基于单片机的液晶显示器的设计与实现

基于单片机的液晶显示器的设计与实现张书国1，王俊彦2，张彬2，肖大伟11中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州(221008)2海军航空工程学院青岛分院航空仪电控制系，山东青岛(266041)E-mail：[e-mail]摘要：本文提出了一种基于单片机控制的智能彩色液晶显示器的设计方案。介绍了AT89S52型单片机的基本组成和主要特点，说明了智能彩色液晶显示器VK63的原理与使用方法，给出了AT89S52单片机控制器与智能彩色液晶显示器的串行通讯的软、硬件设计方案。实验结果证明了方法的有效性，能够实时显示用户所要显示的各种曲线，图形和中西文字体。关键词：单片机；液晶显示器；VK63；串行中图分类号：TP368.11．引言单片微型计算机(Single-ChipMicrocomputer)，简称单片机，就是将CPU、RAM、ROM、定时/计时器和多种接口集成在一块芯片上的微型计算机。生活在信息时代，几乎每天都要使用计算机，除了常见的微型计算机以外，单片机作为一种集成在一个芯片上的微型计算机也具有广泛的应用，如：手机、电视、空调、洗衣机和电冰箱等电子产品中都有单片机[1]。本文将给出MCS-51系列单片机控制智能彩色液晶显示器VK63的软硬件设计实例，说明如何通过单片机控制液晶显示模块。普通液晶显示模块频率较低，不能与高速设备之间实现快速通讯，本文使用的智能彩色液晶显示器VK63内置工业级CPU，能很好地与单片机实现速度匹配，实时地显示所需内容。同时对实现DSP与LCD接口设计和控制实现也有一定的参考价值。2．单片机AT89S52芯片的基本组成和主要特点MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容C51的单片机，完美地将Flash(非易失闪存技术)EEPROM与80C51内核结合起来，仍采用C51的总体结构和指令系统，Flash的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用，并能使单片机作多次重复使用。2.189C51单片机的基本组成●一个8位的89C51微处理器[2,3]●片内256字节数据存储器RAM/SFR，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果，最终结果等●片内4程序存储器FlashROM，用以存放程序、一些原始数据和表格KB●4个8位并行I/O端口P0～P3，每个端口既可以用作输入，也可以用作输出●两个16位的定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制●具有5个中断源、两个中断优先级的中断控制系统●一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信-1-中国科技论文在线●片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许震荡频率为24MHz●89c51单片机与8051相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。在这里我们选用的是ATMEL公司生产的AT89S52型单片机。图1为AT89S52的引脚结构图，为双列直插封装方式。U7-2-图1AT89S52引脚结构图Fig1PinStructureofAT89S522.2MCS-51系列单片机的主要特点●可靠性高:因为芯片是按工业测控环境要求设计的，故抗干扰的能力优于PC机。●系统软件(如:程序指令，常数，表格)固化在ROM中，不易受病毒破坏。●许多信号的通道均在一个芯片内，故运作时系统稳定可靠。●便于扩展：片内具有计算机正常运行所必需的部件，片外有很多供扩展用的(总线，并行和串行的输入/输出)管脚，很容易组成一定规模的计算机应用系统。●实用性好：体积小，功耗低，价格便宜，易于产品化[3]。3．智能彩色液晶显示器VK63概述智能彩色液晶显示器VK63（以下简称VK63）是上海广电集团北京分公司生产的现代高新技术产品，它体积小，功耗低，无辅射，寿命长，超薄，防振，防爆。彩色液晶显示器的出现，有力地推动了工控仪表、系统设备的微型化、节能化进程，提供了可目的人机对话界面[4]。具有LED显示器、CRT显示器所无法比拟的优点。在开发带有液晶显示设备的系统过程中，用点阵操作来显示汉字和图形是非常烦琐的工作，VK63采用世界知名公司的大规模门阵列集成电路，极大地提高了开发效率。它采用全数字化设计，显示稳定可靠，具有较强的抗强电磁干扰能力。可用于机电，冶金，船舶，航空，铁路，电力，通讯导航等领域的系统设备和智能仪表，也可用于高档民用电器。本显示器采用工业级的高频CPU，机内配置二级字库，通过串口或三态数据总线口接受控制命令数据，自行对接受的命令和数据进行处理，实时显示用户所要显示的各种曲线，XTAL21819XTAL1ALE30EA31PSEN29RST939P0.0/AD038P0.1/AD137P0.2/AD236P0.3/AD335P0.4/AD434P0.5/AD533P0.6/AD632P0.7/AD7P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A152821P2.0/A822P2.1/A923P2.2/A1024P2.3/A1125P2.4/A1226P2.5/A1327P2.6/A14AT89S52中国科技论文在线图形和中西文字体[4]。其原理框图和性能指标分别如图2和表1所示：CPU内置8KROM看门狗总线汉字库SIO液晶驱动电路大规模集成控制电路768KRAMDC/DCDC/AC彩色液晶模块LCD背光灯总线口串行口电源22.1184M图2智能彩色液晶显示器的原理框图Fig2IntelligentColorLCDDisplayBlockDiagram表1VK63液晶显示器性能指标Tab.1PerformanceindicatorsVK63LCDMonitor外形尺寸（mm）147×112×40显示颜色256色视域尺寸(mm)80×112LCDSTN逻辑电源DC8--14V功率1W通讯接口串口,三态数据总线可显示字符ASCII二级字库背光电源DC8--14V功率4W8V中文显示15行×20列工作环境温度-5---+55˙C图形点阵320×RGB×240保存温度-20--+70˙C4．单片机与VK63的接口设计单片机经常需要对读写周期较慢的输入/输出设备(如液晶显示模块、打印机、键盘等)进行访问，因此解决单片机与这些慢速设备之间的速度匹配问题对于提高通信速度显得尤为重要。4.1串行通信的硬件设计VK63选用标准RS-232通讯接口，按串口方式工作[4]。一帧信息为10位，内含1位起始位(0)，8位数据位(先低位后高位)，1位停止位(1)。其数据格式如图3所示：起始位D0D1D2D3D4D5D6D7停止位图3串口方式数据格式Fig3Serialdataformatmode为了提高通讯速度，显示器内设置了一个128字节的输入缓冲区。发送数据前应先检查DTR信号(RS232),若DTR为负电平(对应COMS高电平)，则表示缓冲区满，要等到DTR信号变为正电平(对应COMS低电平)后再发送数据。如果每组的数据量少于128字节，同时每组之间又有足够的间隔，则不用判断DTR信号就可连续发送数据。图4所示是其硬件接口原理框图。-3-[4]，频率与单片机工作频率相一致，同时内置了一个128字节的输入缓冲区，所以两者之间的通信不存在时序不匹配问题。程序流程图如图5所示：图5程序流程图Fig5Programflowchart-4-中国科技论文在线以下是串口发送程序模块：我们使用的是AT89S52型的单片机，将BUSY（忙信号）与单片机的P1.3相连，高电平表示忙，通讯波特率为9600。调用如下程序可将数据“55H”送到显示器中。（1）初始化程序：BUSYEQUP1.3ORG00HLJMPStartORG100HStart：MOVSP,#50H；设置栈指针MOVTMOD,#21H；T1常数自装载8位定时MOVTH1,#250；波特率=22.1184M/﹛32*12*［256-(TH1)］﹜MOVTL1,#250SETBTR1；起动T1MOVSCON,#50H；设置SCONMOVPCON,#00H；设置PCONMOVA,#55H；把要发送的数据送到A中（2）以下为数据发送模块，每发送一个字节的数据可调用该模块入口参数：A（要传送的数据），出口参数：无，执行结果：向液晶显示器发送一个字节的数据SEND1：PUSHBSEND4：JBBUSY,SEND4MOVSBUF,ASEND2：JBCTI,SEND3;TI为寄存器SCON中的发送中断标志位SJMPSEND2SEND3：MOVB,#75；9600bps时，B75，延时80微秒，4800bps时，B150，延时160时微秒DALY：DJNZB，DALYPOPBRETEND5．结束语本文提出的基于单片机控制的液晶显示器采用串行通讯方案，单片机与液晶显示器之间只需用3根线即可实现数据串行通信，因而节约了单片机的外部资源，传输速度也能满足大多数实际工程的需要。它能够实时显示用户所要显示的各种曲线，图形和中西文字体。相比于DSP控制的液晶显示器，单片机价格便宜、体积小、功耗低，同时能满足大部分工业环境的需求。以单片机的汇编语言来进行软件设计，指令的执行速度快，节省存储空间。参考文献[1]公茂法，黄鹤松，杨学蔚.MCS-51/52单片机原理与实践［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2009.[2]李朝青.单片机原理与接口技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005.9[3]张靖武.周灵彬.单片机原理、应用与Proteus仿真.北京：电子工业出版社，2008.8[4]智能彩色液晶显示器VK63使用说明书.上海广电集团北京分公司LCD研发部[5]张大明.单片机控制实训指导及综合应用实例．［M］．北京：机械工业出版社，2007.3[6]刘娜.单片机系统中液晶显示器的接口设计［J］.世界电子元器件，2004，(2)：50-52.[7]何光明，童爱红，王国全编.C语言实用培训教程［M］.北京：人民邮电出版社.2003.[8]王鑫，傅丰林，陈健.一种基于DSP控制的液晶显示屏的设计及实现[J].电子技术应用，2003.(5)：64-67.[9]范艳开，张怡，赵芙蓉.基于DSP的液晶模块的显示原理及实现[J].集成电路应用，2004，(6)：74-76.[10]钱贵生，曾国宏，DSP与智能彩色液晶显示器接口设计［J］.国外电子元器件，2005，(4)：65-68.-5-，WangJunyan2，ZhangBin2，XiaoDawei11SchoolofInformationandElectricalEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology,Jiangsu，Xuzhou(221008)2DepartmentofAviationInstrumentandElectronicsControl,NavalAeronaut