水位测量仪的液晶显示器电路的设计

1、.【摘要摘要】触摸液晶屏不但可以显示所要显示的内容，而且可以在屏幕上进行直接操作，使仪器的操作更加方便，在目前新型的仪器中得到了广泛的应用。在对压力容器液位的显示电路中，采用触摸液晶屏作为它的显示器。本设计首先介绍了Philips公司生产的单片机P89V51RD2、触摸屏接口芯片ADS7843和液晶显示控制器SED1335的内部结构和工作原理，并对单片机和液晶显示器之间的接口电路进行了设计。对于液晶显示器的控制，采用汇编语言对液晶显示程序进行了设计和编制，实现对其的控制。由试验可知，该液晶显示器通过单片机的控制能够进行可靠的工作，同时具有操作简单、显示内容丰富等特点。关键词：LCD；单片机；A

2、DS7843；SED1335；接口电路.【Abstract】Touch screen LCD not only can show the contents in details, but also can be operated on screen directly, which makes the equipments can be used conveniently. Therefore, the touch screen LCD is widely used in many equipments at present. The paper introduce that the touch

3、 screen LCD is used in water level measurement system to show the measurement results. The paper describe the principles of MCU(P89V51RD2), ADS7843 and SED1335 at first, then introduce the interface circuit between MCU(P89V51RD2) and LCD. Besides the circuit design, the program is compiled to contro

4、l the LCD. From the results of test, it can be shown that the MCU can control the touch screen LCD reliably. The whole system has many good characters, such as operating conveniently and showing more measurement information. KeyWords:touch screen LCD; MCU; ADS7843;SED1335; Interface circuit.目录目录【摘要】

5、.I【ABSTRACT】.21引言.12概述.22.1触摸屏工作原理.22.2液晶显示器工作原理.32.2.1液晶显示器概述.32.2.2液晶显示器控制原理.43单片机 P89V51RD2 与液晶显示器的接口电路设计.63.1单片机 P89V51RD2 概述.63.1.1 P89V51RD2 的特性.63.1.2 P89V51RD2 的管脚描述.73.2 液晶显示控制器 SED1335 的工作原理.113.3SED1335 的显示技术 .133.4接口电路的设计.163.4.1液晶显示器的结构和工作原理.163.4.2LCD 液晶模块与单片机的接口电路设计.163.5IMP813 看门狗电路设

6、计 .174单片机和触摸控制器的接口电路设计.204.1触摸控制器 ADS7843 的概述.204.1.1 ADS7843 结构与工作原理.224.1.2 ADS7843 的 PEN 中断引脚的使用.234.1.3 ADS7843 的模式设置.244.2单片机和 ADS7843 之间的接口电路设计及工作过程.255液晶程序设计.275.1单片机功能寄存器的概述.275.2液晶显示器的功能寄存器介绍及指令说明.31.5.3程序编写.325.3.1显示数据输入子程序设计及代码编写.325.3.2液晶显示主程序设计.34结论.51致谢.52参考文献.53附录.54.1 1引言引言随着科学技术的不断进

7、步，人机交互界面向着更方便使用、更直观的方向发展。触摸屏是一种附着在显示器的表面，与显示器配合使用，通过触摸产生模拟电信号，经过转换为数字信号由微处理器计算得出触摸点的坐标，从而得到操作者的意图并执行的新型器件。它的应用使得数据的显示和数据的输入结合为一体，使得人机交互界面更简单，更友好。触摸屏作为一种新型的人机界面，显示直观，操作简单，可靠性高，不但在工业控制中得到广泛应用，而且在日常生活中的很多领域也得以应用。触摸屏应用于压力容器控制中，在测量人员和控制设备之间架起了双向沟通的桥梁，通过在触摸屏内设置按钮、指示灯、对话框，组合文字、图表、测量数据等，来监控测量设备的运行状态，改变了过去测量

8、人员根据控制设备面板上的一些信号指示灯和数字显示屏上所显示的字母数字，操作按钮来控制设备运行的做法，不但显示直观，故障率低，而且可大大提高工作效率，避免误操作。设计时让屏幕能明确指示并告知测量人员机器设备目前的运行状况，即便是新手也可根据屏幕显示及提示很轻松地操作整个测量控制设备。使用触摸屏，还可以使整个机器设备的配线标准化、简单化，减少了与之相连的可编程控制器等设备的I0接口数量，不仅降低了生产成本，更主要的是可大大减少故障率，同时由于整个设备控制面板的小型化及高性能，也相对提高了整套设备的附加价值。随着生活中类似于 PDA 的手持设备的越来越多，LCD 触摸屏也变得越来越普及，并逐渐成为当

9、今的主流配置。触摸屏作为一种全新的输入设备，具有坚固耐用，反映速度快，节省空间，易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机的操作，从而使人机交互更为直截了当，所以触模式液晶显示器被广泛地应用在嵌入式系统中。综上所述，本文在了解 Philips 公司生产的单片机 P89V51RD2、触摸屏接口芯片 ADS7843 和液晶显示控制器 SED1335 的内部结构和工作原理基础之上，对单片机和液晶显示器之间的接口电路进行了设计。对于液晶显示器的控制，采用汇编语言对液晶显示程序进行了设计和编制，实现对其的控制。由试验可知，该液晶显示器通过单片机的

10、控制能够进行可靠的工作，同时具有操作简单、显示内容丰富等特点。.2 2概述概述2.1触摸屏触摸屏工作原理工作原理（1）电阻式触摸屏电阻式触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，它可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画，比较适合工业控制领域使用。电阻式触摸屏的工作部分一般由三部分组成，两层透明的阻性导体层，两层导体之间的隔离层、电极。阻性导体层选用阻性材料，如铟锡氧化物(ITO)涂在衬底上构成，上层衬底用塑料，下层衬底用玻璃。隔离层为粘性绝缘液体材料，如聚脂薄膜。电极选用导电性能极好的材料(如银粉墨)构成，其导电性能大约为 ITO 的 1000 倍。触摸屏工作时，上下导体层相当于电

11、阻网络，当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道接触点处的坐标。比如，在顶层的电极(X+，X-)上加上电压，则在顶层导体层上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触，在底层就可以测得接触点处的电压，再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系，知道该处的 X 坐标。然后，将电压切换到底层电极(Y+，Y-)上，并在顶层测量接触点处的电压，从而知道 Y 坐标。（2）红外线触摸屏红外线触摸屏安装简单，只需在显示器上加上光点距架框，无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。光点距架框的四边排列了红外线发射管

12、及接收管，在屏幕表面形成一个红外线网。用户以手指触摸屏幕某一点，便会挡住经过该位置的横竖两条红外线，电脑便可即时算出触摸点的位置。（3）电容式触摸屏电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。此外，在附加的触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。用户触摸屏幕时，由于人体电场、手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而其强弱与手指及电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。.（4）表面声波触摸屏的特点非常抗暴力使用，适合公共场所

13、；反应速度快，是所有触摸屏中反应速度最快的；性能稳定，精度非常高；控制卡能自动识别尘土或水滴等干扰物；具有第三轴z 轴。也就是压力轴响应。目前在所有触摸屏中只有声波触摸屏具有能感知触摸压力这个性能，有了这个功能，每个触摸点就不仅仅是有触摸和无触摸的两个简单状态，而是成为能感知力的一个模拟量值的开关了。这个功能非常有用，譬如在多媒体信息查询软件中，一个按钮就能控制动画或者影像的播放速度。（5）近场成像触摸屏近场成像(NFI，Near Field Imaging)触摸屏的传感机构是中间有一层透明金属氧化物导电涂层的两块层压玻璃。在导电涂层上施加一个交流信号，从而在屏幕表面形成一个静电场。当有手指(

14、带不带手套均可)或其他导体接触到传感器的时候，静电场就会受到干扰。而与之配套的影像处理控制器可以探测到这个干扰信号及其位置并把相应的坐标参数传给操作系统。2.22.2液晶显示器液晶显示器工作原理工作原理2.2.12.2.1液晶显示器概述液晶显示器概述在单片机应用系统中1，广泛采用七段LED显示，但它无法显示更多更复杂的字符，采用点阵式液晶显示器使可解决这个问题。点阵式液晶显示器体积小、功耗低、显示信息最大、特别是能够显示汉字，在智能化仪器仪表中得到较广泛地应用。由于特定的仪表中所要显示的汉字数不多，可直接将需要的汉字点阵数据放到程序中，通过编程来实现。液晶显示器的原理2是在上下玻璃电极之间封入

15、向列型液晶材料，液晶分子平行排列，上，下扭曲90度。外部入射光线通过上偏振片后形成偏振光，该偏振光通过平行排列的液晶材料后被旋转90度，再通过与上偏振片垂直的下偏振片。被反射板反射回来，呈透明状态；当上、下电极加上一定的电压后， 电极里部分液晶分子转成垂直排列， 失去旋光性，从上偏振片人射的偏振光不被旋转， 光无法通过下偏振片返回，因而呈黑色。因此根据需要可将电极刻成文字数字图形等，从而显示出来。本文选用点阵数为l9264液晶显示器，可显示各种字符248=192个，如汉字为1616点阵，则可显示124=48个汉字。.点阵式液晶显示3是近年来发展很快的一项显示技术，它具有与 CPU 接口容易，使

16、用灵活方便，体积小，重量轻，低电压，低功耗等优点。在工业测控系统及智能仪表行业，由于其显示信息量大，显示方式丰富，为用户提供了良好的人机交互方式，其中图形式液晶显示模块不仅能显示简单的字符、数字及汉字，还能显示生动的图形，因而在高性能仪器仪表和测控系统中被广泛应用。（1）点阵式液晶显示器主要硬件指令寄存器(IR)，IR 是用来寄存指令码,与数据寄存器寄存数据相对应。当D/I 为高电平时,在 E 信号下降沿的作用下,指令码写入 IR。数据寄存器(DR)，DR 是用来寄存数据的,与指令寄存器寄存指令相对应。当D/I 为高电平时,在 E 信号的下降沿作用下,图形显示数据写入 DR,或在 E 信号高电

17、平作用下由 DR 读 DB7DB0 数据总线。DR 和 DDRAM 之间的数据传输是模块内部自动执行的。忙标志（BF），BF 标志提供内部工作情况。BF=1 表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和据.BF=0 时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据。利用 STATUS READ 指令,可以将 BF 读到 DB7 总线,从而检验模块之工作状态。显示控制触发器（DFF），此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1为开显示（DISPLAY ON),DDRAM 的内容就显示在屏幕上，DFF=0 为关显示（DISPLAY OFF）。DFF 的状态是指令 DISPLAY ON/OF

18、F 和 RST 信号控制的。XY 地址计数器，XY 地址计数器是一个 9 位计数器。高三位是 X 地址计数器，低 6 位为 Y 地址计数器，XY 地址计数器实际上是作为 DDRAM 的地址指针，X 地址计数器为 DDRAM 的页指针，Y 地址计数器为 DDRAM 的 Y 地址指针。X 地址计数器是没有记数功能的，只能用指令设置。Y 地址计数器具有循环记数功能，各显示数据写入后，Y 地址自动加 1，Y 地址指针从 0 到 63。显示数据 RAM(DDRAM)，DDRAM 是存贮图形显示数据的。数据为 1 表示显示选择，数据为 0 表示显示非选择。Z 地址计数器，Z 地址计数器是一个 6 位计数器

19、，此计数器具备循环记数功能，它是用于显示行扫描同步。当一行扫描完成，此地址计数器自动加 1，指向下一行扫描数据，RST 复位后 Z 地址计数器为 0。Z 地址计数器可以用指令 DISPLAY START LINE 预置。因此，显示屏幕的起始行就由此指令控制，即 DDRAM 的数据从哪一行开始显示在屏幕的第一行。此模块的 DDRAM 共 64 行，屏幕可以循环滚动显示 64 行。.2.2.2液晶显示器控制原理液晶显示器4由八位数据线 DB7DB0，RET 复位控制信号接口，E 使能信号接口，R/W 读写信号接口，片选 CS1，CS2，CS3 分别控制 IC1,IC2,IC3列驱动器，将液晶屏分为

20、三块，每块 64 列；IC4为行驱动器，液晶显示器结构框图如图 2-1 所示。其工作过程：当 R/W 读写信号管脚为高电平时，E 使能信号管脚也为高电平时，数据被读到 DB7DB0；当 R/W 读写信号管脚为低电平时，E 使能信号管脚由高电平到低电平时， DB7DB0 的数据被写到指令寄存器 IR 或数据寄存器 DR。同时，通过控制 CS1，CS2，CS3 片选信号分别控制 IC1，IC2，IC3列驱动器，将需要显示的内容分别显示在液晶屏不同的位置上。图 2-1液晶显示器结构框图.3 3单片机单片机 P89V51RD2P89V51RD2 与液晶显示器的接口电路设计与液晶显示器的接口电路设计3.

21、13.1单片机单片机 P89V51RD2P89V51RD2 概述概述P89V51RD2 是 Philips 公司于 2001 年发布的一款非常优秀的单片机，该单片机是基于 8 位 80C51 单片机的派生产品，他在完全保留 80C51 指令系统和硬件结构的大框架外，进行了多方面的加强扩展和创新 P89V51RD2 将原有的对外数据和程序存储器的 16 位寻址机制加以利用，把片上的 RAM 扩展到 1 kb，片上的 FLASH EPROM 扩展到 64kb，具有 ISP (在系统可编程)和 IAP (在应用中编程)，具有 6 时钟和 12 时钟模式，6 时钟模式下的外部晶振 O2OMHz，12

22、时钟模式下的外部晶振可达 O33MHz。P89V51RD2 的典型特性是它的 X2 方式选项。利用该特性，设计者可使应用程序以传统的 80C51 时钟频率（每个机器周期包含 12 个时钟）或 X2 方式（每个机器周期包含 6 个时钟）的时钟频率运行，选择 X2 方式可在相同时钟频率下获得 2 倍的吞吐量。从该特性获益的另一种方法是将时钟频率减半来保持特性不变，这样可以极大地降低 EMI。 Flash 程序存储器支持并行和串行在系统编程（ISP）。并行编程方式提供了高速的分组编程（页编程）方式，可节省编程花费和推向市场的时间。ISP 允许在软件控制下对成品中的器件进行重复编程。应用固件的产生/更

23、新能力实现了 ISP的大范围应用。 P89V51RD2 也可采用在应用中编程（IAP），允许随时对 Flash 程序存储器重新配置，即使应用程序正在运行时也不例外。3.1.13.1.1 P89V51RD2P89V51RD2 的特性的特性P89V51RD2 单片机的功能框图如图 3-1 所示，整个单片机相对于其它单片机具有如下特性：80C51 核心处理单元； 5V 的工作电压，操作频率为 040MHz； 64kB 的片内 Flash 程序存储器，具有 ISP（在系统编程）和 IAP（在应用中编程）.功能； 通过软件或 ISP 选择支持 12 时钟（默认）或 6 时钟模式； SPI（串行外围接口）

24、和增强型 UART； PCA（可编程计数器阵列），具有 PWM 和捕获/比较功能； 4 个 8 位 I/O 口，含有 3 个高电流 P1 口（每个 I/O 口的电流为 16mA）； 3 个 16 位定时器/计数器； 可编程看门狗定时器（WDT）； 8 个中断源，4 个中断优先级； 2 个 DPTR 寄存器； 图 3-1P89C51RD2 功能框图3.1.23.1.2 P89V51RD2P89V51RD2 的管脚描述的管脚描述P89V51RD2 的管脚图如图 3-2 所示P0.0P0.7：P0 口是一个开漏双向 I/O 口。写入1时 P0 口悬浮，可用作.高阻态输入。当访问外部程序和数据存储器时

25、，P0 口复用为低位地址和数据总线。应用中 P0 口利用强内部上拉来发送1电平。P0 口可在外部主机模式编程过程中接收代码字节和在外部主机模式校验过程中发送代码字节。P0 口用作程序校验或通用 I/O 口时均需连接一个外部上拉电阻。P1.0P1.7：P1 口是一个带内部上拉的 8 位双向口。写入1时 P1 口被内部上拉拉高，可用作输入。用作输入时，由于内部上拉的存在，P1 口被外部器件拉低时将吸收电流（IIL） 。此外，P1.5,P1.6,P1.7 还有 16mA 的高电流驱动能力。在外部主机模式编程和校验中，P1 口也可接收低位地址字节。P1.0/T2：定时器/计数器 2 的外部计数输入或时

26、钟输出。P1.1/T2EX：定时器/计数器 2 捕获/重装触发和方向控制。P1.2/ECI：外部时钟输入。PCA 的外部时钟输入。P1.3/CEX0： PCA 模块 0 的捕获/比较外部 I/O 口。每个捕获/比较模块连接一个 P1 口用作外部 I/O 口。该口线不被 PCA 占用时仍可用作标准 I/O 口。P1.4/SS：SPI 从机选择输入。P1.4/CEX1：PCA 模块 1 的捕获/比较外部 I/O 口。P1.5/MOSI：SPI 主机输出从机输入端。P1.5/CEX2：PCA 模块 2 的捕获/比较外部 I/O 口。P1.6/MISO：SPI 主机输入从机输出端。P1.6/CEX3：

27、PCA 模块 3 的捕获/比较外部 I/O 口。P1.7/SCK：SPI 主机输出从机输入端。P1.7/CEX4：PCA 模块 4 的捕获/比较外部 I/O 口。P2.0P2.7：P2 口是一个带内部上拉的 8 位双向口。写入1时 P2 口被内部上拉拉高，可用作输入。用作输入时，由于内部上拉的存在，P2 口被外部器件拉低时将吸收电流（IIL） 。在取址外部程序存储器或访问 16 位地址（MOVX DPTR）的外部数据存储器时，P2 口发送高位地址。应用中 P2 口利用强内部上拉来发送1 。在外部主机模式编程和校验中，P2 口可接收一些控制信号和部分高地址位。P3.0P3.7：P3 口是一个带内

28、部上拉的 8 位双向口。写入1时 P3 口被内部上拉拉高，可用作输入。用作输入时，由于内部上拉的存在，P3 口被外部器件.拉低时将吸收电流（IIL） 。在外部主机模式编程和校验中，P3 口可接收一些控制信号和部分高地址位。P3.0/RxD：串口输入。P3.1/TxD：串口输出。P3.2/INT0：外部中断 0 输入。P3.3/INT1：外部中断 1 输入。P3.4/T0：定时器/计数器 0 的外部计数输入。P3.5/T1：定时器/计数器 1 的外部计数输入。P3.6/WR：外部数据存储器写选通信号。P3.7/RD：外部数据存储器读选通信号。PSEN 程序选通使能：PSEN 是外部程序存储器的读

29、选通信号。PSEN 在执行内部程序存储器的程序时无效（高电平） ，执行外部程序存储器时每个机器周期内两次有效，但当访问外部数据存储器时两个有效 PSEN 脉冲将被跳过。当 RST 输入引脚的高电平时间大于 10 个机器周期时，向 PSEN 脚强制输入一个高电平到低电平的跳变将使器件进入外部主机模式编程。RST 复位：振荡器工作时，该引脚上 2 个机器周期的高电平逻辑状态将使器件复位。当 RST 输入引脚为高电平时，如果 PSEN 脚输入一个高电平到低电平的跳变，器件将进入外部主机模式。否则进入正常工作模式。EA 外部访问使能：若器件要对外部程序存储器取指，EA 就必须与 VSS相连。器件执行内

30、部程序存储器的程序时 EA 必须与 VDD相连。然而，4 个安全锁定电平可将EA 禁能，使器件只能执行内部程序存储器的程序。EA 脚可承受 12V 的高压。ALE/PROG 地址锁存使能：ALE 是一个输出信号，在访问外部存储器时将地址低字节锁存。该引脚也用作 Flash 的编程脉冲输入（PROG） 。通常，ALE1在 1/6 的振荡频率2时输出，可用作外部定时或外部时钟。每次访问外部数据存储器时都有一个 ALE 脉冲被跳过。但是，只要 AO 被置 1，ALE 就被禁能。XTAL1 晶振 1：反相振荡放大器的输入和内部时钟发生电路的输入。XTAL2 晶振 2：反相振荡放大器的输出。.图 3-2

31、P89V51RD2 的管脚图.3.23.2 液晶显示控制器液晶显示控制器 SED1335SED1335 的工作原理的工作原理（1）液晶显示控制器 SED1335 的概述SED133512的硬件结构分为 3 部分：MPU 接口部分、内部控制部分、驱动部分(驱动 LCM)。硬件结构如图 3-3 所示。图 3-3SED1335 硬件结构图（2）液晶显示控制器 SED1335 的接口SED1335 的接口部分具有功能较强的 IO 缓冲器。MPU 访问 SED1335 不需判其“忙” ，SEDI335 随时准备接受 MPU 的访问并及时地把 MPU 发来的指令、数据传输就位。SED1335 接口部由指令

32、输入缓冲器、数据输入缓冲器、数据输出缓冲器和标志寄存器组成，这些缓冲器通道的选择是由引脚 A0 和读、写操作信号联合控制。“忙”标志位寄存器 BF 是一位只读寄存器，当 BF=1 时，表示 SED1335 正在向液晶显示模块传送有效显示数据，在传送完一行有效显示数据到下一行传送开始之间的间隔时间内 BF=0，当大屏幕上大量显示数据修改时，在 BF=0 传送不会影响屏的显示效果或结果。（3）液晶显示控制器 SED1335 的控制.SED1335 控制部分是 SED1335 的核心。SED1335 能在很高的工作频率下迅速地解释 MPU 发来的指令代码，将参数置人相应的寄存器内，并触发相应的逻辑功

33、能电路运行。控制部可以管理 64K 显示 RAM，SED1335 将 64K 显示 RAM 分成 3 种显示特区：文本显示特性 RAM 区、图形显示特性 RAM 区和字符发生器 RAM 区。文本显示特性：具有文本显示特性的显示 RAM 区用于文本显示，在该显示 RAM区中，每个字节的数据都是字符代码。在 SED1335 中固化有地址从 20H 一 7FH 和0AOH 0DFH 共 160 种字符。根据字符代码确定字符库中字符首地址，然后将相应的字模数据传送到液晶显示模块上，即可在液晶屏上出现该字符的 88 点阵块，即文本显示 RAM 区的一个字节对应显示屏上的 88 点阵。因此在液晶显示屏上可

34、以文本方式显示内置的各种英文字符和特殊符号。图形显示特性：具有图形显示特性的显示 RAM 区用于图形显示。在该显示 RAM区中，每一个字节的数据都直接送到液晶显示模块上，每一位的电平决定上一个点的显示状态。 “1”为显示， “0”为不显示。所以，图形显示 RAM 的一个字节对应显示屏上的 81 点阵。混合显示特性：有时在 320240 点阵的显示屏上，既需要显示文本，又需要显示图形，无法将其从空间上分成两部分，而两种显示方式下对数据的识别规则是不同的。图形方式下，认为一个数据代表 81 点阵，而文本方式下则认为一个数据代表 88 点阵，因此只有将两个显示区的地址范围设置为不重叠的，才可从数据传

35、送的地址上将两者区分开。在进行显示之前，首先要对液晶屏进行初始化，包括设置显示方式、显示区域的首地址及宽度、光标形状设置。SED1335 中专有一组寄存器管理这两种特性的显示区，先设置两个显示区的地址范围，再将画面重叠显示的合成方式设置为“或”逻辑，即可使同一液晶显示屏上同时显示文本与图形。除地址范围设置不同以外，文本与图形显示的软件编程无任何区别。字符发生器 CGROM：SED1335 管理内藏字符发生器 CGROM，在字符发生器内固化了 160 种 57 点阵字符的字模。SED1335 还有外扩字符发生器，需要外扩字符发生器时，既可以用 RA M 区开辟的 CGRA M，也可以用 EPRO

36、M 固化字库来实现。由 SED1335 仅能处理 8 位的字符代码，所以，一次最多只能显示及建立 156 种字符。在 SED1335 的字符表中给出了内部字符发生器的全部内容。同时也给出了外扩字符发生器的字符代码范围：80H9FH 和 E0HFFH 共 64 种。.（4）液晶显示控制器 SED1335 的指令系统SED1335 共有 13 条指令如表 3-1 所示，多数指令带有参数，参数值由用户根据所控制的液晶显示模块的特征和显示的需要来设置。MPU 把指令代码写入指令输入缓冲区内(A0=1)，指令的参数则随后通过数据输入缓冲器写入(A0=0)。带有参数的指令代码的作用之一就是选通相应参数的寄

37、存器，任一条有参数的指令的执行都发生在附属参数的输入完成之后。当写入一条新的指令时，SED1335 将在旧的指令参数组运行完成后等待新的参数的到来。MPU 可用写入新的指令代码来结束上一条指令参数的写入。此时已写入的新参数与余下的旧参数有效地组合成新的参数组，需要注意的是虽然参数可以不必全部写入，但所写的参数顺序不能改变，也不能省略。表 3-1SED1335 指令表功能功能指令指令操作码操作码说明说明参数量参数量系统控制SYSTEM SET40H初始化，显示窗口设置8SLEEP IN53H空闲操作DISP ON/OFF59H/58H显示开/关设置显示方式1SCROLL44H设置显示区域，卷动1

38、0CSRFORM5DH设置光标形状2显示操作CGRAM ADR50H设置 CGRAM 起始地址2CSRDIR4CH-4FH设置光标移动方向HDOT SCR5AH设置点单元卷动位置1OVLAY5BH设置合成显示方式1绘制操作CSRW46H设置光标地址2CSRR47H读出光标地址2续表 3-1存贮操作MWRITE42H数据写入显示缓冲区若干MREAD43H从显示缓冲区读数据若干3.3SED1335 的显示技术的显示技术汉字及静态图片显示技术：在液晶屏上显示各种大小、各种字体的汉字是在图形显示区以图形的方式来显示的。首先提取汉字字模，可采用字模转换程序将汉字转换为一组有序的二进制数。对于 1616

39、点阵的汉字即转换为 32 个八位二进制数。将这一系列有序的八位二进制数依次写到液晶屏上，即显示出所需的任何汉字。由.于汉字是以图形方式显示的，因此仍可采用程序来完成操作。静态图片的显示类似于汉字显示，同样通过图片提取软件提取图像的十六进制数据，按约定的顺序构成数据表格，程序中通过指针从数表中逐个提取数据送人液晶显示模块的显示 RAM 进行显示。实时参数值的显示技术：在工业测控系统中，需要观察各点实时检测值，跟随采样过程，定时刷新采样数据。数据的显示有两种方式，其一可按文本方式显示，SED1335 内置有字符形式的 09 的数字，这种显示方式显示的数据比较小，当系统同一屏上需要显示的参数较多时，

40、适于采用这种方式。其二为了便于观察，可将数字按汉字的方式进行显示，此时显示数字的大小可根据用户要求选择不同字体和字号即可。（1）SED1335 在点阵式液晶器上实现汉字显示为了在点阵式液晶显示器上显示一个字符需向显示内存传送 8 个字节才能显示。在操作中还应包含许多其他的操作指令(如光标移动等)。在图形字符显示控制SED1335 中，为了减少操作，把一些常用字符的显示点阵固化在片内 ROM 中。这样，在显示字符时，只需向显示内存送人一个相对应字符的 8 位数字码，SED1335 自动把该码对应的字符点阵送到显示器上进行显示，从而大大简化了操作。汉字的显示也可以采用前述的方法，一种是用作图的方式

41、显示汉字，另一种是用字符发生器的方式显示汉字。要清晰地显示一个汉字所需的点阵数至少为 1616，利用第一种方式显示一个汉字，则需向显示内存传送 32 个字节。所以，对于少量汉字的显示这种方法是可行的，但如果显示汉字数目较多或较频繁的情况下，这种方式就显得非常不便。在这种情况下就需要使用第 2 种方法。控制器 SED1335 可以使用片内的字符发生器，也可以使用片外的字符发生器，同时它还可以以 816 点阵的工作方式工作这给汉字的显示提供了有利条件。为了用第 2 种方法实现汉字的显示，在设计电路时必须给 SED1335 设计一个外部的字符发生器，这个字符发生器包含一些常用汉字的 1616 显示点

42、阵，工作时利用 SED1335 的 816 点阵显示方式，每 2 个字符显示一个汉字。由于 SED1335 的外接字符发生器最多可有 256 个字符，故其能支持 I28 个汉字的显示，通过对字符发生存储器 CORAM 的设定，还可以显示其他 n32 个汉字(n 取决于显示内存的大小)，不过在一幅屏幕上最多只能显示 128 个不同的汉字，这对于一般的智能仪器而言已够用了。由于 SED1335 具.有灵活的设置工作方式，它还可方便地进行中、英文显示方式的切换。（2）单片机控制与 SED1335 控制器控制液晶显示屏的比较采用单片机直接控制液晶显示屏6的显示速度较慢，液晶屏上的波形显示一般采用刷新方

43、式。在这种显示方式下，先对一列象素点全部清零，然后再根据显示与否，将该列中所需显示的点置 1，这样就完成了该列的显示操作，具体方法为：设置一个列计数器，使之从 0 到 319 循环来对应液晶屏上的 320 列。由显示列计数器可以确定当前被显示列在屏幕上第一行所处的字节和在该字节中所处的位。根据被显示的采样值，可以计算出相对应行在显示 RAM 的地址(所在行)，根据这两个地址， 就可以得到被显示点在液晶屏上的显示地址。计算出当前显示点所在列对应屏幕上一行中的字节位置和在字节中对应的位时，从波形显示的第一行开始，将该列所在的字节顺序取出，将对应位清零，但保留其它位，再送回原字节对应的显示RAM 地

44、址中去。将显示区中所有的行全部清零，再调用连线程序。连线程序通过分别计算当前被显示点和前一个被显示点的显示地址，比较欲连线的两点的幅值，以采样值较小点对应的行为连线的起始行、采样值较大点所对应的行为终止行，将起始行和终止行之间所有行中，当前列的当前位置“1”，来完成连线操作。采用上述方法完成一列的显示操作(包括清零和连线操作)，按最坏的情况来估计，如果要完成一列 200 个点的显示操作，则需要完成 200 次清零和 200 次置“1”。而第一次的清零和置“1”都必须将光标处的原字节取出，根据所作的操作，用特定的数去 “与”或“或”该字节，再把操作后的字节送回原光标处。同时，每次清零或置“1”后

45、都必须改变显示地址，以便使光标地址指针能够指向下一行的对应字节。完成一个点的清零或置“1”至少需要 16us(设单片机的时钟为 12MHz)，完成一列的显示操作至少需要 16us2002=6.4ms。由此可见，上述方法在实际应用中，往往难以满足要求。SED1335 的控制能力非常灵活、迅速。首先，在向 SED1335 写入控制字或显示数据时，不像单片机液晶控制芯片那样，需要查“忙”状态。其次，SED1335 有一个设置光标自动增加的方向命令 CSDIR，可以控制光标上、下、左、右四个方向变化，在设置了光标自动增加的方向之后当要向显示内存进行读写操作时，光标就会按设定的增量方向自动增加，这样，不

46、用更新光标寄存器的地址就可以读写一连串的数据。利用这个特点，可以使显示屏上一列显示数据的操作变得简单、快速。为了.在液晶显示屏上更快显示波形，在外部数据 RAM 中开辟一个显示缓冲区。在对某一列进行操作时，先将液晶显示屏 RAM 中欲处理的该列数据读到外部 RAM 缓冲区中，在缓冲区内对数据进行清零和置“1”后，再送回显示 RAM 中。由于读出和写回的数据在显示 RAM 和外部 RAM 缓冲区中是顺序排列的，利用 SED1335 的 CSDIR 指令，就可以避免每次读写操作都要改变光标地址，从而大大地加快了显示操作的速度。3.4接口电路的设计接口电路的设计3.4.13.4.1液晶显示器的结构和

47、工作原理液晶显示器的结构和工作原理液晶显示器的管脚工作原理如下，当 D/I 管脚为高电平，表示 DB7DB0 为显示数据；当 D/I 管脚为低电平时，表示 DB7DB0 为显示指令数据。当 R/W 读写信号管脚为高电平时，E 使能信号管脚也为高电平时，数据被读到 DB7DB0；当 R/W读写信号管脚为低电平时，E 使能信号管脚由高电平到低电平时， DB7DB0 的数据被写到指令寄存器 IR 或数据寄存器 DR，因为当 R/W 读写信号管脚为低电平时，E 使能信号管脚下降沿锁存 DB7DB0。CS1，CS2，CS3 片选信号管脚分别选择IC1，IC2，IC3列驱动器，每个管脚分别控制 64 列，

48、一共 192 列。RESET 复位控制信号，当 RST=0 有效。3.4.23.4.2LCDLCD 液晶模块与单片机的接口电路设计液晶模块与单片机的接口电路设计通过对上述单片机和液晶显示器接口的研究，对其接口电路进行了设计，整体接口电路设计如附录所示。具体的接线方式如下：由于 P0 口当访问外部程序和数据存储器时，可复用为低位地址和数据总线，并可在外部主机模式编程过程中接收代码字节和在外部主机模式校验过程中发送代码字节，所以 LCD 的 8 位数据线DBODB7 直接接到 P89V51RD2 的外部数据总线 P0.0P0.7 上。LCD 的片选CS1，CS2，CS3 是以低电平有效，因此信号经

49、 P2.1，P2.2，P2.3 管脚到CS1，CS2，CS3 管脚时，分别接一个非门，从而使输入到 CS1，CS2，CS3 管脚的信号有效，并且 P2 口可接受一些控制信号和部分高地址位。LCD 模块的 R/W 读写信号管脚是高电平和低电平都有效，并且当 R/W 读写信号管脚为高电平时，E 使能信.号管脚也为高电平时，数据被读到 DB7DB0；当 R/W 读写信号管脚为低电平时，E使能信号管脚由高电平到低电平时， DB7DB0 的数据被写到指令寄存器 IR 或数据寄存器 DR，所以经单片机的写信号管脚 WR 和读信号管脚 RD 时，接一个或非门，使其有效工作。液晶模块的 D/I 管脚与单片机的

50、 P2.0 管脚连接，当 D/I 管脚为高电平，表示 DB7DB0 为显示数据；当 D/I 管脚为低电平时，表示 DB7DB0 为显示指令数据。液晶模块的使能信号管脚 E 与单片机的 P2.4 管脚连接，当 R/W 读写信号管脚为低电平时，E 使能信号管脚下降沿锁存 DB7DB0。V0 为 LCD 的对比度调节端，接一个 1OK 电位器的中间抽头以调节显示的对比度，当向接地方向调时，LCD 对比度增大，向 VDD 方向调时，LCD 对比度减小，在实际试验中可以看到非常清晰的图像显示，如果看不到或者看不到深色，调节对比度就可以看到图案。LCD液晶模块 RESET 复位控制信号管脚与单片机的 RS

51、T 复位信号管脚分别外接 IMP813看门狗电路，设置一个看门狗电路，可用于系统故障安全保护，防止软件死锁和自动恢复。同时在单片机 XTAL1 和 XTAL2 晶振管脚处设置一个晶振电路，内部反相放大器的输入和输出（XTAL1,XTAL2） ，通过配置，它们可用作片内振荡器，当器件使用外部时钟源时，XTAL2 脚悬空，XTAL1 脚被驱动。晶振开始起振时，由于放大器和放大器本身的反馈电容之间的相互作用，外部振荡器的 XTAL1 脚会出现一个较高的容性负载，在本设计中选择的振荡器的电容为 33P。3.53.5IMP813IMP813 看门狗电路设计看门狗电路设计 看门狗计时器电路英文名为 Wat

52、ch Dog Timer 简称 WDT，其作用是监测单片机的运行， 一旦发现“死机”就发出复位信号恢复程序的正常运行。在本文所设计的看门狗电路中采用 IMP813 看门狗专用芯片。由于本电路只实现外部复位，因此，下面只对以下两个管脚进行介绍。手动复位（MR）：低电平有效的手动复位输入可被250A上拉电流拉至高电平，并可被CMOS/TTL逻辑或接地的机械开关驱动至低电平。不需要外部去抖动电路，因为最小为140ms的复位时间可以消除机械按钮开关的抖动。将WDO连至MR可使看门狗超时产生复位。自动复位（RESET）：.复位信号用来按已知状态启动P/C，一旦P/C处于未知状态，就将系统复位。IMP81

53、3有一个高电平有效的复位输出。当Vcc大于1.2V时，RESET保证为低电平。在上电期间，RESET保持低电平直到电源电压升至复位门限（4.65V或4.40V）以上。在超过此门限后，RESET为高电平大约200ms。在掉电期间，当Vcc降至复位门限以下时，RESET变为低电平，并在Vcc大于1.2V时保证低于0.4V。在Vcc降至复位门限电压以下时，即处于降压的情况下，RESET变为低电平。如果在已开始的复位脉冲期间电压下降，则该脉冲至少再持续140ms。此外，在看门狗电路设计的过程中，要注意以下几点：（1）看门狗的监控周期丁的选择最好是单片机程序完成一次循环所需最长时间的1.5-4倍。如果T

54、选择太短WDT容易误动作，太长则死机停留的时间太长影响计量精度。应根据系统的精度要求而定。（2）系统软件应对死机恢复及上电初始化做不同的处理。因为上电初始化程序要对RAM进行清零及赋值操作；而死机恢复程序不应对RAM进行清零及赋值操作，否则将造成运行数据丢失。通常单片机内部有一个特定的标志位以区别是初上电还是WDT复位。（3）如果使用外 WDT 电路，要根据单片机对复位信号的要求来决定复位信号是高电平输出还是低电平输出，以及复位信号的有效宽度。综上所述，本文在利用IMP813芯片进行看门狗电路设计5时，在MR管脚的地方采用一个上拉电阻和一个按钮开关，从而实现在按钮按下时，在MR管脚上出现低电平

55、。此外将RESET管脚和单片机的RESET管脚相连，整个电路如图3-4所示。整个电路的工作过程为：在正常工作时，SW-PB处于打开状态，MR管脚信号为高电平，RESET管脚没有触发信号；当单片机处于死机情况时，SW-PB合上，MR管脚信号为低电平，RESET管脚发出触发信号，使单片机复位，恢复正常运行。.图 3-4看门狗电路设计.4 4单片机和触摸控制器的接口电路设计单片机和触摸控制器的接口电路设计4.1触摸控制器触摸控制器 ADS7843 的概述的概述四线电阻式触摸屏在工作时在 X 轴和 Y 轴两层电层上需要加一电压，另外触摸屏输出的是模拟信号，而单片机处理的是数字信号。因此，在单片机与触摸

56、之间需有一个触摸屏控制器，它主要的功能是在微处理器的控制下向触摸屏的两层电层分时施加电压，并将相应的模拟电压信号传送给自身 AD 转换器，并将转换为数字信号数据传送给在微处理器。触摸屏控制器有多种，在此我选择 BURR-BROWN 公司的 ADS7843。ADS78439是一个内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片，供电电压2.75V，参考电压 VREF为1V+VCC转换电压的输入范围为0VREF ，最高转换速率为125kHz。它是4线电阻触摸屏转换接口芯片，又是一款具有同步串行接口的12位取样模数转换器。在125kHz吞吐速率和2.7v电压下的功耗为750微瓦， 而在关闭模式下

57、的功耗仅为0.5微瓦。因此，ADS7843以其低功耗和高速率等特性，被广泛应用在采用电池供电的小型手持设备上。ADS7843采用SSOP16引脚封装形式，温度范围是-40+85 。其引脚功能描述如表4-1所示。ADS7843 具有两个辅助输入(IN3、IN4)，可设置为 8 位或 12 位模式其外部电路连接如图 4-1 所示，该电路的工作电压 VCC在 2.75.25V 之间，基准电压 VREF介于 1V+VCC。该电路的基准电压确定了转换器的输入范围，输出数据中每个数字位代表的模拟电压等于基准电压除以 4096。平均基准输入电流由 ADS7843 的转换率来确定。.表 4-1ADS7843

58、的引脚功能说明引角号引角号引角名引角名功能描述功能描述1，10+VCC供电电源 2.75V2，3X+，Y+接触摸屏正电极，内部 A/D 通道4，5X-，Y-接触摸屏负电极6GND电源地7，8IN3，IN4两个辅助 A/D 输入通道9VREFA/D 参考电压输入11PENIRQ中断输出，须接拉外电阻（10 千欧或 100 千欧）12，14，16DOUT，DIN，DCLK串行接口引角13BUSY忙指标，低电平有效15CS片选图 4-1ADS7843 的外部电路连接图.4.1.14.1.1 ADS7843ADS7843 结构与工作原理结构与工作原理ADS7843 是一个多路低导通电阻模拟开关组成的供

59、电-测量电路网络、12 位逐次逼近 AD 转换器和异步串行数据输入输出，ADS7843 根据微控制器发来的不同测量命令导通相应的模拟开关，以便向触摸屏电极对提供电压，并把相应电极上的触点坐标位置所对应的电压模拟量引入 AD 转换器， ADS7843 内部结构框图如图4-2 所示。X+ 、Y+、X-、Y-为触摸屏电极模拟电压输入；CS 为 ADS7843 的片选输入信号，低电平有效；DCLK 接外部时钟输入，为芯片进行 AD 转换和异步串行数据输入输出提供时钟；DIN 串行数据输入端，当 CS 低电平时，输人数据在时钟的上升沿将串行数据锁存；DOUT 串行数据输出端，在时钟下降沿数据移出，上升沿

60、移进。当 CS 为高电平时，DOUT 呈高阻态。BUSY 为系统忙指标，当 CS 为低电平，且 BUSY 为高电平时，表示 ADS7843 正在进行数据转换；VREF参考电压输入端，电压值在+1 V 到+VCC之间变化；PENIRQ 为笔触中断，低电平有效；IN3、IN4 为辅助ADC 转换输入通道；+ VCC为电源输入。图 4-2ADS7843 的内部结构框图.ADS7843 是一款连续近似记录(SAR)的 AD 转换器。可通过连结触摸屏 X+将触摸信号输入到 AD 转换器，同时打开 Y+和 Y-驱动，然后数字化 X+的电压，从而得到当前 Y 位置的测量结果。同理也可得到 X 方向的坐标。A