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(shí)時(shí)顯示 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(zhuān)業(yè) 10 級(jí) 三 年制 （1） 班 2013年 3月 20日摘 要本文圍繞設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為L(zhǎng)CD實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)控制器為主線，基于單片機(jī)8051，采用的實(shí)時(shí)顯示控制器的芯片是SED1520，主要實(shí)現(xiàn)中文顯示、滾屏以及左右移動(dòng)功能。同時(shí)也對(duì)部分芯片和外圍電路進(jìn)行了介紹和設(shè)計(jì)，并附以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖加以說(shuō)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(gè)接口模塊的功能及工作過(guò)程，并詳細(xì)闡述了程序的各個(gè)模塊。本系統(tǒng)是以單片機(jī)的匯編語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，指令

2、的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲(chǔ)空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。其次闡述了部分程序的流程圖和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。本文撰寫(xiě)的主導(dǎo)思想是軟、硬件相結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，來(lái)進(jìn)行各功能模塊的編寫(xiě)。最后對(duì)我所開(kāi)發(fā)的用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)LCD實(shí)時(shí)顯示器控制原理的設(shè)計(jì)思想和軟、硬件調(diào)試作了詳細(xì)的論述。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)、實(shí)時(shí)顯示、8051、SED1520目 錄1 緒 論11.1 單片機(jī)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題背景41.2 開(kāi)發(fā)單片機(jī)實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)42.1 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)i52.2 C

3、8051F020單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)ii52.3 CIP-51CPU63 實(shí)時(shí)顯示控制器KS010873.1 KS0108的特點(diǎn)83.2 KS0108的時(shí)序493.2.1 KS0108與68系列微處理器直接接口的時(shí)序93.2.2 復(fù)位時(shí)序103.3 KS0108顯示RAM地址結(jié)構(gòu)104 圖形動(dòng)態(tài)顯示124.1 圖形點(diǎn)陣式實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題背景單片機(jī)實(shí)時(shí)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)陣式實(shí)時(shí)顯示屏所組成的一個(gè)顯示系統(tǒng)。實(shí)時(shí)顯示器與CRT（cathode-ray tube，陰極射線管)、LED

4、(light-emitting diode，發(fā)光二級(jí)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(chē)內(nèi)廣告、在型智能廣告、可視電話(huà)、儀表盤(pán)、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(kāi)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(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，是基于KS0108實(shí)時(shí)顯示控制器，在C8051F020單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。利用單片機(jī)控制實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的原理，完成單片機(jī)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.3 課題完成的功能所選的單片機(jī)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是在C8051F020系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)的。C8051F020中有內(nèi)藏KS0108控制器的液晶模塊CGM12864B。KS0108，128&#

5、215;64個(gè)點(diǎn)陣，與行控制器KS0107配合使用，組成實(shí)時(shí)顯示驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。我最主要是用KS0108來(lái)設(shè)計(jì)圖形動(dòng)態(tài)顯示。2 單片機(jī)與C8051F020單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2.1 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過(guò)了近20年的發(fā)展路程。縱觀20年來(lái)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(dòng)，表現(xiàn)出比微處理器更具個(gè)性的發(fā)展趨勢(shì)。 單片機(jī)壽命長(zhǎng) 一般說(shuō)來(lái)，單片機(jī)開(kāi)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(zhǎng)壽命表現(xiàn)在它不會(huì)像386、486

6、、586等MPU一樣，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，更新?lián)Q代的速度越來(lái)越快，很短的時(shí)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?yàn)樗鼈冊(cè)谄鋵?duì)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(gè)動(dòng)向。長(zhǎng)期以來(lái)，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展是以8位機(jī)為主的。隨著移動(dòng)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(zhǎng)足的發(fā)展，而16位單片機(jī)的發(fā)展無(wú)論從品種和產(chǎn)量方面，近年來(lái)也有較大幅度的增長(zhǎng)。 單片機(jī)的速度越來(lái)越快 MPU發(fā)展中表現(xiàn)出來(lái)的速度越來(lái)越

7、快是以時(shí)鐘頻率越來(lái)越高為標(biāo)志的。而單片機(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(shí)鐘頻率而不犧牲運(yùn)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(shí)序，在不提高時(shí)鐘頻率的條件下，使運(yùn)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(diǎn)。2.2 C8051F020單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)C8051F020器件是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)MCU（微程序控制器）芯片，具有64個(gè)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

8、, 每秒百萬(wàn)條指令)）·全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口(片內(nèi))·真正12位、100ksps的8通道ADC,帶PGA和模擬多路開(kāi)關(guān)·兩個(gè)12位DAC,可編程更新時(shí)序·64K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)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(chǔ)器接口·硬件實(shí)現(xiàn)的SPI、SMBus/I2C和兩個(gè)UART串行接口·5個(gè)通用的16位定時(shí)器·具有5個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列·片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器每個(gè)MCU都可在工業(yè)溫度范

9、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(hào)電壓。C8051020為100腳TQFP封裝(見(jiàn)圖2.1)。圖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(zhuān)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(kāi)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(gè)16位的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、兩個(gè)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

10、8/4個(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的8051中，除MUL和DIV以外所有指令都需要12或24個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為1224MHz。而對(duì)于CIP-51內(nèi)核，70的指令的執(zhí)行時(shí)間為1或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有4條指令的執(zhí)行時(shí)間大于4個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。·可編程計(jì)數(shù)器陣列除了5個(gè)16位的通用計(jì)數(shù)器/定時(shí)器之外，C8051F020 MCU系列還有一個(gè)片內(nèi)可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA）。PCA包括一個(gè)專(zhuān)用的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器時(shí)間基準(zhǔn)和5個(gè)可編程的捕捉/比較模塊。時(shí)間基準(zhǔn)的時(shí)鐘可以是

11、下面的6個(gè)時(shí)鐘源之一：系統(tǒng)時(shí)鐘/12、系統(tǒng)時(shí)鐘/4、定時(shí)器0溢出、外部時(shí)鐘輸入（ECI）、系統(tǒng)時(shí)鐘和外部振蕩器源頻率/8。3 實(shí)時(shí)顯示控制器KS0108KS0108是一種帶有驅(qū)動(dòng)輸出的點(diǎn)陣型實(shí)時(shí)顯示控制器，它可直接與8位微處理器相連，它可與KS0107配合對(duì)實(shí)時(shí)顯示控制器進(jìn)行行、列驅(qū)動(dòng)，組成實(shí)時(shí)顯示驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。3.1 KS0108的特點(diǎn)(1).內(nèi)藏64×64=4096位顯示RAM，RAM中每位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)LCD屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)；(2).KS0108是列驅(qū)動(dòng)器，具有64路列驅(qū)動(dòng)輸出；(3).KS0108讀、寫(xiě)操作時(shí)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；(

12、4).KS0108的占空比為1/481/64；(5).具有專(zhuān)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(shí)現(xiàn)畫(huà)面滾動(dòng)、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64KB；字符方式為4KB。KS0108的管腳見(jiàn)圖3.1所示：圖3.1 KS0108管腳圖KS0108的引腳功能見(jiàn)表1表1 引腳功能引腳符號(hào)狀態(tài)引腳名稱(chēng)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(xiě)使能信號(hào)在E下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存（寫(xiě)）入KS0108；在E高電平時(shí)，數(shù)據(jù)被讀出R/W輸入讀寫(xiě)選擇信號(hào)R/W=1，為讀選通；R/W=0為寫(xiě)選通RS（

13、也習(xí)慣叫做D/I）輸入數(shù)據(jù)、指令選擇信號(hào)RS=1為數(shù)據(jù)操作RS=0為寫(xiě)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(hào)低電平有效，復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，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MPU控制；也右直接接VDD，使之不起作用。3.2 KS0108的時(shí)序43.2.1 KS0108與68系列微處理器直接接口的時(shí)序各種信號(hào)波形對(duì)照見(jiàn)表2：表2 信號(hào)波形MPU讀時(shí)序見(jiàn)圖3.2：圖3.2 讀時(shí)序MPU寫(xiě)時(shí)序見(jiàn)圖3.3：圖3.3 寫(xiě)時(shí)序3.2.2 復(fù)位時(shí)序復(fù)位后，KA0108顯示關(guān)閉，顯存地址歸零。復(fù)位條件見(jiàn)表3和圖3.4：表3 復(fù)位條件項(xiàng)目符號(hào)最小值典型值最大值單位復(fù)位

14、時(shí)間Trs1.0微秒上升時(shí)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(jiàn)圖3.5圖3.5 顯示RAM地址結(jié)構(gòu)4 圖形動(dòng)態(tài)顯示4.1 圖形點(diǎn)陣式液晶顯示控制原理C8051F020實(shí)驗(yàn)板中使用的是內(nèi)置實(shí)時(shí)顯示模塊CGM12864B的液晶屏。CGM12864B內(nèi)部沒(méi)有振蕩器電路，它必須由外部提供一個(gè)時(shí)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(dòng)控制器KS0108和一片帶有64行驅(qū)動(dòng)控制器KS0107組合而成。另外還可以附加負(fù)壓發(fā)生電路。顯示是以一128×64 個(gè)點(diǎn)的液晶屏顯示。圖形實(shí)時(shí)顯示模塊KS010

15、8將顯示區(qū)分為左右半屏，整個(gè)屏從上到下64 行分為8 頁(yè)，每頁(yè)8 行，頁(yè)地址范圍為：B8HBFH。列地址范圍為：40H7FH。數(shù)據(jù)為縱向讀寫(xiě)，即每頁(yè)的第一行對(duì)應(yīng)D0 第八行對(duì)應(yīng)D7。左、右半屏由CS1、CS2選擇?？刂破鱇S0108 的指令相對(duì)簡(jiǎn)單，總共七條指令：顯示開(kāi)關(guān)設(shè)定（3EH/ 3FH），顯示起始行設(shè)定（C0H /FFH），頁(yè)地址設(shè)定（B8H/ BFH），列地址設(shè)定（40H/ 7FH）狀態(tài)讀取，寫(xiě)數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)。128×64點(diǎn)陣式液晶模塊的邏輯圖見(jiàn)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(hào)見(jiàn)表11表11 外部接口信號(hào)管腳號(hào)管腳名稱(chēng)LEVER管腳功

16、能描述1Vss0電源地2Vdd+0.5V電源電壓3V0液晶顯示器驅(qū)動(dòng)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=“H”，E=“HL”數(shù)據(jù)被寫(xiě)到IR或DR6EH/LR/W=“L”，E信號(hào)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

17、）信號(hào)16CS2H/LH：選擇芯片（左半屏）信號(hào)17RSTH/L復(fù)位信號(hào)，低電平復(fù)位18Vee-10VLCD驅(qū)動(dòng)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(jiàn)圖4.2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(guò)單片機(jī)的并行接口與實(shí)時(shí)顯示模塊直接連接，單片機(jī)通過(guò)對(duì)這些接口的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)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(hào)及自定義符號(hào)。使用LCD做數(shù)據(jù)顯示，一旦數(shù)據(jù)寫(xiě)入LCD，數(shù)據(jù)就會(huì)一直顯示在液晶屏上，不必像數(shù)碼管顯示那樣要定時(shí)掃描才能將數(shù)據(jù)顯示，其顯

18、示效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)數(shù)碼管顯示。4.3 程序流程程序流程見(jiàn)圖4.2和圖4.3初始化時(shí)鐘初始化定時(shí)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(kāi)中斷調(diào)用顯示子程序開(kāi)始結(jié)束 圖4.2 主程序流程圖 實(shí)現(xiàn)位圖左右移動(dòng)靜態(tài)顯示文字實(shí)現(xiàn)位圖上下滾動(dòng)靜態(tài)顯示位圖字符從右向左移動(dòng)字符從上到下移動(dòng)開(kāi)始 5 總 結(jié)實(shí)時(shí)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(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于智能型儀器和低功耗電子產(chǎn)品中。圖形點(diǎn)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(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫(huà)、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(dòng)控制器的點(diǎn)陣型實(shí)時(shí)顯示模塊CMG12864B與C8051F020接口的性能特點(diǎn)、硬件電路接口時(shí)序和接口軟件編程思路及其接口調(diào)試。DSP（數(shù)字信號(hào)處理）系統(tǒng)液晶模塊的使用，在硬件方面，關(guān)鍵要滿(mǎn)足實(shí)時(shí)的接口時(shí)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(jì)的路上始終能夠健康成長(zhǎng)。在此，我對(duì)苑老師對(duì)我的培養(yǎng)、教育、關(guān)心和愛(ài)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