取与写入时,设定游标移动方向及指定小时的移位.显示状态开/关:RS为0,RW为0,DB3为1,DB2接D,DB1接C口,DB0接B口.说明:当DB2为高电平时,整体显示开,为ON;DB1为高电平时,游标开,

13、为ON;DB0为高电平时,游标位置也为开,为ON.游标或显示移位控制:RS为0,RW为0,DB4为1,DB3接S/C口,DB2接R/L口,DB1,DB0不接.说明:要设定游标的移动与显示的移动控制位元,这个指令并不改变DDRAM的内容.功能设定:DB4接DL,且DL必须为高电平.DB5为,DB3接RE,当RE为1时,表示扩充指令集动作;RE为0时,表示基本指令集动作.读取标志BF和地址:RS为0,RW为1,且DB7表示读取标志BF,DB6接AC6,DB5接AC5,DB4接AC4,直到DB0接AC0.说明:DB7读取标志BF可以确认内部动作是否完成,同时,可以读出地址计数器AC的值.写资料到RA

14、M:RS为1,RW为0.即把资料写入到内部的RAM<DDRAM/CGRAM/RAM/GDRAM>.读出RAM的值:RS为1,RW为1.即可从内部读出RAM读取资料<DDRAM/CGRAM/IRAM/GDRAM>.3.1.4 OCM4X8C 扩充指令集待命模式:RS为0,RW为0且DB0为1时,说明:将DDRAM填满"20H",并设定DDRAM的地址计数器AC到"00H".卷动地址或RAM地址选择:RS为低电平,RW为低电平,DB1为高电平DB0接SR口.说明:当SR为高电平是,语序输入垂直卷动地址;当SR为低电平时,语序输入IRA

15、M地址.反白选择:RS为低电平,RW为低电平且DB2为高电平,DB1接R1接口,DB0接R0接口.可以选择4行中的一行作为反白显示,并可以决定反白与否.3.1.5 字符显示OCM4X8C按照每个中文字符16×16点阵将显示屏分类4行8列，共32个区。每个区可显示1个中文字符或2个16×8点阵全高ASCII码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ASCII码字符的显示。OCM4X8C内部提供128×2字节的字符显示RAM缓冲区（DDRAM）。字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示RAM实现的。根据写入内容的不同，可分别在液晶屏上显示CGROM（中文字库）、

16、HCGROM（ASCII码字库）及CGRAM（自定义字形）的内容。三种不同字符/字型的选择编码范围为：00000006H显示自定义字型，02H7FH显示半宽ASCII码字符，A1A0HF7FFH显示8192种GB2312中文字库字形。字符显示RAM在液晶模块中的地址80H9FH。字符显示的RAM的地址与32个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如图1所示。3.2 应用说明用OCM4X8C显示模块时应注意以下几点：欲在某一个位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即先设定显示地址，再写入中文字符编码。显示ASCII字符过程与显示中文字符过程相同。不过在显示连续字符时，只须设定一次显示地址

17、，由模块自动对地址加1指向下一个字符位置，否则，显示的字符中将会有一个空ASCII字符位置。当字符编码为2字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节。模块在接收指令前，向处理器必须先确认模块内部处于非忙状态，即读取BF标志时BF需为“0”，方可接受新的指令。如果在送出一个指令前不检查BF标志，则在前一个指令和这个指令中间必须延迟一段较长的时间，即等待前一个指令确定执行完成。指令执行的时间请参考指令表中的指令执行时间说明。“RE”为基本指令集与扩充指令集的选择控制位。当变更“RE”后，以后的指令集将维持在最后的状态，除非再次变更“RE”位，否则使用相同指令集时，无需每次均重设“RE”位。 图3-1

18、 OCM4X8C的2线串行工作模式操作时序3.3 接口方式与时序OCM4X8C具有串/并多种接口方式，方便了模块与各种单片机、微处理器的连接。（1）4/8位并行接口方式当模块的PSB脚接高电平时，模块即进入并行接口模式。在并行模式下可由功能设定指令的“DL”位来选择8位或4接口方式，主控制系统将配合“RS”、“RW”、“E”DB0DB7来完成指令/数据的传送，其操作时序与其它并行接口液晶显示模块相同。（2）2/3线串行接口方式当模块的PSB脚接低电平时，模块即进入串行接口模式。串行模式使用串行数据线SID与串行时钟线SCLK来传送数据，即构成2线串行模式。OCM4X8C还允许同时接入多个液晶显

19、示模块以完成多路信息显示功能。此时，要利用片选端“CS”构成3线串行接口方式，当“CS”接高电位时，模块可正常接收并显示数据，否则模块显示将被禁止。通常情况下，当系统仅使用一个液晶显示模块时，“CS”可连接固定的高电平。模块2线串行工作操作时序如图3-1所示。由图3-2可以看出，单片机与液晶模块之间传送1字节的数据共需24个时钟脉冲。首先，单片机要给出数据传输起始位，这里是以5个连续的“1”作数据起始位，如模块接收到连续的5个“1”，则内部传输被重置并且串行传输将被同步。紧接着，“RW”位用于选择数据的传输方向（读或写），“RS”位用于选择内部数据寄存器或指令寄存器，最后的第8位固定为“0”。

20、在接收到起始位及“RW”和“RW”的第1个字节后，下一个字节的数据或指令将被分为2个字节来串行传送或接收。数据或指令的高4位，被放在第2个字节串行数据的高4位，其低4位则置为“0”；数据或指令的低4位被放在第3个字节的高4位，其低4位也置为“0”，如此完成一个字节指令或数据的传送。需要注意的是，当有多个数据或指令要传送时，必须要等到一个指令完成执行完毕后再传送下一个指令或数据，否则，会造成指令或数据的丢失。这是因为液晶模块内部没有发送/接收缓冲区。图3-2 AT89C2051与OCM4X8C的2线串行接口电路3.4 OCM4X8C应用实例使用OCM4X8C的2线串行接口方式可大大简化液晶显示模

21、块与单片机之间的接口设计；同时，也使液晶显示模块显示汉字变得极为容易，从而改变过去单片机系统人机界面不够友好的弊端。下面给出相应显示程序。；位定义SID BIT P1.0 ；串行数据线SCLK BIT P1.1 ；串行时钟线；内存数据定义START EQU 30H ；起始字节COM EQU 31H ；命令/数据HDATA EQU 32H ；命令/数据字节高位LDATA EQU 33H ；命令/数据字节低位ASC EQU 34H ；ASCII数据单元初始化子程序：INILCM：LCALL DL40MS ；延时等待内部复位MOV COM，#30H ；使用8位控制界面LCALL WRITEMOV C

22、OM，#30H ；使用基本指令集LCALL WRITEMOV COM，#0CHLCALL WRITE ；整体显示ONMOV DL1MSMOV COM，#01H ；清屏LCALL WRITELCALL DL40MSMOV COM，#06H ；显示右移LCALL WRITELCALL DL1MSRET模块写入子程序：WRITE：MOV A，COM ；送待发数据命令AMOV A，#0F0H ；屏蔽低4位MOV HDATA，A ；将高4位送HDATA单元MOV A，COM ；取低4位SWAP A ；高低4位互换MOV A，#0F0HMOV LDATA，A ；将低4位送LDATA单元MOV A，STAR

23、T ；取起始字节LCALL SENDBYTE ；发送LCALL DL1MS ;延时1msMOV A，HDATALCALL SENDBYTELCALL DL1MSMOV A，LDATALCALL SENDBYTELCALL DL1MSRET显示汉字子程序：HZDISP：MOV START，#0F08H 写入命令MOV COM，#80H 设定显示位置LCALL WRITEMOV DPTR，#TABLE 指向文字型代码表MOV A，#00H 取汉字代码低位LOOP2：MOVC A,A+DPTRCJNE A,#0,DISP ;遇“0”结束显示RET 写完一行则结束DISP：MOV START，#0FA

24、H ；写数据MOV COM，ALCALL WRITE ；写入显示模块INC DPTR ；取汉字代码高位AJMP LOOP2 ；未显示完则继续TABLE：DB“中文图形点阵”，0；汉字代码表DB“液晶显示模块”，0；串行字节数据发送子程序：SENDBYTE：MOV R7，#08H ；发送8位LOOP1：RLC AMOV SID，C ；数据送数据线CLR SCLK ；产生同步时钟SETB SCLKDJNZ R7，LOOP1 ；未发送完8位继续RET第4章 串行接口与点阵液晶显示模块的结合点阵式液晶与外部的硬件接口简单，能以点阵或图形方式显示出各种信息，因此在电子设计中得到广泛应用。但是，对它的接口

25、设计必须遵循一定的硬件和时序规范，不同的液晶显示驱动器，可能需要采用不同的接口方式和控制指令才能够实现所需信息的显示。某些液晶显示驱动器与外部的接口必须采用串行方式，而其串行接口往往不是标准的串行接口，这就为这类液晶显示驱动器的设计带来了困难。因此可以利用微控制器（MCU）的I/O端口，通过软件设计模拟与所使用的液晶显示驱动器规范相符的串行总线的设计思想，实现MCU对液晶显示驱动器的控制，从而建立起一套不但可以显示各种字符，而且可以动态显示点阵的显示系统。4.1 串行口控制程序为了向其写入一个8位或16位的数据，首先必须通过程序设计向OCM4X8C产生一个时钟输出。时钟产生可以有两种方式。一是

26、利用微控制器定时器中断，定时依次从I/O端口输出高、低电平。二是利用指令产生和数据同步的时钟脉冲，通过产生一个电平的跳变沿将位数据送到OCM4X8C，然后通过逐次移位，就可以将一个8位数据写进OCM4X8C内部的数据锁存器。在第8个时钟脉冲的上升沿，锁存器中数据炙一个8位的并行数据，同时根据A0信号线睥电平来显示图符或执行相应的控制命令。虽然这里的串行数据的发送没有具体波特率和数据接口协议的要求，但是在编写程序时，必须认真考虑串行方式下各个信号的时序。以下是向OCM4X8C写入一个8位控制命令的程序： void Set_Address(unsigned char column,unsigned

27、 char page)unsigned char ColH,ColL; /设页地址 ColH=page|0xB0; Write_Command(ColH); /设列地址 ColH=(column&0xF0)>>4  ColH|=0x10; ColL=column&0x0F; Write_Command(ColH)  Write_Command(ColL);4.2 字符显示屏上的点阵程序有了上述程序，就可以方便地在OCM4X8C上指定位置显示设定的图案和字符了。如果用户需要动态地展示信号波形和曲线，还可设计出专用的画点和画线函数，从而大大提高了字符

28、液晶显示屏的动态图形显示能力。通常而言，液晶显示屏上的一点对应液晶显示驱动器显示RAM中的一位。显示RAM中的某位为1，则在液晶显示屏上的相应点即为点亮状态 而要想实现在液显示屏上动态的显示点和曲线，必须用到显示RAM中的数据。通常的做法是读取指定点周围的数据，然后在这些点中的某个指定位置插入1位，从而将液晶显示屏上的指定点点亮，这就是基本的画点原理。但是，在串行方式下，OCM4X8C不具备数据读出能力。为此，我们仿照显示RAM显示的方式，在MSP430F149的数据区开辟了一块和OCM4X8C显示RAM同样大小的内存块，在向OCM4X8C显示RAM写入显示数据的同时，也向该内存块的

29、对应位置写入同样的数据，保证了该内存块的内容和OCM4X8C显示RAM中的数据是同步刷新的。因此在画点函数中，我们直接从该内存块中取出需要的显示数据进行处理，然后再通过自定义串行总线送往OCM4X8C进行显示。用这种方式，我们实现了在液晶显示屏的任意位置画出一个点.以下是OCM4X8C编写的画点函数： void DrawPointXY(unsigned char x,unsigned char y) unsigned char page,dot,dat,CouL,CouH; dot=0x01; page=y/8; /*计算当前点页地址、列地址*/ r_page=page; /*点亮当前点并保持

30、周围点信息不变*/ r_column=x; page|=0xB0; dat=y%8; dot=dot<<DAT; CouH=(x&0xF0)>>4; /*通过自定义串行总线向uPD16682A发送数据*/ CouH=CouH|0x10; CouL=(x&0x0F); Write_Command(page); Write_Command(CouH); Write_Command(CouL); dat=DisplayRamr_pager_column; dat|=dot; Write_DisplayData(dat); /*向显示RAM写入数据*/程序中的二维全局数组DisplayRam即为在MSP430F149