基于单片机的液晶(LCD)图文显示系统设计.doc
《基于单片机的液晶(LCD)图文显示系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的液晶(LCD)图文显示系统设计.doc（41页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
基于单片机的液晶（LCD）图文显示系统设计
摘要本文选用的是液晶显示控制器的芯片Ampire128×64，这是建立在单片机AT89C51的基础之上，并且围绕的主线是单片机LCD液晶显示系统控制器。
主要实现汉字显示与图像显示，还介绍了芯片的设计部分与外部电路，并用系统方框图来说明，重点介绍了应用该系统的各硬件接口模块的功能及工作过程，并详细阐述了程序的各个模块。
因为C语言指令的执行速度快且节省存储空间，所以本文设计采用的是单片机C语言进行软件设计。
该软件设计采用的是模块化设计，这样会有利于扩张和更改，而且对于程序设计的逻辑关系而言，这样会使得它看上去更加简洁明了，软件协调的控制硬件运行。
另外部分程序的流程图和实现过程将会被说明出来。
本文撰写的主导思路是建立在硬件的基础之上，采用软、硬件相结合的方式，来对各功能模块进行编写。
最后，我设计的思想是软件和硬件调试的单片机LCD显示器的控制原理进行了详细的讨论。
关键字：
液晶显示器、89C51单片机、Ampire128×64
Liquidcrystal（LCD）displaysystembasedongraphicdesign
AbstractThispaperistheselectionofLCDcontrollerchipampire128*64,isbasedonsinglechipmicrocomputerAT89C51,AndaroundthemainlineisthemicrocontrollerLCDcontroller.ThemainachievementofChinesecharacterdisplayandimagedisplay,Italsodescribesthedesignofthechipandtheexternalcircuit,andusethesystemblockdiagramtoillustratetheapplicationfocusesonthefunctionof
eachofthesystem'shardwareinterfacemodulesandworkingprocesses,andelaboratesthevariousmodulesoftheprogram.BecausetheClanguageinstructionexecutionspeedandsavethememoryspace,sothisdesignisadoptedtodesignthesoftwareofsinglechipClanguage.Thesoftwareisdesignedusingamodulardesign,whichwillfacilitatetheexpansionandchange,butalsoforlogicprogrammingisconcerned,thiswillmakeitlookmoreconcise,coordinatedcontrolhardwaretorunthesoftware.Anotherpartoftheflowchartofprogramandtherealizationoftheprocesswillbedescribed.Asofthiswritingthedominantideaisbuiltonthebasisofhardware,usingsoftwareandhardwarecombinationtobewrittenforeachfunctionalmodule.Finally,IthoughtthedesignprincipleistocontrolthesoftwareandhardwaredebuggingMCULCDmonitorswerediscussedindetail.
Keywords:
Liquidcrystal、display89C51、ampire128×64
1
目录
第一章引言 1
1.1课题的研究背景 1
1.2课题的提出及研究意义 1
1.3论文的主要任务和所做的工作 1
第二章系统方案设计 3
2.1电路硬件设计原理图 3
电路硬件设计原理图如图2-1所示。
3
2.2软件设计方案 3
2.3仿真结果 4
第三章硬件电路设计 6
3.1单片机模块设计 6
3.1.1单片机内部的组成功能图 6
3.1.2单片机的CPU结构 7
3.1.3芯片介绍 8
3.1.4引脚介绍 9
3.2液晶（LCD）模块 11
3.2.1LCD12864概述 11
3.2.2基本特性 11
3.2.3LCD接口 12
3.2.4LCD字符显示 13
3.3接口时序说明 14
第四章系统软件设计 16
4.1系统流程图 16
如图4-1所示。
16
4.2汉字和图像显示 16
4.3汉字图形显示函数 17
第五章系统整机调试及功能测试 20
5.1ProteusISIS仿真系统基本知识 20
5.1.1系统概述 20
5.1.2进入ProteusISIS界面 21
5.1.3Proteus工作界面及窗口说明 21
5.1.4Proteus绘图流程举例 23
5.2程序编译环境——KeiluVisual4 24
5.2.1创建项目 25
5.2.2为项目新建文件 26
5.2.3生成.HEX文件 28
参考文献 29
附录 30
第一章引言
1.1课题的研究背景
当今社会全面进入信息时代，充分掌握信息的重要性是不言而喻的，于此同时获得信息的方式显得尤为重要。
有80%人们收到的视觉信息，无论用何种方式得到的信息最终需要用某种显示方式表示出来。
在许多显示技术中，其中使用范围最广、发展速度最快的是围绕液晶显示器LCD（LiquidCrystalDisplay）的平板显示器。
液晶是一种典型的光电器件，它是基于材料科学和精密光电、机械及计算机技术的综合运用，并正在微机械、微光学、光纤领域研究基础上，向高集成化、智能化方向发展。
1.2课题的提出及研究意义
液晶的普及应用和技术的逐渐成熟，对设备，仪器仪表和智能小型化带来了一个光明的未来，尤其是点阵图形式液晶显示模块，它的体积较小，重量偏轻，且它的电压和功耗都比较低，这是其优点之所在，因此液晶所独具的功能都在显示效果和显示内容上表现出来。
由于液晶显示器、各类显示设备、仪器仪表和一些便携式电子产品已经成为人们日常生活和工作中不可或缺的组成部分，所以对于点阵图形液晶显示屏（模块）的开发，设计，应用和研究具有重要意义。
1.3论文的主要任务和所做的工作
本文设计是在LCD广泛应用的基础上，用键盘来作为它的输入设备，控制中心采用的是at89C51，它的显示功能是通过液晶和字符来显示和实现的。
主要实现汉字显示与图像显示，还介绍了芯片的设计部分与外部电路，并用系统方框图来说明，重点介绍了应用该系统的各硬件接口模块的功能及工作过程，并详细阐述了程序的各个模块。
本文撰写的主导思路是建立在硬件的基础之上，采用软、硬件相结合的方式，来对各功能模块进行编写。
这样会使得它看上去更加简洁明了，软件协调的控制硬件运行。
另外部分程序的流程图和实现过程将会被说明出来。
通过本次论文设计让我更深一步的掌握了LCD12864芯片的使用方法，同时也掌握了字模提取模块，掌握了它的方法和具体步骤。
在未来的发展过程中希望进一步的对单片机进行更深层次的了解。
论文主要主要实现液晶的图形和文字的显示任务，还介绍了单片机基础知识和Protues绘原理图、Keil编程软件的学习和操作。
硬件电路和软件结合体现了系统电路的灵活性和实用性。
第二章系统方案设计
2.1电路硬件设计原理图
电路硬件设计原理图如图2-1所示。
图2-1电路硬件设计原理图
2.2软件设计方案
上图是Proteus仿真软件按照实现原理功能绘制的，根据上图把所有的线都接到对应的位置中，接好即可。
然后zimo21字模提取软件提取汉字的十六点阵，然后再编写C语言程序放入KeiluVision4中，通过编译连接，就可以生成十六进制文件，再把生成好的十六进制文件全部加载到Proteus中，这样就可以进行仿真。
2.3仿真结果
（1）Flash动画显示------鸟儿飞部分帧：
如图2-2、2-3所示。
图2-2Flash动画一帧
图2-3Flash动画一帧
（2）动感汉字显示------三联学院欢迎您：
如图2-4所示。
图2-4汉字显示
第三章硬件电路设计
3.1单片机模块设计
3.1.1单片机内部的组成功能图如图3-1所示。
Int0Int1外部中断TxdRxd
4K字节
ROM
串行传输
接口
128字节
RAM
中断控制
计时器0
计时器1
串行接口
CPU
总线
控制器
计时器0
VO控制端口
系统工作
时钟
TO
计时器1
T1
WRRDP0P1P2P3
图3-1单片机内部的组成结构图
3.1.2单片机的CPU结构如图3-2所示。
p0.0-p0.7p2.0-p2.7
端口0驱动器
端口2驱动器
ROM
端口2锁存器
端口0锁存器
RAM地址锁存器
RAM
程序地址寄存器
缓冲器
寄存器
堆栈指针SP
ACC
PC+1寄存器
TMP1
TMP2
PCON
SCON
TMOD
TCON
TH0
TL0
TH1
TL1
SBUF（TX/RX）
IE
IP
中断、串行口和定时器逻辑
PC
ALU
DPTR指针
PSW
定时控制逻辑
指令寄存器
指令译码器
端口1锁存器
端口3锁存器
端口1驱动器
端口3驱动器
PSEN
ALE
EA
p1.0-p1.7p3.0-p3.7
OSC
XTAL1XTAL1
XTAL2
图3-2单片机CPU结构
3.1.3芯片介绍
单片机还可以叫做单片微控制器，它是把一个计算机系统的电路结构全部集成到一个芯片上，这就是它区别于逻辑功能芯片的原因。
一个微控制器包括运算器、控制器、存储器、输入和输出设备，我们可以看到，它就好似于一个微小的计算机，不过它不同于计算机，因为相较计算机，它缺少了很多外围设备。
单片机具有小巧灵活，成本低廉，应用范围非常广的优点，这就我们为学习和开发电子设备创造了有利条件。
at89c51是51系列单片机的一个型号，其亦是由atmel公司出产的[6]。
此型号的单片机是一类低电压，高性能的cmos8位的单片机，内部包括8kbytes能够重复更改写入的Flash只读流程存储器和256bytes随机存取数据存储器（RAM），配置是选用atmel公司的高密度、不容易丢失性的保留技术生产，兼容mcs-51指令体系的标准，内部有Flash存储单元和通用的8位中央处理器（cpu即CentralProcessingUnit），作用相当大的at89c51单片机能够供给很多比较繁杂的体系控制操纵局面[7]。
主要性能参数：
4K字节可重复写flash闪速存储器
完全兼容MCS-51指令系统
1000次擦写周期
全静态操作：
0HZ－24MHZ
128*8字节内部RAM
三级加密程序存储器
6个中断源
2个16位定时／计数器
32个可编程I/O口
可编程串行UART通道
低功耗空闲和掉电模式
功能特性概述：
AT89C51单片机拥有4K字节闪存，128k字节RAM，可以进行全双工串通信，32位I/O（输入/输出）口，有一个5向量两级中断结构和两个16位定时／计数器，时钟电路和片内振荡器。
并且AT89C51可降至0HZ的静态逻辑操作，且支持可选的两种软件的节电工作模式。
停止CPU的工作的是空闲方式，但允许RAM，定时／计数器，中断系统和串行通信口继续工作。
保存RAM中内容的是掉电方式，但振荡器停止工作并禁止其它所有的部件工作直到下一个硬件复位为止[7]。
3.1.4引脚介绍如图3-3
图3-3引脚图
1.电源
Vcc：
正常工作时的电源，连接+5v[7]。
Vss：
电源地线，接地端。
2.两个晶体引脚XTAL1，XTAL2
外部晶振XTAL1（第19引脚）：
其引脚主要是接外部石英晶体的一端。
它在AT89C51单片机也作为一个反相放大器的输入端从而构成片内振荡器。
当采用外部时钟时这个晶振引脚接地；但是有时也可以作为外部振荡的输入端。
比如CHMOS单片机。
晶振引脚XTAL2（第18引脚）：
位于AT89C51单片机的内部该引脚接外部晶体的另一端。
在单片机接反相放大器输入端。
除此之外当采用外部时钟时，对于AT89C51单片机外部震荡信号的输入端就是这个引脚；除此之外该引脚是悬空不接任何电源。
3.控制引脚
RST：
复位输入。
应该保持RST脚两个机器周期的高电平时间在振荡器复位器件时。
ALE/PROG：
访问外部存储器，存储器地址锁状态字节地址锁存输出级存储器允许。
在这个引脚输入编程脉冲，FLASH编程。
通常，具有稳定的输出正脉冲信号端，是六分之一频振荡器。
因此，它可以用于定时目的。
这个引脚会被拉高。
无效的由于外部执行ALE禁止微处理器。
/PSEN：
外部程序内存闪光灯。
它有两次有效的外部程序存储器进行存取。
他们不会呈现在可以访问外部数据存储器。
/EA/VPP：
保持在/EA的一个较低的水平，在外部程序存储器（0000h-ffffh），带或不带内部程序存储器。
当加密方法1，／EA将内部锁复位；当/EA端一直停留在高电平，那么会出现在内部程序存储器中。
4.I/O口引脚
（1）P0口：
8位双向I/O口。
当访问外部存储器时，为地址总线及数据总线分时复用口。
可驱动8个LS型TTL负载[7]。
高阻输入为P1口的管脚第一次写1。
P0端口可以使用外部程序数据存储器，为数据/地址的第八位使用。
P0口输入作为原始代码编程快闪，检查闪光，P0口输出图元，然后P0外部必须被拉。
（2）P1口：
8位准双向I/O口。
为通用单一功能的I/O端口。
可驱动4个LS型TTL负载[7]。
在里面有上拉电阻，起到缓冲器的功用。
里面拉高是因为P1口引脚写1，能够用作输入，外部拉低P1口，由于里面上拉，可以输出电流。
（3）P2口：
8位准双向I/O口。
系统扩展时，作为高8位地址线使用；不作系统扩展时，可作为一般I/O口使用。
可驱动4个LS型TTL负载[7]。
写"1”时,由于内部上拉的优点,当外部数据存储器读写8个地址,P2口输出的特殊功能寄存器的内容。
收到高八地址信号和控制信号时,P2端口FLASH编程和验证。
（4）P3口：
8为准双向I/O口。
双功能复用口，它可以当作一般I/O口使用，并且此口的每一位都具有第二功能,用于控制信号及特殊信号输入/输出。
P3口引脚的第二功能如下：
P3.0：
RXD（串行输入口）[7]
P3.1：
TXD（串行输出口）[7]
P3.2：
INT0（外部中断0）[7]
P3.3：
INT1（外部中断1）[7]
P3.4:
T0（定时器0的外部输入）[7]
P3.5：
T1（定时器1的外部输入）[7]
P3.6：
WR（外部数据存储器写选通）[7]
P3.7：
RD（外部数据存储器读选通）[7]
3.2液晶（LCD）模块
3.2.1LCD12864概述
包含汉字的128×64液晶显示屏，带有4/8位并行线、2号线或3号线串行的接口样式，里面包括了具有国际标准的一级和二级简体汉字字符的点阵图形液晶展现模块，具有128×64的显示分辨率,里面包括了8192个16×16点汉字字符，并在ASCII字符集有128个16×8点[8]。
通过使用此界面轻易、便利的操作指令和可变通的接口样式，能组成全体中国汉字的人机互动图像显示。
能够展现出8×4行的16×16点阵的中文字符，亦能够实现图像展现[8]。
将此模块组建的液晶展示方法与相同类型的图像的点阵液晶展示模块进行比较，该模块不管是在硬件电路结构还是展示程序上都显得更加简便，并且此模块的价钱亦比相似的点阵的图像液晶模块要实惠点。
3.2.2基本特性
（1）低电源电压：
接通电源的电压只要是在3.0V到5.5V范围内皆是可以的[8]。
（2）显示分辨率：
128×64点阵字符[8]。
（3）内部包括中文字符，包含了8192个16×16点阵的中文字符，而且还可以选择采用简体还是繁体中文[8]。
（4）内含128个16×8点。
（5）2MHz的时钟频率。
（6）液晶显示方式：
省电、半透明、正面显示[8]。
（7）视角方向：
6点。
（8）背光形式：
侧道高亮度白光，led耗电只有普通led的五分之一到十分之一[8]。
（9）通信形式：
有串行和并口可以选择。
（10）内部包括DC-DC转变电路，不用施加外部电压。
（11）不用片选信号，使软件的设计程序更加简单。
（12）工作温度:
0℃至+55℃；存储温度:
-20℃至+60℃。
3.2.3LCD接口
液晶显示器（LCD）独特的微功耗，低电压的特性使得它得到了越来越广泛的应用在单片机系统中。
LCD字符点阵液晶显示模块用于数字液晶显示模块，以及点阵图形液晶显示模块，特别是越来越广泛的应用于我们的图形液晶显示模块，用于显示字符，字符不能使用它来表示，因为西方字符是用字符模块即来显示，而汉字则不能用它来显示，在我国要想显示汉字功能务必使用图形模块。
本文设计我选取的图文显示模块如下图3-4所示图形液晶显示器
图3-4LCD电路图
ampire128×64引脚说明图如下
表3-5接口说明表
引脚
名称
电平
说明
1
CS1
H/L
片选择信号，低电平时选择前64列
2
CS2
H/L
片选择信号，低电平时选择后64列
3
GND
0V
逻辑电源地
4
VCC
5.0V
逻辑电源正
5
VO
-
液晶显示器驱动电压
6
R/W
H/L
H:
ReadL:
Write
7
E
H/L
读写使能，高电平有效，下降沿锁定数据
8
DB0
H/L
数据输入输出引脚
9
DB1
H/L
数据输入输出引脚
10
DB2
H/L
数据输入输出引脚
11
DB3
H/L
数据输入输出引脚
12
DB4
H/L
数据输入输出引脚
13
DB5
H/L
数据输入输出引脚
14
DB6
H/L
数据输入输出引脚
15
DB7
H/L
数据输入输出引脚
16
RST
L
复位信号，低电平有效
17
VOUT
-10V
LCD驱动电源
3.2.4LCD字符显示
包含汉字字符的128×64单屏能够展示出8×4行的16×16点阵的中文字符，任意一个展示的随机存取存储器都能展示出1个中国汉字或是2个16×8点阵全高ASCII字符，就是任一单屏至多能够完成32个中国汉字或64个ASCII字符的展现。
含中国汉字的128×64内部包含了128×2字节的字符显示随机存取存储器缓冲区（即DDRAM）。
通过把字符展示的编码写入次字符展示的随机存取存储器来完成字符展示。
依据写入内容的不同，能依次在液晶屏上展示出CGROM（中国汉字字符）、HCGROM（ASCII码字符）和CGRAM（自定义字形）的内容[8]。
这三种不同字符/字形的拣选的编码范畴是：
0000-0006H（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）展示自定义字形，02H-7FH展示半宽的ASCII码字符，A1A0H-F7FFH展示8192种GB2312中国汉字字符。
液晶展示模块中的80H-9FH地址用来展示随机存取存储器的字符。
展示字符的随机存取存储器的地址与展示32个字符的区域有着一一对应的关系[8]，其对应关系如表3.7所示。
表3.6LCD字符显示说明
3.3接口时序说明
（1）读操作时序如图3-7所示。
RS,CSX
tSP1tHD1
R/WtpwtF
E tRtHD1
tDtHD2
db0-db7validdata
tc
图3-8读操作时序
（2）写操作时序图和读操作时序图相类似
（3）时序参数如表3.8所示。
表3.8时序表
向LCD写汉字
①一定要将LCD先初始化：
打开显示然后清屏
1、设定开始页地址和列地址
2、设定读写模式，进行读写操作
第四章系统软件设计
4.1系统流程图
如图4-1所示。
开始
延时50ms
初始化LCD
清屏显示
主界面
菜单选择界
升级会员 