嵌入式系统课程设计基于ARM的LCD显示屏驱动程序设计.docx
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嵌入式系统课程设计基于ARM的LCD显示屏驱动程序设计
前言1
1.系统设计1
1.1涉及的软硬件简介1
1.1.1Proteus7.8简介1
1.1.2RVDS简介2
1.1.3芯片LPC2106简介2
1.2LCD显示原理和初始化流程图3
1.2.1LCD显示简介3
1.2.2LCD相关参数4
1.3Proteus仿真电路7
1.3.1Proteus仿真元件清单7
1.3.2Proteus仿真电路图截图7
1.4程序代码分模块介绍8
2.实验（测试）结果18
3.总结19
参考文献19
前言
近年来，随着计算机技术及集成电路技术的发展，嵌入式技术日渐普及，在通讯、网络、工控、医疗、电子等领域发挥着越来越重要的作用。
嵌入式系统无疑成为当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。
液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。
通过显示器同步显示元器件的状态可以更深刻地理解控制的原理。
通过Proteus模拟ARM7芯片设计，可以增强我们的自学能力和思考能力，掌握科学研究的方法，提高信息检索的能力以及获取与时俱进知识的能力。
同时，使我们深刻学习了ARM的相关知识，增强对实际电路的感性认识，提高了分析问题，处理问题的能力。
运用Keil编译C语言，连接生成Hex文件和Axf文件。
使用PROTEUS7.8SP2仿真,选用ARM7LPC2106芯片和LCD1602，导入Hex或文件，然后进行软件仿真调试。
1.系统设计
1.1涉及的软硬件简介
设计中软件主要用到了模型仿真软件Proteus和编译套件RVDS（RealViewDevelopmentSuite），硬件主要采用了NXP公司的LPC2106微控制器。
1.1.1Proteus7.8简介
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：
*.hex（或者*.axf），可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。
前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。
它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。
这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：
元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
1.1.2RVDS简介
RealViewDevelopmentSuite（RVDS）是ARM公司继SDT与ADS1.2之后主推的新一代开发工具。
RVDS集成的RVCT是业内公认的能够支持所有ARM处理器，并提供最好的执行性能的编译器。
RealViewDeveloperSuite支持所有ARM系列核心，并与众多第三方实时操作系统及工具商合作简化开发流程。
RVDS包含有四个模块：
（1）IDE：
RVDS中集成了EclipseIDE，用于代码的编辑和管理。
支持语句高亮和多颜色显示，以工程的方式管理代码，支持第三方Eclipse功能插件。
（2）RVCT：
RVCT是业界最优秀的编译器，支持全系列的ARM和XSCALE架构，支持汇编、C和C++。
（3）RVD：
是RVDS中的调试软件，功能强大，支持Flash烧写和多核调试，支持多种调试手段，快速错误定位。
（4）RVISS：
是指令集仿真器，支持外设虚拟，可以使软件开发和硬件开发同步进行，同时可以分析代码性能，加快软件开发速度。
RVDS具有代码小执行效率高、支持Linux操作系统、调试功能强大、可虚拟外设等优点，同时还具有内容丰富的在线文档。
1.1.3芯片LPC2106简介
LPC2106/2105/2104包含一个支持仿真的ARM7TDMI-SCPU、与片内存储器控制器接口的ARM7局部总线、与中断控制器接口的AMBA高性能总线（AHB）和连接片内外设功能的VLSI外设总线（VPB，ARMAMBA总线的兼容超集）。
LPC2106/2105/2104将ARM7TDMI-S配置为小端（little-endian）字节顺序。
AHB外设分配了2M字节的地址范围，它位于4G字节ARM存储器空间的最顶端。
每个AHB外设都分配了16k字节的地址空间。
LPC2106/2105/2104的外设功能（中断控制器除外）都连接到VPB总线。
AHB到VPB的桥接将VPB总线与AHB总线相连。
VPB外设也分配了2M字节的地址范围，从3.5GB地址点开始。
每个VPB外设在VPB地址空间内都分配了16k字节地址空间。
它拥有以下特性：
◆ARM7TDMI-S处理器
◆128k字节片内Flash程序存储器，具有ISP和IAP功能。
◆Flash编程时间：
1ms可编程512字节，扇区擦除或整片擦除只需400ms。
◆64/32/16K字节静态RAM（LPC2106/2105/2104）
◆向量中断控制器
◆仿真跟踪模块，支持实时跟踪
◆RealMonitor模块支持实时调试
◆标准ARM测试/调试接口，兼容现有工具
◆极小封装：
TQFP48（7×7mm2）
◆双UART，其中一个带有完全的调制解调器接口
◆I2C串行接口
◆SPI串行接口
◆两个定时器，分别具有4路捕获/比较通道
◆多达6路输出的PWM单元
◆实时时钟
◆看门狗定时器
◆通用I/O口
◆CPU操作频率可达60MHz
◆双电源
－CPU操作电压范围：
1.65V~1.95V（1.8V±8.3%）
－I/O电压范围：
3.0V~3.6V（3.3V±10%）
◆两个低功耗模式：
空闲和掉电
◆通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒
◆外设功能可单独使能/禁止，实现功耗最优化
◆片内晶振的操作频率范围：
10MHz~25MHz
◆片内PLL允许CPU以最大速度运行，可以在超过整个晶振操作频率范围的情况下使用。
由于拥有以上特性，LPC2106适用于nternet网关、串行通信协议转换器、访问控制、工业控制、医疗设备及其它各种类型的应用。
1.2LCD显示原理和初始化流程图
1.2.1LCD显示简介
①液晶显示原理
液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。
液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。
②液晶显示器的分类
液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。
除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。
如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（SimpleMatrix）和主动矩阵驱动（ActiveMatrix）三种。
③液晶显示器各种图形的显示原理:
◆线段的显示
点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。
例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。
这就是LCD显示的基本原理。
◆字符的显示
用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。
这样一来就组成某个字符。
但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。
◆汉字的显示
汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5……右边为2、4、6……根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节……直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。
1.2.2LCD相关参数
◆1602LCD主要技术参数：
显示容量:
16×2个字符
芯片工作电压:
4.5—5.5V
工作电流:
2.0mA（5.0V）
模块最佳工作电压:
5.0V
字符尺寸:
2.95×4.35（W×H）mm
◆引脚功能说明
1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下表所示:
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
第1脚：
VSS为地电源。
第2脚：
VDD接5V正电源。
第3脚：
VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
第15脚：
背光源正极。
第16脚：
背光源负极。
◆1602LCD的指令说明及时序
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如下表所示：
序号
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
4
显示开/关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
6
置功能
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器地址
0
0
0
1
字符发生存贮器地址
8
置数据存贮器地址
0
0
1
显示数据存贮器地址
9
读忙标志或地址
0
1
BF
计数器地址
10
写数到CGRAM或DDRAM）
1
0
要写的数据内容
11
从CGRAM或DDRAM读数
1
1
读出的数据内容
1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。
（说明：
1为高电平、0为低电平）
指令1：
清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。
指令2：
光标复位，光标返回到地址00H。
指令3：
光标和显示模式设置I/D：
光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:
屏幕上所有文字是否左移或者右移。
高电平表示有效，低电平则无效。
指令4：
显示开关控制。
D：
控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：
控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：
控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。
指令5：
光标或显示移位S/C：
高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。
指令6：
功能设置命令DL：
高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：
低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:
低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。
指令7：
字符发生器RAM地址设置。
指令8：
DDRAM地址设置。
指令9：
读忙信号和光标地址BF：
为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。
指令10：
写数据。
指令11：
读数据。
与HD44780相兼容的芯片时序表如下所示：
读状态
输入
RS=L，R/W=H，E=H
输出
D0—D7=状态字
写指令
输入
RS=L，R/W=L，D0—D7=指令码，E=高脉冲
输出
无
读数据
输入
RS=H，R/W=H，E=H
输出
D0—D7=数据
写数据
输入
RS=H，R/W=L，D0—D7=数据，E=高脉冲
输出
无
读写操作时序如下图所示：
读操作时序图
写操作时序图
◆1602LCD的RAM地址映射及标准字库表
液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。
要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，下图所示为1602的内部显示地址。
例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？
这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B（80H）=11000000B（C0H）。
在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。
每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”
1.3Proteus仿真电路
使用Proteus进行仿真电路设计，下面依次介绍仿真细节。
1.3.1Proteus仿真元件清单
元件名称
规格型号
单位
数量
ARM7芯片
LPC2106
片
1
LCD1602
LM016L
个
1
瓷片电容
CAP-ELEC
个
1
电源
+3.3V
个
1
电源
+1.8V
个
1
电阻
10K欧姆
只
2
1.3.2Proteus仿真电路图截图
1.4程序代码分模块介绍
实验的C语言程序代码如下所示（附注释）：
//main.c
/****************************************************************************
*File:
main.c
*功能：
向LCD输出HelloWorld
****************************************************************************/
#include"config.h"
#definers（1<<8）
#definerw（1<<9）
#defineen（1<<10）
#definebusy（1<<7）
uint8txt[]={"HelloWorld"};
/****************************************************************************
*名称：
ChkBusy（）
*功能：
检查总线是否忙
****************************************************************************/
voidChkBusy（）
{
IODIR=0x700;
while
（1）
{
IOCLR=rs;
IOSET=rw;
IOSET=en;
if（!
（IOPIN&busy））break;
IOCLR=en;
}
IODIR=0x7ff;
}
/****************************************************************************
*名称：
WrOp（）
*功能：
写函数
****************************************************************************/
voidWrOp（uint8dat）
{
ChkBusy（）;
IOCLR=rs;//全部清零
IOCLR=rw;
IOCLR=0xff;//先清零
IOSET=dat;//再送数
IOSET=en;
IOCLR=en;
}
/****************************************************************************
*名称：
WrDat（）
*功能：
写数据函数
****************************************************************************/
voidWrDat（uint8dat）
{
ChkBusy（）;
IOSET=rs;
IOCLR=rw;
IOCLR=0xff;//先清零
IOSET=dat;//再送数
IOSET=en;
IOCLR=en;
}
/****************************************************************************
*名称：
lcd_init（）
*功能：
lcd初始化函数
****************************************************************************/
voidlcd_init（void）
{
WrOp（0x38）;
WrOp（0x06）;//光标加1
WrOp（0x0c）;//开显示
}
/****************************************************************************
*名称：
DisText（）
*功能：
显示文本函数
****************************************************************************/
voidDisText（uint8addr,uint8*p）
{
WrOp（addr）;
while（*p!
='\0'）WrDat（*（p++））;
}
/****************************************************************************
*名称：
main（）
*功能：
显示文本
****************************************************************************/
intmain（void）
{
lcd_init（）;
IODIR=0x7ff;//设置为输出
IOCLR=0x7ff;
DisText（0x86,txt）;
while
（1）;
}
//LPC2106.h
/*ExternalInterrupts*/
/*外部中断控制寄存器*/
#defineEXTINT（*（（volatileunsignedchar*）0xE01FC140））//外部中断标志寄存器
#defineEXTWAKE（*（（volatileunsignedchar*）0xE01FC144））//外部中断唤醒,是否从处理器掉电中唤醒
/*SMemorymappingcontrol.*/
/*内存remap控制寄存器*/
#defineMEMMAP（*（（volatileunsignedlong*）0xE01FC040））//选择读取向量的不同地址
/*PhaseLockedLoop（PLL）*/
/*PLL控制寄存器*/
#definePLLCON（*（（volatileunsignedchar*）0xE01FC080））//PLL控制位保持寄存器
#definePLLCFG（*（（volatileunsignedchar*）0xE01FC084））//PLL配置值保持寄存器
#definePLLSTAT（*（（volatileunsignedshort*）0xE01FC088））//控制和配置信息读回寄存器
#definePLLFEED（*（（volatileunsignedchar*）0xE01FC08C））//使能控制和配置
/*PowerControl*/
/*功率控制寄存器*/
#definePCON（*（（volatileunsignedchar*）0xE01FC0
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