智能電子顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、 智能電子顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘要 在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中顯示模塊往往作為主控制器的一個(gè)重要組成部分來顯示系統(tǒng)的控制信息，雖然此部分在重要的大型控制系統(tǒng)中的作用不是很大，但是在產(chǎn)品的但是在產(chǎn)品的升級過程中仍要對此部分進(jìn)行移植。增加開發(fā)產(chǎn)品的工作量,提高了成本，降低了產(chǎn)品的競爭力。本文針對此種情況，將顯示系統(tǒng)做成一個(gè)獨(dú)立的模塊，采用一個(gè)點(diǎn)陣式的LCD，設(shè)計(jì)成一個(gè)成本低，體積小，功耗小，可擴(kuò)展的智能LCD顯示模塊，使相應(yīng)的顯示模塊專注于控制功能的實(shí)現(xiàn)，使產(chǎn)品更新?lián)Q代過程中移植人機(jī)接口部分更加方便快捷，減少相應(yīng)的軟件，硬件，測試的工作量，從而降低成本，加快升級過程。關(guān)鍵詞：單片機(jī) 模塊顯示 12864L

2、CD AbstractIn electronic product design, display module is often regarded as an important part of the main controller to display control information system, although this part in the large scale control system in important role is not very big, but in the product but in the upgrade process of produc

3、ts still want this part transplantation. To increase the development of work products, increase the cost, reduce the competitiveness of products. This article in view of this situation, the display system can be made into an independent module, using a dot matrix LCD, designed as a low cost, small v

4、olume, low power consumption, intelligent scalabie LCD display module, the display module focuses on the control function of the realization of the corresponding products, the upgrading process of transplantation of man-machine interface part is more convenient, reduce the corresponding software, ha

5、rdware, test workload, thereby reducing the cost, speed up the process of upgrading.Keywords: SCM 12864LCD display module 目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題的研究背景11.2 課題目的和意義1 1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.21.4 主要技術(shù)指標(biāo)2第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)32.1 硬件設(shè)計(jì)框圖32.2 單片機(jī)42.2.1 單片機(jī)模塊方案的比較與確定42.2.2 單片機(jī)簡介及其發(fā)展趨勢42.2.3 單片機(jī)的引腳及其功能52.2.4 單片機(jī)的時(shí)鐘電路92.2.5

6、單片機(jī)的復(fù)位電路102.3 液晶顯示模塊122.3.1 液晶簡介122.3.2 液晶顯示原理12 2.3.3 液晶顯示模塊的基本構(gòu)造.12 2.3.4 LCD顯示的特點(diǎn).132.3.6 液晶控制器12864結(jié)構(gòu)及其功能152.3.7 液晶控制器12864的指令系統(tǒng)16 2.4仿真原理圖.23第3章 軟件系統(tǒng)軟計(jì)24 3.1 C編語言的特點(diǎn)24 3.2程序流程圖25 3.3 系統(tǒng)源程序25第4章 系統(tǒng)調(diào)試與擴(kuò)展27 4.1硬件調(diào)試27 4.2軟件調(diào)試27 4.3 MAX232接口27 4.4單片機(jī)MAX232的典型接口電路29結(jié) 論30致 謝31參考文獻(xiàn)32附錄1 軟件程序41附錄 2 實(shí)物圖.

7、42附錄3系統(tǒng)源程序圖45 第一章 緒論1.1課題的研究背景單片機(jī)液晶顯示系統(tǒng)主要是指單片機(jī)以及由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)陣式液晶顯示屏所組成的一個(gè)顯示系統(tǒng)。它在車內(nèi)廣告、可視電話、儀表盤、空調(diào)、洗衣機(jī)和其它低功耗電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。老式七段LCD顯示的字符數(shù)量有限，只能用于簡單顯示，而對于比較復(fù)雜的字符、圖形無法表達(dá)。然而在現(xiàn)代工業(yè)控制和一些智能化儀器儀表中，越來越多的場所需要用點(diǎn)陣圖形顯示器顯示漢字。 隨著科技的快速的發(fā)展，物探儀器的功能越來越多樣化、智能化、并且普遍采用人機(jī)對話的交互方式，需要能夠顯示更豐富信息和通用性較強(qiáng)的顯示器，便于開發(fā)和應(yīng)用，并要求其體積小、重量輕、功耗小。圖形點(diǎn)陣式LC

8、D不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕畫面滾動(dòng)、分區(qū)開窗口、反轉(zhuǎn)、閃爍、位操作等功能，可以顯示用戶自定義的任意符號以及曲線、圖形等，是信息處理、信息輸出的重要手段之一，具有廣泛的應(yīng)用前景。1.2課題的研究目的和意義液晶顯示器(LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其它顯示器無法相比的優(yōu)點(diǎn)。近幾年來被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。液晶顯示器分為字符型LCD顯示模塊和點(diǎn)陣型LCD顯示模塊。字符型LCD是一種用5×7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器。點(diǎn)陣型液晶可顯示用戶自定義的任意符號和圖形，并可卷動(dòng)顯示，它作為便攜式單片機(jī)

9、系統(tǒng)人機(jī)交互界面的重要組成部分被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)檢測和顯示的儀器儀表中。支持漢字顯示的點(diǎn)陣型液晶在現(xiàn)代單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一種十分常用的顯示設(shè)備，漢字BP機(jī)、手機(jī)上的顯示屏就是點(diǎn)陣型LCD。點(diǎn)陣型LCD是現(xiàn)代單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的人機(jī)交互界面之一。 1.3國內(nèi)外相關(guān)研究情況 液晶是一種介于固體和液體之間的特殊物質(zhì)，它是一種有機(jī)化合物，常態(tài)下呈液態(tài)，但是它的分子排列卻和固體晶體一樣非常規(guī)則，因此取名液晶，它的另一個(gè)特殊性質(zhì)在于，如果給液晶施加一個(gè)電場，會(huì)改變它的分子排列，這時(shí)如果給它配合偏振光片，它就具有阻止光線通過的作用（在不施加電場時(shí)，光線可以順利透過），如果再配合彩色濾光片，改變加給液晶電壓

10、大小，就能改變某一顏色透光量的多少，也可以形象地說改變液晶兩端的電壓就能改變它的透光度。今天的液晶顯示器中廣泛采用的是定線狀液晶，如果我們微觀去看它，會(huì)發(fā)現(xiàn)它特象棉花棒。與傳統(tǒng)的CRT相比，LCD不但體積小，厚度薄,重量輕、耗能少且無輻射，無閃爍并能直接與CMOS集成電路匹配。由于優(yōu)點(diǎn)眾多，LCD從1998年開始進(jìn)入臺(tái)式機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域由于液晶顯示器有著許多傳統(tǒng)CRT不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，所以它會(huì)越來越多地用于桌面臺(tái)式顯示器上。液晶顯示器是通過數(shù)字信號來顯示影像的，和陰極射線管采用模擬信號不太相同，不過為了符合市場要求，目前液晶顯示器的信號種類是模擬與數(shù)字兩種均有。目前一些供應(yīng)商正在制定PC機(jī)與LCD之間

11、的專用標(biāo)準(zhǔn)接口，其目的是提供在主流機(jī)型已存在的端口上直接兼容數(shù)字信號，不過目前的顯卡很少有支持?jǐn)?shù)字傳輸界面的，而且數(shù)字界面的管腳也尚未統(tǒng)一，這是近期內(nèi)要解決的問題之一。此外，液晶顯示器的色彩調(diào)校。一直不盡如人意，這是因?yàn)長CD的色彩調(diào)校要考慮到環(huán)境光源和液晶顯示器的屬性，再加上液晶顯示器的可視角度狹窄，要同時(shí)調(diào)整出一個(gè)最佳的觀看角度和色彩正確性就非常不容易。目前市面上還沒有專為桌面型液晶顯示器所設(shè)計(jì)的色彩調(diào)校軟件，不過相信未來，將會(huì)有更多的廠商重視液晶顯示器的色彩調(diào)校。1.4 顯示系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)：單片機(jī)及接口芯片工作電壓：+5V±5%LCD顯示電路工作電壓：+5V

12、7;5%單片機(jī)選型：STC89C52單片機(jī)軟件開發(fā)環(huán)境：Keiluvision4硬件仿真系統(tǒng)：ProteusLCD顯示：12864LCD驅(qū)動(dòng)與顯示電路通信電路：MAX232數(shù)據(jù)接口電路 顯示方式：動(dòng)態(tài)掃描顯示主要功能：漢字及各種圖形符號顯示 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1液晶顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)原理圖本電路的實(shí)現(xiàn)主要由六部分組成，核心器件是STC89C52單片機(jī),12864液晶顯示電路、時(shí)鐘振蕩電路、復(fù)位電路、整機(jī)電源電路等。硬件電路基本框圖如下圖所示。 2.2單片機(jī) 2.2.1單片機(jī)簡介與發(fā)展趨勢單片機(jī)又稱單片微控制器，它是是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸

13、出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。它內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件，但是這些部件性能都相對傳統(tǒng)PC機(jī)弱很多。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，由于單片機(jī)性能大幅提高而功耗卻大大降低，嵌入式系統(tǒng)(System on Chip）已經(jīng)成為單片機(jī)的主要發(fā)展方向。嵌入式系統(tǒng)向MCU

14、階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決，因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了向嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于嵌入式系統(tǒng)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。 2.2.2單片機(jī)單片機(jī)的選擇方案與型號確定方案一：選擇AT89C51單片機(jī) 性能特點(diǎn)：完全兼容MCS-51系列單片機(jī)產(chǎn)品，4k 字節(jié)可編程閃速存儲(chǔ)器，具有1000寫/擦循環(huán)功能，數(shù)據(jù)可保留十年。允許128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)可編程I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級，一個(gè)

15、全雙工UATR串行通信接口，片內(nèi)設(shè)置有振蕩器和時(shí)鐘電路。同時(shí)，能夠靜態(tài)工作在024HZ范圍，三級程序存儲(chǔ)器鎖定，并支持低功耗的閑置和掉電模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。方案二：選擇STC89C52單片機(jī) 完全兼容51系列單片機(jī)，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但功能又完全超越51單片機(jī)。同時(shí)擁有API在線編程功能具有8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級中斷結(jié)

16、構(gòu)，全雙工串行口。 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。其中最主要的特點(diǎn)是ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，應(yīng)用和測試更為便捷。 由以上對比可以看出STC89C52在運(yùn)行速度和內(nèi)存容量方面比AT89C51優(yōu)越很多，其中最主要的特點(diǎn)是ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，下載速度非常快，在線調(diào)試

17、也非常方便，在這一點(diǎn)上，就勝出了其他同類的單片機(jī)。2.2.3單片機(jī)的各個(gè)功能引腳簡介STC89C52單片機(jī)芯片為40個(gè)引腳，CMOS工藝制造的芯片采用雙列直插（DIP）方式封裝，其引腳示意圖如圖2-3所示。STC89C52為40個(gè)引腳中有引腳、時(shí)鐘引腳、控制引腳以及I/O口引腳。下面結(jié)合圖2-1來介紹各引腳的功。 圖 21 STC89C52RC單片機(jī)引腳圖1 電源引腳（1） 電源（40腳）:+5V；（2） 接地端（20腳）:接地。2 時(shí)鐘引腳 XTAL1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。    XTAL2（18）：來自反向振蕩器的輸出。 兩

18、個(gè)時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了一個(gè)振蕩器，它為單片機(jī)提供了時(shí)鐘控制信號。2個(gè)時(shí)鐘引腳也可外接獨(dú)立的晶體振蕩器。 XTAL1（19腳）:接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 XTAL2（18腳）:接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。來自反向振蕩器的輸出。3 IO口引腳 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0

19、 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。  P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于

20、外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。除了以上的引腳功能外P3口還具有引腳第二功能：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）

21、60;P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）4 控制線引腳 RST（9）：復(fù)位信號輸入引腳。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持RST引腳2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG（30）：地址鎖存允許信號輸出引腳編程脈沖輸入引腳。當(dāng)單片機(jī)正常工作后,ALE引腳不斷輸出正脈沖 信號.當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),AL

22、E輸出信號的負(fù)跳沿用作單片機(jī)發(fā)出的8位地址(經(jīng)外部鎖存器鎖存)的鎖存控制信號.即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍有正脈沖信號輸出,此頻率為時(shí)鐘振蕩器頻率的1/6。每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)（即執(zhí)行的是MOVX指令），在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè)ALE脈沖。因此，嚴(yán)格來說，用戶不宜用ALE作精確的時(shí)鐘源或定時(shí)信號。PSEN（29）：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號輸出引腳，低電平有效。在單片機(jī)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號。此腳接外部程序存儲(chǔ)器的OE（輸出允許端）。取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)

23、，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP（31）：內(nèi)外存儲(chǔ)器選擇引腳/編程電壓輸入引腳。當(dāng)EA保持高電平時(shí)，當(dāng)EA腳為高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在PC超過OFFFH（4Kbyte地址范圍）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。2.2.4 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘信號通常由兩種方式產(chǎn)生，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式；一種是外部時(shí)鐘方式，采用內(nèi)部時(shí)鐘方式時(shí)，如圖2-2(a)所示。片內(nèi)的高增益反相放大器通過XTAL1、XTAL2外接作為反饋元件的片外晶體振蕩器與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。振蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩頻率，一般晶體可在1.2

24、12MHz之間任選，電容C1、C2可在530pF之間選擇，電容的大小對振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調(diào)作用。采用外部時(shí)鐘方式時(shí)，如圖（b）所示。外部振蕩信號通過XTAL1端直接接至內(nèi)部時(shí)鐘電路，此時(shí)XTAL2引腳應(yīng)懸空，相當(dāng)于高電平。 (a)內(nèi)部時(shí)鐘信號 (b)外部時(shí)鐘信號 2-2 單片機(jī)時(shí)鐘參考電路 本電路選用的是內(nèi)部振蕩器方式，如圖2-4(a）所示。選用內(nèi)部振蕩器比選用外部時(shí)鐘電路簡單并且易于實(shí)現(xiàn)。最重要的是此電路易于調(diào)試，而且精度高。.2.5 單片機(jī)的復(fù)位電路復(fù)位電路可分為上電復(fù)位和外部復(fù)位兩種方式。電路如下圖所示。 （a）上電復(fù)位 （b）上電與手動(dòng)復(fù)位 2-3單片機(jī)復(fù)位參考電路 通過

25、某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。 復(fù)位分為上電復(fù)位和外部復(fù)位兩種方式。上電復(fù)位是在單片機(jī)接通電源時(shí)，對單片機(jī)的復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖并結(jié)合"電容電壓不能突變"的性質(zhì)，可以知道，當(dāng)系統(tǒng)一上電，RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平，并且，這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來決定。典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以，適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。復(fù)位電路的阻容參數(shù)通常由實(shí)驗(yàn)調(diào)整。圖（a）參考電路中，電路參數(shù)C取22uF，R取1K，可在RST/VPD端提供足夠的高電平脈沖，使單片機(jī)能夠可靠地上電自動(dòng)復(fù)位。圖（b）為

26、既可進(jìn)行上電自動(dòng)復(fù)位，也可外部手動(dòng)復(fù)位的電路示意圖，R1可取200左右。當(dāng)需要外部復(fù)位時(shí)，按下復(fù)位按鈕即可達(dá)到復(fù)位目的。本電路采用的是按鍵電平復(fù)位電路，復(fù)位電路比上電復(fù)位電路在應(yīng)用上更加直觀、方便、易于實(shí)現(xiàn)及切換。2.3液晶顯示模塊2.3.1 液晶簡介液晶是物質(zhì)的一種特殊狀態(tài)。它從宏觀上看，既具有液體的流動(dòng)性，又具有晶體的物理和光學(xué)向異性。從微觀上觀察，液晶的分子一般都是剛性的棒狀分子。液晶的物理性質(zhì)具有各向相異性，正是由于存在著各向異性，所以在定溫度區(qū)域內(nèi)，呈液晶態(tài)時(shí)，分子之間的作用是使其分子呈現(xiàn)有序排列。目前，廣泛用于顯示器件上的液晶叫列相。其分子呈長棒狀，平時(shí)，是沿棒狀長軸方向有序排列的

27、，當(dāng)它與固體表面接觸時(shí)，會(huì)沿與固體表面狀態(tài)最低自由能狀態(tài)排列。液晶是一種很有價(jià)值，應(yīng)用廣泛的物質(zhì)形態(tài)。顯示器件是液晶發(fā)展應(yīng)用最快的一個(gè)領(lǐng)域。液晶由于稍微受外界環(huán)境影響分子排列就會(huì)改變，因而是一種具有很多奇異性能的功能材料。液晶作為顯示器件時(shí)，方式很多。最常見的液晶顯示器件（LCD）屬于扭曲相列型(TN)。此外，還有不用偏振片，具有存儲(chǔ)效應(yīng)的相變型（PC）;有電流效應(yīng)的動(dòng)態(tài)散射型（DS）；有加入染料的賓主彩色型（GH）;有彩色偏振片型（STN）；有可以作為液晶電視的有源矩陣型（TFT）;還有正在開發(fā)的后起之秀鐵電型（FE）及MLC、LCOS等等。2.3.3 液晶顯示原理液晶顯示模塊是一種被動(dòng)式顯

28、示模塊，由于它的功耗極低，顯示信息量大，易于色彩化，無輻射無污染，壽命長，因而在低功耗的單片系統(tǒng)中大量的使用。液晶顯示器件的顯像原理，是將液晶置于兩片導(dǎo)電玻璃之間，靠兩個(gè)電極間電場的驅(qū)動(dòng)，引起液晶分子扭曲向列的電場效應(yīng)，以控制光源透射或遮蔽功能，在電源關(guān)開之間產(chǎn)生明暗而將影像顯示出來，若加上彩色濾光片，則可顯示彩色影像。在兩片玻璃基板上裝有配向膜，所以液晶會(huì)沿著溝槽配向，由于玻璃基板配向膜溝槽偏離90度，所以液晶分子成為扭轉(zhuǎn)型，當(dāng)玻璃基板沒有加入電場時(shí)，光線透過偏光板跟著液晶做90度扭轉(zhuǎn)，通過下方偏光板，液晶面板顯示白色；當(dāng)玻璃基板加入電場時(shí)，液晶分子產(chǎn)生配列變化，光線通過液晶分子空隙維持原方

29、向，被下方偏光板遮蔽，光線被吸收無法透出，液晶面板顯示黑色液晶顯示器便是根據(jù)此電壓有無，使面板達(dá)到顯示效果。2.3.4 LCD顯示模塊的基本構(gòu)造液晶顯示模塊是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件。英文名稱叫“LCD Module”，簡稱“LCM”，中文一般稱為“液晶顯示模塊”。其中在市場上常見的為數(shù)字顯示模塊和點(diǎn)陣型模塊。數(shù)顯模塊一種由段型液晶顯示器件與CPU專用的集成電路組裝成一體的功能部件，只能顯示數(shù)字和一些標(biāo)識符號。這類液晶顯示器件大多應(yīng)用在便攜、袖珍設(shè)備上。由于這些設(shè)備體積小，所以盡可能不將顯示部分設(shè)計(jì)成單獨(dú)的部件，即使一些應(yīng)用領(lǐng)域需要單獨(dú)

30、的顯示組件，那么也應(yīng)該使其除具有顯示功能外，還應(yīng)具有一些信息接收、處理、存儲(chǔ)傳遞等功能，由于它們具有某種通用的、特定的功能而受市場的歡迎。點(diǎn)陣型液晶顯示器件是由專用的行、列驅(qū)動(dòng)器、控制器及必要的連接件、結(jié)構(gòu)件裝配而成的，其特點(diǎn)是點(diǎn)陣像素連續(xù)排列，行和列在排布中均沒有空隔。因此可以顯示了連續(xù)、完整的圖形，也可顯示數(shù)字和西文字符。這種點(diǎn)陣型模塊有的本身具有字符發(fā)生器，顯示容量大，功能豐富。 LCM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大致可分為：LCD控制器、LCD驅(qū)動(dòng)器、LCD顯示裝置三個(gè)部分其主要基本結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示： 2-4lCD顯示模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 液晶顯示器件是一種具有較高技術(shù)的電子元器件，已在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，

31、但對很多人來說，使用、裝配時(shí)仍感到困難。特別是點(diǎn)陣型液晶顯示器件，使用者會(huì)覺得功能復(fù)雜，無從下手。特殊的連接方式和所需的專用設(shè)備也非人人了解和具備，故此液晶顯示器件的用戶希將液晶顯示器件與控制、驅(qū)動(dòng)集成電路裝在一起，形成一個(gè)功能部件，用戶只需用傳統(tǒng)工藝即可將其裝配成一個(gè)整機(jī)系統(tǒng)。因此液晶顯示器已經(jīng)形成一個(gè)模塊化顯示，給用戶帶組裝和應(yīng)用來巨大便利。2.3.5 LCD 顯示的特點(diǎn) 液晶顯示器件的優(yōu)點(diǎn)：1、低功耗，可使用干電池長時(shí)間驅(qū)動(dòng)、節(jié)能。2、工作電壓低（10V以下）。直接用IC驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路小型化，簡單化。3、器件薄型、顯示面積可以從數(shù)平方毫米到數(shù)十平方毫米。特別適應(yīng)于輕便型裝置。4、LCD是

32、受光型顯示器件，即使在明亮的場所也能顯示清晰。5、便于彩色化，可以擴(kuò)大顯示功能和實(shí)現(xiàn)多樣化顯示。6、能投影放大顯示，容易實(shí)現(xiàn)大畫面顯示。液晶顯示器件的缺點(diǎn)：1、由于是受光型顯示，故在暗的地方顯示不清楚。 2、顯示對比度與視線方向有關(guān)，受視角限制。3、響應(yīng)時(shí)間受周圍溫度的影響，在低溫下（零下20攝氏度 ）不能工作。2.3.7液晶控制器12864結(jié)構(gòu)及其功能 12864是一種帶有驅(qū)動(dòng)顯示電路的圖形點(diǎn)陣液晶顯示器,其內(nèi)部的顯示控制器KS0108是其核心部件。它可直接與微處理器相連，對液晶顯示控制器進(jìn)行行列驅(qū)動(dòng)，組成液晶顯示的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，可完成各種圖形文字及符號的顯示。 1 LCD12864總體外形

33、尺寸如下圖所示 圖 2-5 LCD12864外形尺寸圖2單片機(jī)與LCD典型接口圖 單片機(jī) LCD 圖2-6單片機(jī)與LCD12864典型接口電路3 內(nèi)部顯示控制器KS0108基本結(jié)構(gòu)和功能 KS0108及其兼容顯示控制驅(qū)動(dòng)器與其兼容顯示控制器是一種帶有列驅(qū)動(dòng)輸出的圖形液晶顯示控制器。這是一種內(nèi)藏控制器型的點(diǎn)陣圖形模塊。裝配有KS0108專用控制器。這種控制器是液晶驅(qū)動(dòng)器與計(jì)算機(jī)的接口，它以最簡單的方式受控于計(jì)算機(jī)，接收并反饋計(jì)算機(jī)的各種信息，經(jīng)過自己獨(dú)立的信息處理實(shí)現(xiàn)對顯示緩沖區(qū)的管理，并向驅(qū)動(dòng)器提供所需要的各種信號、脈沖，操縱驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)模塊的顯示功能。這種控制器具有自己一套專用的指令，大大簡化

34、了控制的復(fù)雜性。這種模塊使使計(jì)算機(jī)避免了對顯示器的繁瑣控制，節(jié)約了主機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部資源。 KS0108B及其兼容控制器的特點(diǎn)： （1該模塊有兩片KS0108B或兼容控制驅(qū)動(dòng)器和一片HD61202或兼容驅(qū)動(dòng)器。 (2)內(nèi)藏4096位顯示RAM中每位數(shù)據(jù)對應(yīng)LCD屏上一個(gè)點(diǎn)的亮暗狀態(tài)。 (3)KS0108B及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器是列驅(qū)動(dòng)器具有64路列驅(qū)動(dòng)器輸出。 (3)KS0108B及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器的占空比為1/321/64。2內(nèi)部KS0108驅(qū)動(dòng)電路邏輯結(jié)構(gòu)圖LCD12864的內(nèi)部的KS0108控制顯示器結(jié)構(gòu)可分為：控制器、行列驅(qū)動(dòng)器、LCD顯示裝置三個(gè)部分，其原理圖如下圖所示 圖2-7 LCD12

35、864內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路4內(nèi)部RAM地址映射圖該顯示模塊由兩片控制器控制，每片內(nèi)部帶有8x64位（512字節(jié)）的RAM緩沖區(qū)，對應(yīng)關(guān)系如下圖所示。4 接口信號說明見下表：管腳號管腳名稱電平管腳功能描述1VSS0V電源地2VCC3.0+5V電源正3V0-對比度（亮度）調(diào)整4RS(CS）H/LRS=H,表示DB7DB0為顯示數(shù)據(jù)RS=L,表示DB7DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=H,E=H,數(shù)據(jù)被讀到DB7DB0R/W=L,E=HL, DB7DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/

36、L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC-空腳17/RESETH/L復(fù)位端，低電平有效18VOUT-LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源負(fù)端5主要技術(shù)參數(shù)：視角6 點(diǎn)鐘驅(qū)動(dòng)方式1/64 DUTY 1/9 BIAS背光LED控制器KS0108或兼容IC數(shù)據(jù)總線8 位并口/6800方式溫度特性工作溫度：-20C - +70C儲(chǔ)藏溫度：-30C - +80C點(diǎn)陣格式128 x 64點(diǎn)尺寸0.39 x 0.55mm點(diǎn)中心距0.44 x

37、 0.60mm視域62.0 x 44.0mm有效顯示區(qū)域56.27 x 38.35mm外形尺寸78.0 x 70.0 x 12.5mm Max.凈重65g4控制器接口信號說明： 1 RS，R/W的信號組合決定控制界面的4種模式：(1) 讀狀態(tài):輸入:RS=L,RW=H,E=H 輸出:D0D7=狀態(tài)字(2) 寫指令:輸入:RS=L,RW=L,D0D7=指令碼,E=高脈沖 輸出:無(3) 讀數(shù)據(jù):輸入:RS=H,RW=H,E=H 輸出:D0D7=數(shù)據(jù)(4) 寫數(shù)據(jù):輸入:RS=H,RW=L,D0D7=數(shù)據(jù),E=高脈沖 輸出:無5內(nèi)部主要器件說明 對12864的應(yīng)用首先要了解其內(nèi)部資源，通用的128

38、64內(nèi)部具有以下部件：DDRAM：（Data Display Ram）數(shù)據(jù)顯示RAM，往里面寫什么內(nèi)容，屏幕就會(huì)顯示什么內(nèi)容。GROM：（Character Generation ROM）字符發(fā)生ROM。里面存儲(chǔ)了中文漢字的字模，也稱作中文字庫，編碼方式有GB2312（中文簡體）和BIG5（中文繁體）。本文選擇的無字庫的LCD，字?？捎勺帜Ｌ崛≤浖@得。CGRAM：（Character Generation RAM）字符發(fā)生RAM，12864內(nèi)部提供了64×2B的CGRAM，可用于用戶自定義4個(gè)16×16字符，每個(gè)

39、字符占用32個(gè)字節(jié)。 GDRAM：（Graphic Display RAM）：圖形顯示RAM，這一塊區(qū)域用于繪圖，往里面寫啥，屏幕就會(huì)顯示啥，它與DDRAM的區(qū)別在于，往DDRAM中寫的數(shù)據(jù)是字符的編碼，字符的顯示先是在CGROM中找到字模，然后映射到屏幕上，而往GDRAM中寫的數(shù)據(jù)時(shí)圖形的點(diǎn)陣信息，每個(gè)點(diǎn)用1bit來保存其顯示與否。HCGROM：（Half height Character Generation ROM）：半寬字符發(fā)生器，就是字母與數(shù)字，也就是ASCII碼。由于本文使用不帶字庫的LCD，因此不必關(guān)注GROM

40、,CGRAM, GDRAM,HCGROM,只需要向DDRAM寫入需要顯示的數(shù)據(jù)即可。2.3.7LCD12864的指令系統(tǒng)1基本指令和擴(kuò)展指令模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令和擴(kuò)充指令如下： 指令表1：（RE=0：基本指令）指令指 令 碼功 能RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0 清除顯示0000000001將DDRAM填滿"20H",并且設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器(AC)到"00H"地址歸位000000001X設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器(AC)到"00H",并且將游標(biāo)移到開頭原點(diǎn)位置;這個(gè)指令不改變DD

41、RAM 的內(nèi)容顯示狀態(tài)開/關(guān)0000001DCBD=1: 整體顯示 ON C=1: 游標(biāo)ON    B=1:游標(biāo)位置反白允許進(jìn)入點(diǎn)設(shè)定00000001I/DS指定在數(shù)據(jù)的讀取與寫入時(shí),設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)方向及指定顯示的移位游標(biāo)或顯示移位控制000001S/CR/LXX設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)與顯示的移位控制位;這個(gè)指令不改變DDRAM 的內(nèi)容功能設(shè)定00001DLXREXXDL=0/1：4/8位數(shù)據(jù)RE=1: 擴(kuò)充指令操作RE=0: 基本指令操作設(shè)定CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定CGRAM 地址設(shè)定DDRAM地址0010AC5AC4AC

42、3AC2AC1AC0設(shè)定DDRAM 地址（顯示位址）第一行：80H87H第二行：90H97H讀取忙標(biāo)志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0讀取忙標(biāo)志(BF)可以確認(rèn)內(nèi)部動(dòng)作是否完成,同時(shí)可以讀出地址計(jì)數(shù)器(AC)的值寫數(shù)據(jù)到RAM10數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)D7D0寫入到內(nèi)部的RAM (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)讀出RAM的值11數(shù)據(jù)從內(nèi)部RAM讀取數(shù)據(jù)D7D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM) 指令表2：（RE=1：擴(kuò)充指令）指令 指 令 碼功 能RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0 待命模式0000000001進(jìn)入待命模式,執(zhí)行其他指令都

43、棵終止待命模式卷動(dòng)地址開關(guān)開啟000000001SRSR=1：允許輸入垂直卷動(dòng)地址SR=0：允許輸入IRAM和CGRAM地址反白選擇00000001R1R0選擇2行中的任一行作反白顯示，并可決定反白與否。初始值R1R000，第一次設(shè)定為反白顯示，再次設(shè)定變回正常睡眠模式0000001SLXXSL=0：進(jìn)入睡眠模式SL=1：脫離睡眠模式擴(kuò)充功能設(shè)定00001CLXREG0CL=0/1：4/8位數(shù)據(jù)RE=1: 擴(kuò)充指令操作RE=0: 基本指令操作G=1/0：繪圖開關(guān)設(shè)定繪圖RAM地址0010AC60AC50AC4AC3AC3AC2AC2AC1AC1AC0AC0設(shè)定繪圖RAM先設(shè)定垂直(列)地址AC

44、6AC5AC0再設(shè)定水平(行)地址AC3AC2AC1AC0將以上16位地址連續(xù)寫入即可2常用指令 該液晶顯示模塊（即KS0108B及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器）的指令系統(tǒng)比較簡單，其中最常用的指令有七種，其指令表如下圖所示： 指令名稱控制信號控制代碼R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 顯示開關(guān)0000111111/0 顯示起始行設(shè) 置0011XXXXXX 頁設(shè)置0010111XXX 列地址設(shè)置0001XXXXXX 讀狀態(tài)10BUSY0ON/OFFRST0000 寫數(shù)據(jù)01寫數(shù)據(jù) 讀數(shù)據(jù)11讀數(shù)據(jù) LCD12864指令表4具體常用指令如下所示； 1顯示ONOFF 0X3F:LCD顯

45、示開，可以對LCD進(jìn)行其他的指令操作。 0X3F:LCD顯示關(guān)，不可對LCD進(jìn)行其他的指令操作。2顯示起始行 設(shè)置行地址計(jì)數(shù)器的值 0XC0：從DDRAM在第一行開始顯示3設(shè)置頁地址 設(shè)置頁地址計(jì)數(shù)器的值 0XB8：第一頁4設(shè)置列地址 設(shè)置列地址計(jì)數(shù)器的值 0X40：第一列5讀狀態(tài) BUSY:即BF，如前所述 ONOFF：顯示的開關(guān)狀態(tài) RST：表示內(nèi)部正在初始化，此時(shí)組件不接受任何指令和數(shù)據(jù)6寫顯示數(shù)據(jù) 按照表1的位置，存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)為1，表示該點(diǎn)顯示；數(shù)據(jù)為0，該點(diǎn)不顯示。 取模方式：縱向字節(jié)倒序7讀顯示數(shù)據(jù) 讀出顯示數(shù)據(jù)5漢字顯示坐標(biāo)說明 坐標(biāo)水平方向X以字節(jié)單位，垂直方向Y以位為單

46、位。本設(shè)計(jì)選用的12864內(nèi)部有4行×32字節(jié)的DDRAM空間。該顯示模塊由兩片控制器控制，每片內(nèi)部帶有8x64位（512字節(jié)）的RAM緩沖區(qū)，對應(yīng)關(guān)系如下圖所示。 DDRAM的結(jié)構(gòu)如下圖所示左半屏幕：80H、81H、82H、83H、84H、85H、86H、87H90H、91H、92H、93H、94H、95H、96H、97HA0H、A1H、A2H、A3H、A4H、A5H、A6H、A7HB0H、B1H、B2H、B3H、B4H、B5H、B6H、B7H88H、89H、8AH、8BH、8CH、8DH、8EH、8FH 右半屏幕：88H、89H、8AH、8BH、8CH、8DH、8EH、

47、8FH 98H、99H、9AH、9BH、9CH、9DH、9EH、9FHA8H、A9H、AAH、ABH、ACH、ADH、AEH、AFHB8H、B9H、BAH、BBH、BCH、BDH、BEH、BFH地址與屏幕顯示對應(yīng)關(guān)系如下            X坐標(biāo)Line180H81H82H83H84H85H86H87HLine290H91H92H93H94H95H96H97HLine388H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FHLine498H99H9AH9BH9CH9DH

48、9EH9FH 一般用于顯示字符使用的是上面兩行的空間，也就是80H8FH,90H9FH，每個(gè)地址的空間是2個(gè)字節(jié)，也就是1個(gè)字，所以可以用于存儲(chǔ)字符編碼的空間總共是128字節(jié)。因?yàn)槊總€(gè)漢字的編碼是2個(gè)字節(jié)，所以每個(gè)地址需要使用2個(gè)字節(jié)來存儲(chǔ)一個(gè)漢字。當(dāng)然如果將2個(gè)字節(jié)拆開來使用也可以，那就是顯示2個(gè)半寬字符。每次對DDRAM的操作單位是一個(gè)字，也就是2個(gè)字節(jié)，當(dāng)往DDRAM寫入數(shù)據(jù)時(shí)，首先寫地址，然后連續(xù)送入2個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，先送高字節(jié)數(shù)據(jù)，再送低字節(jié)數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)時(shí)也是如此，先寫地址，然后讀出高字節(jié)數(shù)據(jù)，再讀出低字節(jié)數(shù)據(jù)（讀數(shù)據(jù)時(shí)注意先假讀一次）4圖形點(diǎn)陣顯示原理 12864點(diǎn)陣液晶的圖形顯示原

49、理都差不多。液晶屏x方向（水平）具有128列像素從左到右為第0列第127列，y方向（垂直）具有64行像素。每8行組成1頁，從上到下就是第0頁第7頁。這樣以列號和頁號為坐標(biāo)，就可以指定交叉位置的8個(gè)像素。例如第0、1、2、3列第1頁的8個(gè)像素。在液晶內(nèi)部有一塊顯示緩存區(qū)，按照列號和頁號就可以對顯緩區(qū)的某個(gè)字節(jié)寫數(shù)，該字節(jié)的8位二進(jìn)制數(shù)就對應(yīng)了液晶屏同樣位置的像素的亮滅，如對第1列第1頁的那個(gè)緩存單元寫入0X80即0b10000000，那么液晶對應(yīng)位置的最下面一點(diǎn)7亮（低位在上高位在下）其余都滅，如果第2列第1頁寫入0X0F即0b00001111，則該位置上方4個(gè)點(diǎn)0123亮，其余像素不亮，第3列

50、第1頁寫0X33,則該處間隔2點(diǎn)亮。這樣就可以通過程序控制液晶屏的任意像素了。6串口操作時(shí)序（1） 8位并口寫操作時(shí)序見下圖 寫操作時(shí)序圖（2）8位并口讀操作時(shí)序見下圖 讀操作時(shí)序2.4 仿真原理圖2.5本章小結(jié) 本章介紹了液晶顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，首先介紹了硬件設(shè)計(jì)的基本框圖，并簡要說明個(gè)單元的功能及其實(shí)現(xiàn)方式。其次重點(diǎn)介紹了各個(gè)部分的原理，如STC89C52單片機(jī)，12864液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理，最后綜合各個(gè)部分做了系統(tǒng)的綜合仿真。 第三章軟件程序系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1C語言 C語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)系統(tǒng)硬直接的控制。C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它支持