基于pc機(jī)的LCD

1、甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文題 目： 基于pc機(jī)的LCD實時顯示控制系統(tǒng)設(shè)計作 者： 趙斌指導(dǎo)老師： 苑毅電子信息工程 學(xué)院 電子系 系電子信息工程技術(shù) 專業(yè) 10 級 三 年制 （1） 班2013年 3月 20日摘要本文圍繞設(shè)計以單片機(jī)作為LCD實時顯示系統(tǒng)控制器為主線，基于單片機(jī)8051，采用的實時顯示控制器的芯片是SED1520，主要實現(xiàn)中文顯示、滾屏以及左右移動功能。同時也對部分芯片和外圍電路進(jìn)行了介紹和設(shè)計，并附以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖加以說明，著重介紹了本系統(tǒng)應(yīng)用的各硬件接口技術(shù)和各個接口模塊的功能及工作過程，并詳細(xì)闡述了程序的各個模塊。本系統(tǒng)是以單片機(jī)的匯編語言來進(jìn)行軟件設(shè)計，指令的執(zhí)行速度快

2、，節(jié)省存儲空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔明了。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作。其次闡述了部分程序的流程圖和實現(xiàn)過程。本文撰寫的主導(dǎo)思想是軟、硬件相結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，來進(jìn)行各功能模塊的編寫。最后對我所開發(fā)的用單片機(jī)實現(xiàn)LCD實時顯示器控制原理的設(shè)計思想和軟、硬件調(diào)試作了詳細(xì)的論述。關(guān)鍵字：單片機(jī)、實時顯示、8051、SED1520目錄1 緒論11.1 單片機(jī)實時顯示系統(tǒng)設(shè)計課題背景41.2 開發(fā)單片機(jī)實時顯示系統(tǒng)的意義41.3 課題完成的功能42 單片機(jī)與C8051F020單片機(jī)實驗系統(tǒng)42.1 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展特點i52.2 C8051F020

3、單片機(jī)實驗系統(tǒng)ii52.3 CIP-51CPU63 實時顯示控制器KS010873.1 KS0108的特點83.2 KS0108的時序493.2.1 KS0108與68系列微處理器直接接口的時序93.2.2 復(fù)位時序103.3 KS0108顯示RAM地址結(jié)構(gòu)104 圖形動態(tài)顯示124.1 圖形點陣式實時顯示控制原理124.2程序流程145總結(jié)參考文獻(xiàn)15致謝151 緒 論1.1 單片機(jī)實時顯示系統(tǒng)設(shè)計課題背景單片機(jī)實時顯示系統(tǒng)主要是指單片機(jī)以及由單片機(jī)驅(qū)動的點陣式實時顯示屏所組成的一個顯示系統(tǒng)。實時顯示器與CRT（cathode-ray tube，陰極射線管)、LED (light-emitt

4、ing diode，發(fā)光二級管)或等離子顯示器相比是一種低功耗的平面顯示器件。它在車內(nèi)廣告、在型智能廣告、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。1.2 開發(fā)單片機(jī)液晶顯示系統(tǒng)的意義我選擇的單片機(jī)實時顯示系統(tǒng)的開發(fā)，是基于KS0108實時顯示控制器，在C8051F020單片機(jī)實驗系統(tǒng)上實現(xiàn)。利用單片機(jī)控制實時顯示系統(tǒng)的原理，完成單片機(jī)實時顯示系統(tǒng)的設(shè)計。1.3 課題完成的功能所選的單片機(jī)實時顯示系統(tǒng)設(shè)計，是在C8051F020系統(tǒng)實驗設(shè)備上實現(xiàn)的。C8051F020中有內(nèi)藏KS0108控制器的液晶模塊CGM12864B。KS0108，12864個點陣，與行控制器KS0

5、107配合使用，組成實時顯示驅(qū)動控制系統(tǒng)。我最主要是用KS0108來設(shè)計圖形動態(tài)顯示。2 單片機(jī)與C8051F020單片機(jī)實驗系統(tǒng)2.1 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展特點自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過了近20年的發(fā)展路程。縱觀20年來單片機(jī)發(fā)展里程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器（MPU，Microprocessor Unit）技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動，表現(xiàn)出比微處理器更具個性的發(fā)展趨勢。 單片機(jī)壽命長 一般說來，單片機(jī)開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作10年、20年；另外，與微處理器相比，單片機(jī)的長壽命表現(xiàn)在它不會像386、486、586等MPU一樣，隨著半導(dǎo)體技術(shù)

6、的飛速發(fā)展，更新?lián)Q代的速度越來越快，很短的時間內(nèi)就被淘汰出局。傳統(tǒng)的單片機(jī)如68HC05、8051等年齡已有十幾年的歷史，但產(chǎn)量仍是上升的，這是因為它們在其對相應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)性強(qiáng)，并且與之兼容的I/O功能模塊的擴(kuò)展接口技術(shù)也層出不窮。 8位、16位與32位單片機(jī)共同發(fā)展 這是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一個動向。長期以來，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展是以8位機(jī)為主的。隨著移動通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭，32位單片機(jī)應(yīng)用得到了長足的發(fā)展，而16位單片機(jī)的發(fā)展無論從品種和產(chǎn)量方面，近年來也有較大幅度的增長。 單片機(jī)的速度越來越快 MPU發(fā)展中表現(xiàn)出來的速度越來越快是以時鐘頻率越來越高為標(biāo)志的。而單

7、片機(jī)則有所不同，為提高單片機(jī)抗干擾能力，降低噪聲，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展之追求。一些8051單片機(jī)兼容廠商改善了單片機(jī)的內(nèi)部時序，在不提高時鐘頻率的條件下，使運算速度提高了許多。 單片機(jī)還有低電壓與低功耗、低噪聲與高可靠性技術(shù)等特點。2.2 C8051F020單片機(jī)實驗系統(tǒng)C8051F020器件是完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU（微程序控制器）芯片，具有64個數(shù)字I/O引腳。下面列出了一些主要特性：高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核(可達(dá)25MIPS（Million Instructions Per Second, 每秒百萬條指令)）全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試

8、接口(片內(nèi))真正12位、100ksps的8通道ADC,帶PGA和模擬多路開關(guān)兩個12位DAC,可編程更新時序64K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器4352(4096+256)字節(jié)的片內(nèi)RAM可尋址64K字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus/I2C和兩個UART串行接口5個通用的16位定時器具有5個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列片內(nèi)看門狗定時器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器每個MCU都可在工業(yè)溫度范圍(-45+85)內(nèi)用2.7V3.6V的電壓工作。端口I/O、/RST、和JTAG引腳都容許5V的輸入信號電壓。C8051020為100腳TQFP封裝(見圖2.1)。圖

9、2.1 C8051F020原理框架2.3 CIP-51CPU與8051完全兼容C8051F020系列器件使用Cygnal的專利CIP-51微控制器內(nèi)核。CIP-51與MCS-51指令集完全兼容,可以使用標(biāo)準(zhǔn)803x/805x的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。CIP-51內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn)8052的所有外設(shè)部件，包括5個16位的計數(shù)器/定時器、兩個全雙工UART、256字節(jié)內(nèi)部RAM、128字節(jié)特殊功能寄存器(SFR)地址空間及8/4個字節(jié)寬的I/O端口。速度提高CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的8051結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。在一個標(biāo)準(zhǔn)的8051中，除MUL和DIV以外所有指令都需要12或2

10、4個系統(tǒng)時鐘周期，最大系統(tǒng)時鐘頻率為1224MHz。而對于CIP-51內(nèi)核，70的指令的執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期，只有4條指令的執(zhí)行時間大于4個系統(tǒng)時鐘周期?？删幊逃嫈?shù)器陣列除了5個16位的通用計數(shù)器/定時器之外，C8051F020 MCU系列還有一個片內(nèi)可編程計數(shù)器/定時器陣列（PCA）。PCA包括一個專用的16位計數(shù)器/定時器時間基準(zhǔn)和5個可編程的捕捉/比較模塊。時間基準(zhǔn)的時鐘可以是下面的6個時鐘源之一：系統(tǒng)時鐘/12、系統(tǒng)時鐘/4、定時器0溢出、外部時鐘輸入（ECI）、系統(tǒng)時鐘和外部振蕩器源頻率/8。3 實時顯示控制器KS0108KS0108是一種帶有驅(qū)動輸出的點陣型實時顯示控制器

11、，它可直接與8位微處理器相連，它可與KS0107配合對實時顯示控制器進(jìn)行行、列驅(qū)動，組成實時顯示驅(qū)動控制系統(tǒng)。3.1 KS0108的特點(1).內(nèi)藏6464=4096位顯示RAM，RAM中每位數(shù)據(jù)對應(yīng)LCD屏上一個點的亮、暗狀態(tài)；(2).KS0108是列驅(qū)動器，具有64路列驅(qū)動輸出；(3).KS0108讀、寫操作時序與68系列微處理器相符，因此它可直接與68系列微處理器接口相連；(4).KS0108的占空比為1/481/64；(5).具有專用指令集，可完成文本顯示或圖形顯示的功能設(shè)置，以及實現(xiàn)畫面滾動、光標(biāo)、閃爍和位操作等功能；(6).KS0108可管理64KB顯示RAM。其中，圖形方式為64

12、KB；字符方式為4KB。KS0108的管腳見圖3.1所示：圖3.1 KS0108管腳圖KS0108的引腳功能見表1表1 引腳功能引腳符號狀態(tài)引腳名稱功能CS1，CS2，CS3輸入芯片片選端CS1和CS2低電平選通，CS3高電平選通E輸入讀寫使能信號在E下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存（寫）入KS0108；在E高電平時，數(shù)據(jù)被讀出R/W輸入讀寫選擇信號R/W=1，為讀選通；R/W=0為寫選通RS（也習(xí)慣叫做D/I）輸入數(shù)據(jù)、指令選擇信號RS=1為數(shù)據(jù)操作RS=0為寫指令或讀狀態(tài)DB0-DB7三態(tài)數(shù)據(jù)總線RST輸入復(fù)位信號低電平有效，復(fù)位信號有效時，關(guān)閉液晶顯示，使顯示起始終不渝行為0，RST可跟MPU相連，由

13、MPU控制；也右直接接VDD，使之不起作用。3.2 KS0108的時序43.2.1 KS0108與68系列微處理器直接接口的時序各種信號波形對照見表2：表2 信號波形MPU讀時序見圖3.2：圖3.2 讀時序MPU寫時序見圖3.3：圖3.3 寫時序3.2.2 復(fù)位時序復(fù)位后，KA0108顯示關(guān)閉，顯存地址歸零。復(fù)位條件見表3和圖3.4：表3 復(fù)位條件項目符號最小值典型值最大值單位復(fù)位時間Trs1.0微秒上升時間Tr200納秒圖3.4 復(fù)位條件3.3 KS0108顯示RAM地址結(jié)構(gòu)KS0108中的顯示RAM共有64行，64列，其結(jié)構(gòu)見圖3.5圖3.5 顯示RAM地址結(jié)構(gòu)4 圖形動態(tài)顯示4.1 圖形

14、點陣式液晶顯示控制原理C8051F020實驗板中使用的是內(nèi)置實時顯示模塊CGM12864B的液晶屏。CGM12864B內(nèi)部沒有振蕩器電路，它必須由外部提供一個時序發(fā)生器作為振蕩源方可工作，它由兩片帶有64列驅(qū)動控制器KS0108和一片帶有64行驅(qū)動控制器KS0107組合而成。另外還可以附加負(fù)壓發(fā)生電路。顯示是以一12864 個點的液晶屏顯示。圖形實時顯示模塊KS0108將顯示區(qū)分為左右半屏，整個屏從上到下64 行分為8 頁，每頁8 行，頁地址范圍為：B8HBFH。列地址范圍為：40H7FH。數(shù)據(jù)為縱向讀寫，即每頁的第一行對應(yīng)D0 第八行對應(yīng)D7。左、右半屏由CS1、CS2選擇。控制器KS010

15、8 的指令相對簡單，總共七條指令：顯示開關(guān)設(shè)定（3EH/ 3FH），顯示起始行設(shè)定（C0H /FFH），頁地址設(shè)定（B8H/ BFH），列地址設(shè)定（40H/ 7FH）狀態(tài)讀取，寫數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)。12864點陣式液晶模塊的邏輯圖見圖4.14圖4.1 液晶模塊邏輯圖4.2 液晶顯示模塊外部接口外部接口信號見表11表11 外部接口信號管腳號管腳名稱LEVER管腳功能描述1Vss0電源地2Vdd+0.5V電源電壓3V0液晶顯示器驅(qū)動電壓4D/IH/LD/I=“H”，表示DB7DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I=“L”，表示DB7DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/WH/LR/W=“H”，E=“H”數(shù)據(jù)被讀到DB0DB7R/W

16、=“H”，E=“HL”數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6EH/LR/W=“L”，E信號下降沿鎖存DB7DB0R/W=“H”，E=“H”DDRAM數(shù)據(jù)讀到DB7DB07DB0H/L數(shù)據(jù)線8DB1H/L數(shù)據(jù)線9DB2H/L數(shù)據(jù)線10DB3H/L數(shù)據(jù)線11DB4H/L數(shù)據(jù)線12DB5H/L數(shù)據(jù)線13DB6H/L數(shù)據(jù)線14DB7H/L數(shù)據(jù)線15CS1H/LH：選擇芯片（右半屏）信號16CS2H/LH：選擇芯片（左半屏）信號17RSTH/L復(fù)位信號，低電平復(fù)位18Vee-10VLCD驅(qū)動負(fù)電壓19LED-LED背光板電源20LED+-LED背光板電源12864A接口定義及其與C8051F020的接口電路圖見圖4.2

17、圖4.2 接口電路KS0108采用8位數(shù)據(jù)傳送，間接控制方式。所謂間接控制方式就是通過單片機(jī)的并行接口與實時顯示模塊直接連接，單片機(jī)通過對這些接口的操作，實現(xiàn)對實時顯示模塊的控制，完成相應(yīng)的顯示，可以顯示數(shù)字、字母、圖形符號及自定義符號。使用LCD做數(shù)據(jù)顯示，一旦數(shù)據(jù)寫入LCD，數(shù)據(jù)就會一直顯示在液晶屏上，不必像數(shù)碼管顯示那樣要定時掃描才能將數(shù)據(jù)顯示，其顯示效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過數(shù)碼管顯示。4.3 程序流程程序流程見圖4.2和圖4.3初始化時鐘初始化定時器0初始化IO口初始化SPIO使能比較器1使能片內(nèi)參考電壓使能DAC0開中斷調(diào)用顯示子程序開始結(jié)束圖4.2 主程序流程圖實現(xiàn)位圖左右移動靜態(tài)顯示文字實現(xiàn)

18、位圖上下滾動靜態(tài)顯示位圖字符從右向左移動字符從上到下移動開始5 總結(jié)實時顯示器（LCD）具有圖形顯示功耗低、體積小、質(zhì)量輕、超薄等諸多其它顯示器無法比擬的優(yōu)點，被廣泛用于智能型儀器和低功耗電子產(chǎn)品中。圖形點陣式LCD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，并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本特征顯示等功能，用途十分廣泛。本文介紹采用新華龍分司的內(nèi)置兩片KS0108驅(qū)動控制器的點陣型實時顯示模塊CMG12864B與C8051F020接口的性能特點、硬件電路接口時序和接口軟件編程思路及其接口調(diào)試。DSP（數(shù)字信號處理）系統(tǒng)液晶模塊的使用，在硬件方面，關(guān)鍵要滿足實時的接口時序：在軟件方面，要正確進(jìn)行初始化。這樣就可以隨心所欲顯示信息了。致 謝首先，我要感謝我的導(dǎo)師苑毅老師。我的論文自始至終都是在苑老師的關(guān)心和指導(dǎo)下完成的。苑老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯孔黠L(fēng)，謙虛的工作態(tài)度深深地感染了我，讓我在畢業(yè)論文設(shè)計的路上始終能夠健康成長。在此，我對苑老師對我的培養(yǎng)、教育、關(guān)心和愛護(hù)表示我深深的謝意。 參考文獻(xiàn)1李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北