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液晶显示终端与单片机接口的研究
摘要
液晶显示屏是当代科技不断发展的产物。
它不仅色彩逼真，超薄平面。
而且还具有可使用时间长，耗电省，防爆，抗震等等许多优点，是机电设备，工业仪表等众多行业更新换代的理想显示器。
目前市场上的液晶产品的种类繁多、规格各异。
当前的液晶分为字符点阵式，段式和全点阵式。
其中段式和字符式点阵液晶发展已经比较成熟，而全点阵式液晶的控制还没有通用的控制器件，其接口和应用软件还不完善。
该设计所选择的就是以一种常用的液晶屏产品为例，来制作出一种通用性能良好的以单片机和DGUS液晶屏为使用核心的客户终端操作界面。
通过这样的有代表性的实践工作，使大家能较好的了解液晶产品的工作原理和使用方法。
为今后更加深入的去接触和使用液晶产品打下基础。
液晶是神秘而有魅力的，在今后的学习和工作中您会逐渐体会到这点。
本课题就是通过对专用的DGUS液晶屏显示终端和约定的命令集的研究，通过汇编语言程序编程连接89C51单片机和DGUS液晶显示终端通，通过键盘借助串行RS232接口向液晶显示终端发送命令完成对液晶显示终端的控制，可以直观地实现液晶显示终端的所有功能，达到使用户可以方便使用液晶显示终端的目的，同时在相应的LED数码管上显示相应的功能代码和参数。
此外通过液晶屏也能向单片机发送命令，来实现单片机的一些功能。
关键词：
液晶显示终端89C51单片机RS232接口
TheInterfaceofLCDDisplayTerminalandMCU
ABSTRACT
TheLCDscreenistheproductofthedevelopmentofcontemporaryscienceandtechnology.Itisnotonlyvividcolor,thinplane.，canbeusedforalongtime,butalsoislowpowerconsumption,explosion,earthquakeandsoonmanymerits,andistheidealmechanicalandelectricalequipment,displayinstrumentinmanyindustriessuchasindustrialupgrading.
ThetypesofLCDproductsonthemarkethavemanykindsofdifferentspecifications.Theliquidcrystalisdividedintocharacterdotmatrix,segmentandthedotmatrix.Thetypeandcharacterdotmatrixliquidcrystalhasbeenmoremature,andcontrolthedotmatrixliquidcrystalisnotuniversalcontrolcomponent,itsinterfaceandapplicationsoftwareisnotperfect.
TheselectionofthedesignisbasedonacommonLCDproductsasanexample,tomakeageneralgoodperformanceofDGUSsingle-chipmicrocomputerandLCDscreenfortheuseofthecorecustomerterminalinterface.Therepresentativeworkinpractice,sothatwecanbetterunderstandtheLCDproductworkingprincipleandusingmethod.ForfurthertolaythefoundationanduseLCDproducts.Theliquidcrystalismysteriousandcharming,studyandworkinthefutureyouwillgraduallyrealizethat.
ThisresearchisbasedontheterminalandagreedsetofcommandsDGUSLCDscreenfordisplay,thedisplayterminalthroughtheassemblylanguageprogrammingtoconnecttothe89C51MCUandDGUSLCD,keyboardwithserialRS232interfacetotheliquidcrystaldisplayterminaltosendcommandstodisplayterminalcontrol,canrealizeallthefunctionsofthevisualdisplayterminalmore,theusercanconvenientlyusetheliquidcrystaldisplayterminalpurpose,andintheLEDdigitalcorrespondingdisplaythecorrespondingfunctioncodeandparameters.TheLCDscreencanalsobetosendcommandstothemicrocontroller,somefunctiontoachievemcu.
KeyWords：
LiquidCrystalDisplayTerminal89C51SingleChipMicrocomputerRS232Interface
目录
第一章绪论1
1.1液晶国内外发展1
1.1.1LCD显示屏发展的简要回顾1
1.1.2我国LCD显示屏的发展现状1
1.2液晶显示技术简介2
1.3本课题的简要介绍2
1.3.1论文课题的意义2
1.3.2本课题的主要工作3
第二章硬件电路介绍4
2.1芯片的选用标准4
2.2AT89C51单片机的介绍5
2.2.1功能特征5
2.2.2引脚功能说明5
2.2.3主要性能参数：
7
2.3MAX232介绍和使用方法7
2.4键盘操作部分介绍8
2.5显示部分介绍9
第三章液晶显示终端DGUS屏介绍10
3.1DGUS综述10
3.2DGUS屏的主要特点11
3.3DGUS串口操作12
3.4DGUS软件开发流程12
第四章设计原理硬件及软件介绍14
4.1系统概述14
4.289C51单片机软件设计14
4.2.1单片机串行通信介绍14
4.2.2单片机数码管软件设计介绍18
4.2.3单片机编程软件18
4.3DGUS屏软件设计19
参考文献22
附录23
致谢26
第一章绪论
1.1液晶国内外发展
1.1.1LCD显示屏发展的简要回顾
十九世纪六十年代，年轻的电子方面的专家F·Heimeier在做博士的论文答辩时，他的一个朋友跟他聊起正在研究的有机半导体方面。
而F·Heimeier的本专业是微波固体元件，并且在这方面，他已经干的相当出色。
但他对跨学课的课题表示出特别大的兴趣。
在他询问了导师的建议后，他决定放弃了已经学有所成的专业领域，踏入一个他并不十分了解的新领域。
后来，他对激光技术产生了兴趣，于是开始研究晶体的各个特性。
他把之前的电子方面的功底用到了有机化学，很快便取得了成果。
为了了解外部电场对晶体内部的电场的影响，他决定从液晶入手。
他先将含有染料的向列液晶用两片透明的导电玻璃夹住。
接着，他在液晶层两边加上几伏电压，液晶马上从红色变成了透明态。
这个现象在他看来不就是彩色电视的原理吗。
RCA公司开始对他们的研究重视起来，一直将他们视为企业的重点机密的项目。
他紧接着带领着小组其他成员，开始不分昼夜进行疯狂的研究。
他们接着发明了液晶的相变和动态散射等一系列驾驶台显示器、钟表等使用产品。
这一过程一直是极为机密的行为。
直到1968年，才有一项科技成果向全世界进行报导。
这份报告立即引起了日本工业界,科技界的关注。
日本企业打开液晶显示器显示实用化的现实,掌握了主动权,使这发展势头加快微电子产业的发展。
在美国,RCA某些的领导人,一方面,拘泥于传统产品,一方面,过于强调羽翼未丰的液晶显示装置的缺点,以市场尚未发展为借口试图毁掉液晶显示器的产业化。
为此,液晶小组成员开始外流,液晶方面的专利也被卖出。
据报道,到70年代中期,液晶显示器形成了一个产业。
经历了几十年的发展，液晶已经形成了一个独立的学科，一批当代伟大的科学家都对液晶给予了极大的关注，并做出了极大的贡献。
其中，在1991年被授予诺贝尔物理学奖的法国科学家P.G.deGennes就是杰出中的一个。
1.1.2我国LCD显示屏的发展现状
我国关于液晶显示器的研究开始是早的，但是进行大规模生产时间算晚的。
近年来，随着中国大陆科技水平和人才储备的不断增长，其他原先液晶屏的主要产地己经将大部分STN的生产线和部分TFT生产线向中国大陆转移。
但是原材料的专利、技术和生产工艺仍掌握在日本，美国等发达国家手里。
这是中国大陆液晶屏产业发展的不利因素。
虽然现在我国慢慢发展成为世界液晶屏的主要生产地，但是我国台湾、韩国和日本仍然走在了最前列。
到现在为止，我国已经能批量生产部分液晶屏制造和测试仪器。
比如东莞的中堂万亿达电路板设备厂已能为LCD厂家提供各种脱膜机、蚀刻机、显影机等生产设备。
清华液晶工程有限公司已能为LCD厂家生产出盒厚测量仪、玻璃切割机等十多种设备仪器。
并且公司正在研制激光修补机、喷粉机等产品。
目前设备厂家正准备与国外厂家合作生产TAB、COG设备和其它液晶生产设备[1]。
今后5年内，我国LCD设备仪器的研发生产将会有一个快速的发展。
这将慢慢改变设备全面依靠进口的局面，并且逐渐增强自主开发能力。
虽然近年来我国LCD产业发展势头十分不错，但是面对日益扩大的巨大市场需求，尤其是相较与韩国、我国台湾、日本在LCD产业方面的飞速发展。
我们不仅在发展的层次上根本不能达不到对液晶产业的要求，而且就是在整体的技术的水平上世界先进水平没有很明显地缩短距离。
在重视加速配套的原材料的发展的同时，发展液晶显示器件；倡导企业走联合之路，资产重组，形成规模化生产，增加1+1>2的竞争力；加快现有企业的不断更新的步伐，提高技术的水平，以更好的适应IT产业的要求。
中国目前对LCD显示的需求是全世界增长最快的，当然中国含有着惊人的市场潜力，将越来越成为世界关注的焦点。
有着巨大的市场需求，将促进生产技术的不断革新。
我们有理由坚信中国的液晶生产将越来越好。
1.2液晶显示技术简介
液晶（LiquidCrystal）是一种机化合物。
它在常温时的状态介于固态和液态之间，并且分子排列具有规则性。
对液晶制冷后，它会显现出结晶颗粒的固体混浊状态。
把液晶加热后，会出现液体状态，且为透明。
液晶一般根据分子排列的不一样可分为三类：
，像细火柴棒的Nematic液晶，像粘土状的Smectic液晶和像胆固醇状的Cholestic液晶[2]。
对于液晶显示而言，一般是Nematic液晶，因此液晶显示器被称为了LiquidCrystalDisplay。
1.3本课题的简要介绍
1.3.1论文课题的意义
液晶显示屏是一种比较常见的高科技器件，但对多数人来说，装配和使用仍感到难度。
尤其是点阵型液晶屏，普通人更显得手足无措。
所需要专业的配置和特殊的连接手段也非人人都会。
所以许多液晶显示屏希望有人指导，将驱动、控制集成电路与液晶显示屏装在一起，构成一个功能部件。
那么对于用户而言，只要会传统的工艺，就可将其组装成一个完整系统。
随着模块的不断的定型化，用户在选择和使用过程中只需关心模块的接口，对于深层原因，比如在模块的进行设计和使用的过程中出现的因为模块的设计原因产生的问题并不很清楚。
伴随显示设备的飞速发展,液晶显示屏的使用越来越大众化,与传统的数码管相比,液晶显示屏具有功耗低,显示规范和显示信息更多等优势,因此液晶显示屏已成为显示终端的首要选择。
目前市场上的液晶产品的种类繁多、规格各异。
当前的液晶分为字符点阵式，段式和全点阵式。
其中全点阵式显示屏，其实就是指由一个个的小像素点按照阵列方式排布组成的显示器，它包含的范围很广。
对于全点阵式显示屏而言，最大的优势就在于所有不论是显示屏器件本身的自然衰坏还是外界的破坏，都只会发生在单独的像素上，而并不会影响其它的点阵工作。
当前段式和字符式点阵液晶发展已经比较成熟，而全点阵式液晶的控制还没有通用的控制器件，其接口和应用软件还不完善。
因此这就需要对于液晶显示终端和单片机的接口进行研究，设计出比较好的接口和应用程序。
1.3.2本课题的主要工作
本课题就是通过对专用的液晶显示终端和约定的命令集的研究，通过一个独立的单片机系统完成对液晶显示终端的控制，可以直观地实现液晶显示终端的所有功能，达到使用户可以方便使用液晶显示终端的目的。
技术要求
1.基本要求
接口功能：
（1）通过汇编语言程序编程连接单片机和液晶显示终端。
（2）实现全部命令集直接发送到液晶显示终端，控制其工作。
（3）通过键盘借助串行RS232接口向液晶显示终端发送命令。
（4）在相应的LED数码管上显示相应的功能代码和参数。
（5）如有可能，实现二者的成批数据传送。
2、其它要求
（1）查找相关资料，了解课题要求。
（2）设计电路原理图。
（3）根据硬件系统设计软件程序。
（4）系统调试。
第二章硬件电路介绍
2.1芯片的选用标准
当前，单片机产品种类繁多，产品质量各不相同，对于不同的课题应采用不同的单片机，如何选择匹配当然是我们首要解决的问题。
主要选择的标准总结如下，供大家参考：
1.单片机的基本参数例如速度，程序存储器容量，I/O引脚数量
2.单片机的增强功能，举例：
RTC（实时时钟），双串口，USB接口，看门狗，扩展RAM，I2C接口，EEPROM，SPI接口，双指针。
同类型芯片型号不同，其功能也有些许差别，这就要求我们根据所选的设计要求来选择合适自己的芯片。
3.封装形式有双列直插，贴片。
4.工作温度范围，工业级还是商业机。
我们所作的实验主要是在室内环境下工作，所以设计上不用考虑工作级，选取商业级就可以了，如需要可以另外选取。
5.功耗，比如用PIC就是因为低功耗，后来出了MSP430也不错。
。
6.工作电压范围。
例如设计电视机遥控器，2节干电池供电，至少应该能在1.8-3.6V电压范围内工作。
只要保证能到大范围内就可以了。
7.供货渠道比较多。
可以申请到样片，小批量购买也有现货。
这就要求我们常跑一跑，市场上的元器件商店，多比较一下，选择价钱合适、质量比较好的就行了。
8.价格低。
这对于我们学生做相关试验的就是比较要注意的了。
9.有服务商，厂商可以提供完整有用的技术支持，至少可以买到烧写器。
在网上比较一下，多比较几家。
10.烧录器价格低，
11.仿真器便宜。
12.单片机支持的汇编语言或C语言，是否自己熟悉，编程软件是否好用，这在编程中比较重要，这要看自己对哪种计算机语言熟悉。
13.网上资料丰富，手册，例程比较多。
14.抗干扰性能好。
15.和其他外设芯片放在一起的综合考虑。
这就要求在设计上各个芯片之间的协调性比较好，能发挥各个芯片所拥有的功能。
综上所述我们选用ATMEL公司的AT89C51作为我们的CPU核心。
2.2AT89C51单片机的介绍
因为单片机是整个系统的核心部件，所以要求大家对它的各个引脚的工作方式和他的读写方式要有很清楚的认识。
针对以上提出的选择标准现从几个方面对其进行详细的介绍。
2.2.1功能特征
AT89C51的生产商是美国ATMEL公司。
AT89C51是CMOS8位单片机，性能高，使用时电压低。
单片机片内含可反复擦写的FLASH只读程序存储器（ROM）大小为4K以及128byte的随机存取数据存储器（RAM）。
器件采用ATMEL公司的高速度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，AT89C51提供以下标准功能：
4K字节Flash内建存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两极中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C5可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作[3]。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
图2.189C51引角图[1]
Fig.2.189C51leadwire
2.2.2引脚功能说明
P0口（P0.0-P0.7，39-32脚）：
是一个漏极开路的8位准双向I/O口。
每位可以驱动8个LS型TTL，使得输出电流不小于800uA。
既可以用作输入输出端口，又可以用作分时复用。
P0口是一个双向口，当P0口作为输入时地址为80H的锁存器写入1使得引脚浮空，可做高阻抗输入[4]。
而做输入的时候；当单片机没有外部扩展器时，P0口也能用作输入输出设备的连接。
但此时的P0口只是一个准双向口，并不是真正意义的双向。
P1口（1-8:
脚）：
P1口与P0口都是8位双向I/O口，但不同的是P1口一个带内部上拉电阻，而且P1口只有实现I/O接口一种功能，也只能驱动4个LSTTL负载。
通常在应用时也不不需外接上拉电阻，用作输入端口的时候需将端口置1，内部上拉电阻全部置高电平。
输出相对于输入而言，当芯片运行的时候，输出的是高电平还是低电平就是由编程的时候具体指令所决定的了。
举个例子来说：
CLR是清零指令，语句CLRP1.0就是命令P1.0口输出低电平，同理可知SETB为置1指令，SETBP1.0就是命令是让单片机P1.0端口置高电平。
P2口（21-28:
脚）：
P2口与P0、P1口相同，都是8位双向输入输出接口，同样需要外接上拉电阻。
无论是单片机访问存储器还是EPROM的编程和校验的时候，P2口的主要意义还是用作于高8位的地址总线。
P3口（10-17脚）：
P3口也是8位双向输入输出接口。
之所以在P1口P2口的基础上还要设置P3口主要是因为P3口能口实现P1口P2口所实现不了的的第二变异功能。
具体如表2.1所示。
表2.1P3口引脚
Table2.1P3leadwire
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
（外中断0）
P3.3
（外中断0）
P3.4
T0（定时/计数器0）
P3.5
T1（定时/计数器1）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器读选通）
P3口还接收一些用于程序校验和Flash闪速存储器编程的控制信号。
其它控制或复用引脚
（a）ALE/PROG（30脚）：
/ALE地址锁存有效信号输出端，此引脚的功能是负责跳变，将P0口低8位地址送入锁存器，同时也有于单个输出或定时的作用。
/PROG则是第二功能，此引脚的第二功能可作为编程脉冲的信号输入，以便达到片内程序存储的目的。
（b）/PSEN（29脚）：
/PSEN是片外程序存储器号输出引脚。
与30脚不一样的地方是/PSEN在实现某些特定功能的时候不会有脉冲显示。
（c）/EA/Vpp（31脚）：
/EA为片外程序存储器访选用端，特别需要声明的是/EA端一定要时刻保持接地状态。
Vpp引脚则是用于使用编程电压（该模块使用的编程电压为12V）。
2.2.3主要性能参数：
。
指令系统对于其他MCS51产品可移植。
4k字节的FLASH内存
。
1000次擦写周期。
全静态操作：
0HZ——24MHZ
。
三级加密程序存储器。
128x8字节内置RAM
。
32个可编程I/O口线。
2个16位定时/计数器
。
6个中断源。
可编程串行UART通道
。
低功耗空闲和掉电模式
2.3MAX232介绍和使用方法
RS-232的标准串口设计的接口电路采用的是MAX232A,使用+5v单电源供电。
它的内部结构基本可分三个部分；
第一个部分是数据转换通道部分。
两个数据通道是由7、8、9、10、11、12、13、14脚组成。
其中11脚（T1IN）、12脚（R1OUT）、13脚（R1IN）、14脚（T1OUT）作为第一数据通道。
7脚（T2OUT）、8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）为第二数据通道[5]。
第二部分是电荷泵电路部分。
有4个电容和1、2、3、4、5、6引脚。
作用是生成+12v和-12v两相反个电源。
第三部分就是供电部分。
15脚GNG、16脚VCC（+5v）。
此处使用基本型MAX232作为89C51的串行数据通信。
基本电路连接如图
图2.2RS232接口[4]
Fig2.2RS232interface
PCB板图电路连接方式如下图所示：
图2.3RS232电路板
Fig.2.3RS232pcb
2．4键盘操作部分介绍
本课题是使用的通用的4*4的行列式键盘，这种键盘的规格是现在工业中比较通用的，其中包括了按键的多种功能的切换，能够很好的完成数据输出的功能，具体的样式如下
表2.2键盘
Table2.2Keyboard
7
8
9
退格
4
5
6
点
1
2
3
线
0
确定
圆
矩形
图2.4键盘接口图
Fig2.4Theinterfaceofthekeyboard
在硬件实现方面采用的是按键操作，每个键就是一个行与列的交点，按键有两个端点，一端接行，另一端接列。
键按下就是将会使两端点短路，使二者连通。
有键按下则行与列连通。
2.5显示部分介绍
使用通用的8段数码管，在安排具体数目的时候考虑到命令集的代码情况和命令的代码数目，应该在4个以上。
因为通过uln2003进行位选，而此芯片能驱动的数码管的数目是7个，所以从节省芯片的角度考虑所以选用7个8字数码管作为显示区的部件。
具体的硬件电路如图
图2.5显示接口
Fig2.5Theinterfaceofthedisplay
第三章液晶显示终端DGUS屏介绍
3.1DGUS综述
DGUS是根据迪文K600+内核所设计的智慧型GUI系统软件，全称是DWINGraphicalUtilizedSoftware，即迪文图形应用服务软件。
而DGUS屏是一种液晶屏，它建立于该智慧型软件。
该液晶屏并且是运用直接变量驱动显示方式，所有的操作都根据前期都已经配置好的变量文件，来显示不同于传统的LCM的根据指令和时序来控制显示。
比起传统的LCM采用直接驱动显示方式，操作更为简单实用。
此外运用DGUS进行人机界面的开发，运用PC机进行一些
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