《單片機原理及應用》項目八顯示器接口設計與編程課件

1、單片機原理及應用技術顯示器接口設計與編程任務一 LED顯示器接口設計任務二 LCD顯示器接口設計Project 8任務1LED顯示器接口設計目前LED顯示器的種類有很多，按顏色來劃分可以分為單基色顯示屏（單一顏色，紅色或綠色）、雙基色顯示屏（紅和綠雙基色，可以顯示65536種顏色）和全彩色顯示屏（紅、綠、藍三基色，可以顯示一千六百多萬種顏色）。米字型數(shù)碼管按外觀來劃分，可以分為七段數(shù)碼管、米字型數(shù)碼管、點陣塊等。如圖所示為各種不同形狀的數(shù)碼管。七段數(shù)碼管點陣塊1數(shù)碼管的結構及工作原理七段數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構成，如圖所示（注：由于小數(shù)點字段不常用，所以一般稱為七段），通過不同

2、的組合可以顯示數(shù)字09、字符AF、H、L、P、U、符號“”及小數(shù)點“”。數(shù)碼管基礎知識one根據發(fā)光二極管物理連接的不同，七段數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽極兩種結構。共陰極型數(shù)碼管如左圖所示，所有字段的陰極均連接低電平，因此在使用共陰極數(shù)碼時，需要在相應字段上加高電平，才會使其發(fā)光。共陽極數(shù)碼管如右圖所示，所有字段的陽極均連接高電平，在使用時，需要在相應字段上加低電平。2數(shù)碼管的字形編碼在單片機控制系統(tǒng)中要使數(shù)碼管顯示出相應的數(shù)字或字符，單片機需要輸出相應的字形編碼。在項目五中，我們已經介紹了共陽極數(shù)碼管的數(shù)字編碼，這里我們介紹共陰極數(shù)碼管的編碼，如表所示。引腳P0.7P0.6P0.5P0.4P

3、0.3P0.2P0.1P0.0碼值段名稱DPGFEDCBA數(shù)字0001111113FH數(shù)字10000011006H數(shù)字2010110115BH數(shù)字3010011114FH數(shù)字40110011066H段名稱DPGFEDCBA引腳P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0碼值數(shù)字5011011016DH數(shù)字6011111017DH數(shù)字70000011107H數(shù)字8011111117FH數(shù)字9011011116FH字母A0111011177H字母B011111007CH字母C0011100139H字母D010111105EH字母E0111100179H字母F0111000171

4、H續(xù)上表引腳P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0碼值字母H0111011076H字母L0011100038H字母P0111001173H字母U001111103EH字符0100000040H字符1000000080H續(xù)上表LED靜態(tài)顯示方法two1靜態(tài)顯示原理靜態(tài)顯示方式是指當顯示器顯示某一字符時，發(fā)光二極管的位選始終被選中。在這種顯示方式下，每一個LED數(shù)碼管顯示器都需要一個8位輸出口進行控制，如圖所示。靜態(tài)顯示主要的優(yōu)點是電路設計簡單，顯示穩(wěn)定，編程簡單，而且LED的亮度控制容易（只需在驅動端增加相應的電流調節(jié)電阻即可方便地調節(jié)LED的亮度）。其不足之處是占用硬

5、件資源較多，每個LED數(shù)碼管需要獨占8條輸出線，隨著顯示器位數(shù)的增加，需要的I/O口線也將增加。2接口設計在實際應用靜態(tài)顯示方式時，通常通過擴展I/O口的形式解決輸出口數(shù)量不足的問題。如圖所示，這里通過使用鎖存器74LS377將單片機的并行I/O口進行擴展，三個數(shù)碼管可以在同時顯示不同的字符。3軟件設計將片內存儲器中以40H單元為首址的數(shù)據區(qū)內容輸出，經數(shù)碼管顯示（假設數(shù)據區(qū)的數(shù)據最高位沒有超過百位）。程序如下ORG0000HLJMPMAINORG0100HMAIN:MOVDPTR,#TAB;將字段編碼表首地址送DPTRMOVA,40H;將數(shù)據區(qū)首址送A;MOVB,#100;除數(shù)100送BDI

6、VAB;計算顯示數(shù)據的百位值MOVCA,A+DPTR;將百位值的編碼送入A中MOVDPTR,#0DFFFH;將百位數(shù)碼管地址送DPTRMOVXDPTR,A;顯示百位數(shù)據;MOVA,B;將計算百位后的余數(shù)送AMOVB,#10;除數(shù)10送BDIVAB;計算顯示數(shù)據的十位值MOVDPTR,#TAB;將字段編碼表首地址送DPTRMOVCA,A+DPTR;將十位值的編碼送入A中MOVDPTR,#0BFFFH;將十位數(shù)碼管地址送DPTRMOVXDPTR,A;顯示十位數(shù)據;MOVA,B;將計算十位后的余數(shù)送AMOVDPTR,#TAB;將字段編碼表首地址送DPTRMOVCA,A+DPTR;將個位值的編碼送入A

7、中MOVDPTR,#7FFFH;將個位數(shù)碼管地址送DPTRMOVXDPTR,A;顯示個位數(shù)據SJMP$;TAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FHEND問題既然硬件結構中的數(shù)碼管是共陰極結構的，為什么軟件設計中的字段表需要使用共陽極型的？任務2LCD顯示器接口設計LCD顯示器基礎知識one提示液晶是在1888年，由奧地利植物學家Reinitzer發(fā)現(xiàn)的，一種介于固體與液體之間，具有規(guī)則性分子排列的有機化合物。一般最常用的液晶型態(tài)為向列型液晶，分子形狀為細長棒形，長寬約110nm。在不同電流電場作用下，液晶分子會做規(guī)則旋轉90度排列，產生透光度的差

8、別。1 LCD顯示器的工作原理LCD顯示器是Liquid Crystal Display的簡稱，LCD的構造是在兩片平行的玻璃當中放置液態(tài)的晶體，通過電場來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產生畫面。除液晶電腦、液晶電視的顯示屏外，我們常見到的手機、計算器的屏幕也都屬于液晶產品。2 LCD顯示器的種類液晶顯示器的分類方法有很多種，按顯示方式可以分為段式（如計算器屏）、字符式（如儀器的表盤）和點陣式（如MP3、手機屏）等；按顯示顏色可以分為黑白顯示、多灰度、彩色顯示等；按照控制方式不同可分為被動矩陣式LCD和主動矩陣式LCD兩種。生活中各種常見的LCD顯示屏如圖所示。電腦液晶屏單片機實驗中

9、常用的液晶屏計算器中的液晶顯示屏空調遙控器上的液晶顯示屏3 LCD顯示器的技術參數(shù)液晶顯示器所標示的可視面積尺寸與實際可以使用的屏幕范圍一致?？梢暶娣e可視角度是指在觀看屏幕不失真的情況下，左右或上下視線之間的夾角。它又分為水平可視角度和垂直可視角度，其中，水平可視角度對稱，而垂直可視角度不一定上下對稱。目前，一般液晶顯示器的水平和垂直可視角度都在160上下?？梢暯嵌纫话?4英寸LCD的可視面積為285.7mm214.3mm，它的最大分辨率為1024768，那么點距就等于：可視寬度/水平像素（或者可視高度/垂直像素），即285.7mm/1024=0.279mm（或214.3mm/768=0.27

10、9mm）。點距LCD面板是由多個像素點組成顯像的，每個獨立的像素點色彩是由紅、綠、藍（R、G、B）三種基本色來控制。大部分液晶顯示器的每個基本色（R、G、B）為6位，可表現(xiàn)64（26）種顏色，那么每個獨立的像素就有646464=262144種色彩?，F(xiàn)在有些廠商使用FRC（Frame Rate Control）技術以仿真方式來表現(xiàn)全彩畫面，每個基本色能達到8位，那么每個獨立的像素可以達到28282816777216種色彩。色彩度對比值是指最大亮度值（全白）與最小亮度值（全黑）的比值。一般來說，人眼可以接受的對比值約為250:1，而目前LCD顯示器的對比值通常高達1000:1。對比值響應時間是指液

11、晶顯示器各像素點對輸入信號反應的時間。響應時間越小越好。若響應時間太長，液晶顯示器在顯示動態(tài)圖像時就有可能出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象。一般的液晶顯示器的響應時間為2030ms。響應時間基于HD44780的字符型芯片的功能及使用方法three在單片機實驗中我們常用到的是字符型液晶顯示模塊，此種類型的模塊一般都由字符型液晶顯示屏LCD，主控制驅動芯片HD44780及其擴展驅動電路，以及少量阻、容元件和結構件等裝配在電路板上而成。如圖所示顯示了1602型液晶顯示模塊。1602型LCD顯示模塊（a）顯示模塊的前面（b）顯示模塊的后面主控制驅動芯片HD44780是字符型液晶顯示模塊中至關重要的部件，它擁有80字節(jié)的顯

12、示存儲器（DDRAM），保存常用字符點陣定義的字符發(fā)生器（CGROM）用于保存自定義特殊字符點陣的字符發(fā)生器（CGRAM），并且自身擁有一組可執(zhí)行的指令。下面將詳細講述該芯片的功能和使用方法。1HD44780的引腳與時序（1）HD44780的引腳HD44780的外部引腳一般有16個，其中包括8條數(shù)據線DB0DB7、3條控制線RS、R/W、E，各引腳功能如表所示。引腳號引腳名電平狀態(tài)作用1Vss0V電源地2VDD5V10%電源（+5V）3V005V液晶驅動電壓4RS0/1輸入0：輸入指令；1：輸入數(shù)據5R/W0/1輸入0：寫入指令或數(shù)據1：讀取數(shù)據引腳號引腳名電平狀態(tài)作用6E1，10輸入使能信號

13、，1：讀取信息10：執(zhí)行指令7DB00/1三態(tài)數(shù)據總線8DB10/1三態(tài)數(shù)據總線9DB20/1三態(tài)數(shù)據總線10DB30/1三態(tài)數(shù)據總線11DB40/1三態(tài)數(shù)據總線12DB50/1三態(tài)數(shù)據總線13DB60/1三態(tài)數(shù)據總線14DB70/1三態(tài)數(shù)據總線15LED+VccLED背光電源正極16LED接地LED背光電源負極續(xù)上表（2）HD44780的時序RS、R/W與E信號相互配合，進行HD44780的讀寫操作，邏輯信號功能如表所示RSR/WEDB7DB0功能0010輸入將指令代碼寫入HD44780011輸出讀忙標志BF及AC值1010輸入寫數(shù)據到DDRAM或CGRAM111輸出從DDRAM或CGRAM

14、讀數(shù)據讀、寫時序如圖所示讀操作時序圖寫操作時序圖tR：E上升沿時間tSP1：地址建立時間tHD2：數(shù)據保持時間（讀操作）tF：E下降沿時間tHD1：地址保持時間tHD2：數(shù)據保持時間（寫操作） tC：E信號周期tPW：E脈沖寬度tSP2：數(shù)據建立時間（寫操作）tSP2：數(shù)據延遲時間（讀操作）讀寫時序參數(shù)說明2、HD44780的可編程結構HD44780內部主要由指令寄存器（IR）、地址計數(shù)器（AC）、數(shù)據寄存器（DR）、忙標志（BF）、顯示數(shù)據存儲器（DDRAM）、字符發(fā)生器RAM（CGRAM）、字符發(fā)生器ROM（CGROM）及時序發(fā)生電路等構成，如圖所示。HD44780原理結構圖AIR用于單片

15、機向HD44780寫入指令碼，IR只能寫入，不能讀出。當RS=0、R/W=0時，數(shù)據線DB7DB0上的數(shù)據寫入指令寄存器IR。指令寄存器（IR）C當RS=0、R/W=1，E=1時，BF信號輸出到總線的DB7上。BF=1時表示正在進行內部操作，不能接收外部指令或數(shù)據。忙標志（BF）BDR用于寄存數(shù)據。當RS=1、R/W=0時，數(shù)據線DB7DB0上的數(shù)據寫入數(shù)據寄存器DR，同時DR的數(shù)據由內部操作自動寫入DDRAM或CGRAM。當RS=1、R/W=1時，內部操作將DDRAM或CGRAM送到DR中，通過DR送到數(shù)據總線DB7DB0上。數(shù)據寄存器（DR）DDDRAM用于存儲顯示數(shù)據，共有80個字節(jié)。顯

16、示數(shù)據存儲器（DDRAM）FCGRAM供用戶自造特殊字符時使用，容量為64字節(jié)，可自定義8個58點陣或4個511點陣，其編址為003FH。字符發(fā)生器RAM（CGRAM）EAC是DDRAM或CGRAM的地址指針。若地址碼隨指令寫入IR，則IR的地址碼部分自動裝入地址計數(shù)器AC之中，同時選擇相應的DDRAM或CGRAM單元。另外，AC具有自動加1和自動減1功能。當數(shù)據從DR送到DDRAM（或CGRAM）時，AC自動加1。當數(shù)據從DDRAM（或CGRAM）送到DR時，AC自動減1。當RS=0、R/W=l、E=1時，AC的內容送到DB7DB0。地址計數(shù)器（AC）FCGROM可顯示57點陣字符160種和

17、510點陣字符32種。字符發(fā)生器ROM（CGROM）3、HD44780的指令集1602字符型液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令。清屏指令，如表所示指令功能指令編碼執(zhí)行時間/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0清屏00000000011.64功能： 清除液晶顯示器，即將DDRAM的內容全部填入“空白”的ASCII碼20H； 光標歸位，即將光標撤回液晶顯示屏的左上方； 將地址計數(shù)器（AC）的值設為0。光標歸位指令，如表所示功能： 把光標撤回到顯示器的左上方； 把地址計數(shù)器（AC）的值設置為0； 保持DDRAM的內容不變。指令功能指令編碼執(zhí)行時間/sRSR/WDB7DB6

18、DB5DB4DB3DB2DB1DB0光標歸位000000001x1.64輸入模式設置指令，如表所示功能：設定每次寫數(shù)據后光標與畫面的移動方式。各參數(shù)的意義如下所示：I/D0：寫數(shù)據后光標左移1：寫數(shù)據后光標右移S0：寫數(shù)據后畫面不移動1：寫數(shù)據后畫面整體右移1個字符指令功能指令編碼執(zhí)行時間/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0輸入模式設置00000001I/DS40顯示開關控制指令，如表所示功能：控制顯示器開/關、光標顯示/關閉以及光標是否閃爍。參數(shù)的意義如下：D0：顯示功能關1：顯示功能開C0：無光標1：有光標B0：光標閃爍1：光標不閃爍指令功能指令編碼執(zhí)行時間/sR

19、SR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0顯示開關控制0000001DCB40畫面與光標移動設置指令，如表所示功能：使光標或整個畫面移位。參數(shù)的意義如下：S/CR/L設定情況00光標左移1格，且AC值減101光標右移1格，且AC值加110畫面上字符全部左移一格，但光標不動11畫面上字符全部右移一格，但光標不動指令功能指令編碼執(zhí)行時間/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0設定顯示屏或光標移動方向000001S/CR/Lxx40功能設定指令，如表所示功能：設定數(shù)據總線位數(shù)、顯示的行數(shù)及字型。參數(shù)的意義如下：DL0：數(shù)據總線為4位1：數(shù)據總線為8位N0：顯示1行

20、1：顯示2行F0：57點陣/每字符1：510點陣/每字符指令功能指令編碼執(zhí)行時間/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0功能設定00001DLNFxx40CGRAM地址設置指令，如表所示功能：設置下一個要存入數(shù)據的CGRAM地址，范圍為03FH指令功能指令編碼執(zhí)行時間/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0設定CGRAM地址0001CGRAM的地址（6位）40DDRAM地址設置指令，如表所示功能：設置下一個要存入數(shù)據的DDRAM地址。（一行顯示時地址范圍為04FH；兩行顯示時地址范圍為：首行：0027H，次行：4067H。）指令功能指令編碼執(zhí)行時間/

21、sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0設定DDRAM地址001DDRAM的地址（7位）40讀取BF或AC值指令，如表所示功能： 讀取BF，BF=1表示HD44780忙，暫時無法接收單片機送來的數(shù)據或指令;當BF=0時，HD44780可以 接收單片機送來的數(shù)據或指令； 讀取地址計數(shù)器（AC）的內容。指令功能指令編碼執(zhí)行時間/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0讀取忙信號或AC地址01BFAC內容（7位）40數(shù)據寫入DDRAM或CGRAM指令（取決于最近設置的地址性質），如表所示功能： 將字符碼寫入DDRAM，以使液晶顯示屏顯示出相對應的字符； 將使用

22、者自己設計的圖形存入CGRAM。指令功能指令編碼執(zhí)行時間/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0數(shù)據寫入DDRAM或CGRAM10要寫入的數(shù)據D7D040從DDRAM或CGRAM讀出數(shù)據指令（取決于最近設置的地址性質）如表所示指令功能指令編碼執(zhí)行時間/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0數(shù)據寫入DDRAM或CGRAM11要讀出的數(shù)據D7D040接口設計three1直接驅動方式直接驅動方式又稱為總線方式，在該方式中，液晶顯示模塊以存儲器或I/O設備的形式連接在系統(tǒng)總線上，如圖所示。圖中液晶模塊的數(shù)據總線與單片機的數(shù)據總線相連；使能信號E由單片機的讀信

23、號和寫信號進行邏輯與非后產生，并由地址信號P2.7進行選通控制；R/W、RS信號由單片機的地址線P2.1、P2.0控制。2間接驅動方式間接驅動方式又稱為模擬口線方式，在該方式中，液晶顯示模塊作為終端與單片機的并行口相連，如圖所示。圖中液晶模塊的部分數(shù)據總線與單片機的P1口相連；使能信號E、R/W和RS信號與單片機的P3口相連，此時需通過軟件方式對液晶模塊的讀寫時序進行控制。軟件設計four1直接訪問方式下的驅動子程序COMEQU20H;指令寄存器DATEQU21H;數(shù)據寄存器CW_AddEQU8000H;指令口寫地址CR_AddEQU8200H;指令口讀地址DW_AddEQU8100H;數(shù)據口

24、寫地址DR_AddEQU8300H;數(shù)據口讀地址（1）讀BF和AC值PR0:PUSHDPHPUSHDPLPUSHACCMOVDPTR,#CR_Add;設置指令口讀地址MOVXA,DPTR;讀BF和AC值MOVCOM,A;存入COM單元POPACCPOPDPLPOPDPHRET（2）寫指令代碼子程序PR1:PUSHDPHPUSHDPLPUSHACCMOVDPTR,#CR_Add;設置指令口讀地址PR11:MOVXA,DPTRJBACC.7,PR11;判斷BF=0？若是，則繼續(xù)MOVA,COMMOVDPTR,#CW_Add;設置指令口寫地址MOVXDPTR,A;寫指令代碼POPACCPOPDPLP

25、OPDPHRET（3）寫顯示數(shù)據子程序PR2:PUSHDPHPUSHDPLPUSHACCMOVDPTR,#CR_Add;設置指令口讀地址PR21:MOVXA,DPTRJBACC.7,PR21 ;判斷BF=0？若是，則繼續(xù)MOVA,DATMOVDPTR,#DW_Add;設置數(shù)據口寫地址MOVXDPTR,A;寫數(shù)據POPACCPOPDPLPOPDPHRET（4）讀顯示數(shù)據子程序PR3:PUSHDPHPUSHDPLPUSHACCMOVDPTR,#CR_Add;設置指令口讀地址PR31:MOVXA,DPTR JBACC.7,PR31;判斷BF=0？若是，則繼續(xù)MOVDPTR,#DR_Add;設置數(shù)據口

26、讀地址MOVXA,DPTR;讀數(shù)據MOVDAT,A;存入DAT單元POPACCPOPDPLPOPDPHRET2間接控制方式下的驅動子程序COMEQU20H;指令寄存器DATEQU21H;數(shù)據寄存器RSEQUP3.0;寄存器選擇信號R/WEQUP3.1;讀/寫選擇信號EEQUP3.5;使能信號（1）讀BF和AC值PR0:PUSHACCMOVP1,#0FFH;P1置位，準備讀CLRRS;RS=0SETBR/W;R/W=1SETBE;E=1MOVCOM,P1;讀BF和AC46的值CLRE;E=0MOVP1,#0FFH;P1置位，準備讀SETBE;E=1MOVA,P1;讀AC30的值CLRE;E=0SWAPA;轉換成8為數(shù)據ANLA,#0FHANLCOM,#0F0HORLA,COMMOVCOM,A;送入COM單元POPACCRET（2）寫指令代碼子程序PR1:PUSHACCCLRRS;RS=0SETBR/W;R/W=1PR11:MOVP1,#0FFH;P1置位，準備讀SETBE;E=1MOVA,P1;讀BF和AC64的值CLRE;E=0MOVC,ACC.7;BF值存入進位位CSETBE;E=1CLRE;E=0JCPR11;判斷BF=1?若是，則跳轉CLRR/W;R/W=0MOVP1,COM