基于单片机的lcd图形显示器的设计55

PAGE基于单片机的LCD图形显示器的设计摘要LCD是一种新技术的基础元器件。它利用液晶的各种电光效应，把液晶对电场、磁场、光线和温度等外界条件的变化在一定条件下转换为可视信号而制成的显示器。液晶显示器具有低电压、低功耗的特点，与CMOS集成电路相匹配。液晶显示器的应用领域也越来越多，在电子表、计算器、数码相机、计算机的显示器和液晶电视上都可以看到他的身影。计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动显示技随着术的发展。本文以AT89C51单片机为核心,构建了一个基于单片机的LCD图形显示系统。实现图像及文本在LCD上可靠显示,硬件部分包括单片机最小系统，液晶显示界面两大部分。液晶选用128X64点阵的液晶模块。本系统显示直观，控制方便。软件部分应用单片机C语言实现了本设计的全部控制功能。关键词LCD；AT89C51；点阵；图形

AbstractLCDisanewtechnologybasedcomponents.Itusesavarietyofliquidcrystalelectro-opticeffect,theLCDonthepowerField,magneticfield,lightandtemperaturechangesinexternalconditionssuchasundercertainconditions,convertedtovisualsignalsMadeofthedisplay.LCDdisplaywithlow-voltage,lowpowerconsumption,andCMOSintegratedcircuitsMatch.LCDapplications,moreandmore,intheelectronicform,calculators,digitalcameras,computingMachinemonitorsandLCDTVscanseehisshadow.Computerpenetrationinthesocialsphere,SCMapplicationsarecontinuallydeepening,whiledrivingDisplaytechnologywiththetechnicaldevelopment.Inthispaper,AT89C51microcontrollerasthecore,builtamicrocontrollerbasedLCDgraphicsdisplaysystem.ImageandtextintheLCDdisplayonareliable,minimumsystemhardwareincludingmicrocontrollers,LCDShowstheinterfaceoftwoparts.LCD128X64dotmatrixLCDmoduleisused.ThesystemdisplaystheintuitivecontrolSystemconvenient.SoftwarepartoftheapplicationMCUClanguagetoimplementallcontrolfunctionsofthedesign.Keywords：LCD;AT89C51;lattice;Graphics

目录摘要 -1-关键词 -1-Abstract -2-1 绪论 -3-1.1 液晶显示器的概念 -3-1.2 汉字显示原理 -4-1.3 图像显示原理： -4-2 软硬件介绍 -4-2.1 Keil简介 -4-2.2 Proteus简介 -5-2.3 AT89C52单片机 -6-2.3.1 单片机的概念及其发展 -6-2.3.2 单片机系统简介 -7-2.4 LCD简介 -8-2.4.1 发展 -9-2.4.2 特点 -9-3 系统硬件设计 -12-3.1 单片机系统框图 -12-3.2 稳压直流电源设计 -13-3.3 液晶显示驱动电路的设计 -14-3.3.1 原理图设计 -14-3.3.2 液晶显示的原理分析 -14-4 系统仿真 -15-4.1 设计思路 -15-4.2 实现功能 -15-4.3 主程序流程图 -17-4.4 初始化设置子程序流程图 -18-5 设计总结 -19-6 致谢 -19-7 参考文献 -20-8 附录 -21-8.1 附录1：整机系统原理图 -21-8.2 附录2：PCB图 -22- 绪论液晶显示器的概念目前，显示技术和显示工业的发展迅速。显示技术是传递视觉的信息技术，显示器件是显示技术的基础。显示器从最早的12"发展到到现在流行的17"，显像管依然采用的是传统的CRT（阴极射线显像管）。虽然CRT显示器的技术处于非常成熟的阶段，大屏幕彩显正成为主流，但难以避免显示器的体积不断增加，功耗不断提升。由于物理上的限制，CRT显示器的应用范围也很有限。所以消费者希望有一种新型的显示设备来弥补CRT显示器的不足。液晶显示器的技术由笔记本电脑上的应用而逐渐成熟，有可能成为替代CRT显示器成为PC机的标准输出设备。综合比较各类显示器件，你会发现，液晶显示器件确实具有很多独到的优异特性。液晶显示器件LCD是当今最有发展前途的一种平板显示器件，它具有显示信息多、易于彩色化、体积小、重量轻、功耗低、寿命长、价格低、无辐射、无污染、接口控制方便等优点，正在测量及控制领域被广泛地推广和应用。限于篇幅，关于液晶显示LCD的发展历史、基础知识这里不做详细介绍了，有兴趣的读者可以参阅由电子工业出版社出版，郭强主编的《液晶显示应用技术》一书。汉字显示原理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。图像显示原理：跟汉字一样，只不过它的宽和高不再是个定值，而是一个变量，把高先分成8的倍数，然后一行一行扫描，不足的补零。软硬件介绍Keil简介单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。Proteus简介Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。ISIS是Proteus系统的中心,它远不仅是一个图表库。Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。它是具有控制原理图画图的外观的超强的设计环境。无论用户的要求是快速实现复杂设计的仿真以及PCB设计,还是设计精美的原理图以供出版，ISIS是您的最好工具。该软件的特点：①全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。②具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。③目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。④支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，可仿真51、AVR、PIC。AT89C52单片机单片机的概念及其发展当今，计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃，微型计算机的应用已渗透到生产，生活的各个方面。其中单片机以体积小，价廉，功能强，性能不断的提高，适用范围越来越宽，在计算机应用领域已占有日益重要的地位。单片机是在一块半导体芯片上，集成了CPU，ROM，RAM，I/O接口，定时器/计数器，中断系统等功能部件，构成了一台完整的数字电子计算机。由于集成电路技术的进步，片内甚至还可包含HSO，HIS，A/D转换器，PWM等称为“片内外设”的特殊功能部件。随着单片机构成的计算机应用系统的功能也日益增强，它一样可以配用打印机，绘图仪，CRT等外围设备，一样可以联网。这进一步深化了单片机在工业控制，自动检测，智能仪器仪表，家用电器等领域的突出地位，并使它不断拓宽应用范围，增添了新的活力。单片机的应用结束了计算机专业人员“垄断”计算机系统开发与应用的时代，它既给各种专业人员，特别是许多工程技术人员带来了学习和掌握计算机技术的急迫性，同时也带来了可能性，因为组成计算机应用系统变得容易，增强了人们进入这一领域的自信心。本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器,而且以单片机为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。再则由于系统没有其它高标准的要求，又考虑到本设计中程序部分比较大，根据总体方案设计的分析，设计这样一个简单的的系统，可以选用带EPROM的单片机，由于应用程序不大，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。INTEL公司的8051和8751都可使用，在这里选用ATMEL公司生产的51系列单片机的AT89C52单片机。单片机系统简介单片机最小系统，或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。下面给出一个51单片机的最小系统电路图（图1）：图1图12详细说明如下：复位电路:由电容串联电阻构成，由图并结合"电容电压不能突变"的性质，可以知道，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般教科书推荐C

取10u，R取10K。原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。至于如何具体定量计算，可以参考电路分析相关书籍。（2）晶振电路：典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作)，在本电路中，取12M。（3）单片机：一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机。对于31脚(EA/Vpp)，当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。ＡＴ８９Ｃ５１单片机的共40个引脚功总共40个脚，电源用2个(Vcc和GND)，晶振用2个，复位1个，EA/Vpp用1个，剩下还有34个。29脚PSEN，30脚ALE为外扩数据/程序存储器时才有特定用处，一般情况下不用考虑，这样，就只剩下32个引脚，它们是：P0端口P0.0-P0.7共8个；P1端口P1.0-P1.7共8个；P2端口P2.0-P2.7共8个；P3端口P3.0-P3.7共8个；LCD简介LCD（LiquidCrystalDisplay），对于许多的用户而言可能是一个并不算新鲜的名词了，不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想像－早在19世纪末，奥地利植物学家就发现了液晶，即液态的晶体，也就是说一种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。在电场的作用下，液晶分子的排列会产生变化。从而影响到它的光学性质，这种现象叫做电光效应。利用液晶的电光效应，英国科学家在上世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。今天的液晶显示器中广泛采用的是定线状液晶，如果我们微观去看它，会发现它特象棉花棒。与传统的CRT相比，LCD不但体积小，厚度薄（目前14.1英寸的整机厚度可做到只有5厘米），重量轻、耗能少（1到10微瓦/平方厘米）、工作电压低（1.5到6V）且无辐射，无闪烁并能直接与CMOS集成电路匹配。由于优点众多，LCD从1998年开始进入台式机应用领域。。第一台可操作的LCD基于动态散射模式(DynamicScatteringMode,DSM)，RCA公司乔治·海尔曼带领的小组开发了这种LCD。海尔曼创建了奥普泰公司，这个公司开发了一系列基于这种技术的的LCD。1970年12月，液晶的旋转向列场效应在瑞士被仙特和赫尔弗里希霍夫曼-勒罗克中央实验室注册为专利。1969年，詹姆士·福格森在美国俄亥俄州肯特州立大学（OhioUniversity）发现了液晶的旋转向列场效应并于1971年2月在美国注册了相同的专利。1971年他的公司（ILIXCO）生产了第一台基于这种特性的LCD，很高速缓存代了性能较差的DSM型LCD。在1985年之后，这一发现才产生了商业价值，1973年日本的声宝公司首次将它运用于制作电子计算器的数字显示。现在，LCD是笔记本电脑和掌上计算机的主要显示设备，在投影机中，它也扮演着非常重要的角色，而且它开始逐渐渗入到桌面显示器市场中。发展一直以来，追求更完美的视觉享受都是我们桌面显示设备的目标，回顾近年的显示技术发展历程，我们不难发现它都是围绕着同样一个主题－“追求更佳的人类肉眼视觉舒适性”！作为近几年才突然新兴起的新产品，液晶显示器已经全面取代笨重的CRT显示器成为现在主流的显示设备。可是，液晶显示器的发展之路并不是我们想象中的那样一帆风顺。下面，我们与新老玩家一起回顾一下近年LCD发展的艰辛曲折之路。LCD早期发展(1986~2001)—过高成本抑制其发展之路技术不成熟的早期，LCD主要应用于电子表、计算器等领域我们平时所说的LCD，它的英文全称为LiquidCrystalDisplay，直译成中文就是液态晶体显示器，简称为液晶显示器。液晶是一种几乎完全透明的物质。它的分子排列决定了光线穿透液晶的路径。到20世纪60年代，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射，由此引发了人们发明液晶显示设备的念头。世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初，被称之为TN-LCD（扭曲向列）液晶显示器。尽管是单色显示，它仍被推广到了电子表、计算器等领域。特点机身薄，节省空间与比较笨重的CRT显示器相比，液晶显示器只要前者三分之一的空间。省电，不产生高温它属于低耗电产品，可以做到完全不发热(主要耗电和发热部分存在于背光灯管或LED)，而CRT显示器，因显像技术不可避免产生高温。无辐射，益健康液晶显示器完全无辐射，这对于整天在电脑前工作的人来说是一个福音。画面柔和不伤眼不同于CRT技术，液晶显示器画面不会闪烁，可以减少显示器对眼睛的伤害，眼睛不容易疲劳。液晶显示器绿色环保，它的能源消耗相对于传统的CRT来说，简直是太小了（17''功率大概在200W以内）；对于近来逐渐引起国人重视的噪音污染也与它无缘，因为它的自身的工作特点决定了它不会产生噪音（对于那种喜欢一边使用电脑，一边有节奏的敲打显示器的用户发出的噪音，这里不予以考虑）；液晶显示器还有一个好处就是发热量比较低，长时间使用不会有烤热的感觉，这一点也是以前的显示器无可比拟的，以前的显示器可是宝贵，尤其是夏天，家里的空调、电扇都得为它服务给它降温。使用液晶显示器无形中为大气降了温，也为阻止日益升温的大气作贡献。同时减少辐射，降低环境污染。当然了，环保也不会少了辐射这个指数的，虽然我们不能说液晶显示器就完全没有辐射，但是相对于辐射大户CRT，以及日常家电的辐射来说，液晶显示器那一点点辐射简直可以忽略不计。未来的时代从目前的发展趋势来看是数字时代。显示器智能化操作，数字控制、数码显示是未来显示器的必要条件。随着数字时代的来临，数字技术必将全面取代模拟技术，LCD不久就会全面取代现在的模拟CRT显示器。不过从另一个方面讲液晶显示器的数字接口现在并不普及，还远远没有到应用领域。从理论上说，液晶显示器是纯数字设备，与电脑主机的连接也应该是采用数字式接口，采用数字接口的优点是不言而喻的。首先可以减少在模数转换过程中的信号损失和干扰；减少相应的转化电路和元件；其次不需要进行时钟频率、向量的调整。但目前市场上大部分液晶显示器的接口是模拟接口，存在着传输信号易受干扰、显示器内部需要加入模数转换电路、无法升级到数字接口等问题。并且，为了避免像素闪烁的出现，必须做到时钟频率、向量与模拟信号的完全一致。此外，液晶显示器的数字接口尚未形成统一标准，带有数字输出的显示卡在市面上并不多见。这样一来，液晶显示器的关键性的优势却很难充分发挥。这个问题可能不是很好理解，我们举例子说明一下吧。使用过液晶显示器的人都知道液晶显示器很容易产生影像拖尾现象。响应时间是液晶显示器的一个特殊指标。液晶显示器的响应时间指的是显示器各像素点对输入信号反应的速度，响应时间短，则显示运动画面时就不会产生影像拖尾的现象。这一点在玩游戏、看快速动作的影像时十分重要。足够快的响应时间才能保证画面的连贯。目前，市面上一般的液晶显示器，响应时间与以前相比已经有了很大的突破，一般为40ms左右。不过随着技术的日益发展LCD和CRT的这个差距在逐渐的被弥补上，一款液晶显示器的响应时间就已经缩短到了5ms.从外形上看液晶显示器的外观轻巧超薄，与传统球面显示器相比，其厚度、体积仅是CRT显示器的一半（比如华硕的MS系列产品，其厚度更是达到了让人惊讶的1.65cm），大大减少了占地空间。香港和东京是世界上液晶显示器普及率最高的地区，去年香港液晶显示器的出货量占到了显示器总出货量的七成。我们观察一下液晶显示器普及率高的地区就不难发现，这些地方大多是比较繁华，比较拥挤，生活水平比较高，而且写字楼、金融大厦林立的地方。在这些地方可谓是寸土寸金。显示器节省下来的空间的地皮价格远远高于液晶显示器和CRT显示器的差价。现在我国大陆的一些大城市的繁华区域也有向着这个方向发展的趋势。这个问题其实是问您对显示器的用途。众所周知，由于液晶分子不能自己发光，所以，液晶显示器需要靠外界光源辅助发光。一般来讲140流明每平方米才够。有些厂商的参数标准和实际标准还存在差距。这里要说明一下，就是一些小尺寸的液晶显示器以往主要应用于笔记本电脑当中，采用两灯调节，因此它们的亮度和对比度都不是很好。不过现在主流的桌面版本的液晶显示器的亮度一般都可以达到250流明到400流明，已经开始逐渐接近CRT的水平了。对于大多数人来说，如果把CRT和LCD摆放在一起的话，可以比较轻松的分辨出液晶显示器和普通的CRT显示器的亮度和对比度以及色彩饱和度的不同，但是就一般使用来说，这一点点差距并不会影响您的工作。但是对于专业的美工等要求准确色彩的工作来说，液晶显示器还不能完全达到其工作的要求。系统硬件设计单片机系统框图CPUAT89C52液晶显示器时钟电路复位电路AT89C52单片机最小系统由复位电路、电源电路及单片机构成。单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种操作的时间基准，复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC＝0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。稳压直流电源设计本系统设计为5V直流稳压电源给系统供电，AC220市电经220V～9V变压器变压，然后经桥式整流电路，再经电容滤波电路，经7805稳压管稳压，再进行二次滤波，输出较稳定的5V电压，给本系统供电。流程图如下图所示：AC220V交流电AC220V交流电降压整流滤波稳压滤波本系统在实际制作过程中，基于成本考虑，本设计未做电源这一部分，而是用USB连接线，代替了电源的制作。因电脑现已非常普及，从电脑的USB口取5V电源，亦非常方便。液晶显示驱动电路的设计原理图设计液晶显示的原理分析液晶显示的原理是采用的有机化合物，在电压的作用下，使化合物的排列发生偏转，从而使光的折射角发生偏转，造成透射的程度不同，从而使液晶模块从表面看起来有不同的亮度，所以，液晶必须要在光的照射下才能够显示。这一点与发光二极管从原理上来说是完全不同的。现在，在市场上所使用的液晶都是液晶模块，也就是说，现在的液晶模块都是将液晶以及相应的驱动芯片，寄存器，驱动电源电路等一系列的辅助电路都集成在了一起，从二使用户能够更加的方便是液晶，即所谓的大众化。12864采用的是点阵式液晶，分为128X64个点，即有1204个字节，也就是说每一个ROM内存单元对应一个点阵。如何对其驱动是对12864的主要难点，对于其驱动大致可以分为：初始化，设置起始位显示，输送数据几大块。初始化主要的就是按照芯片手册来，因为那些命令语句的内存单元都是定的，不能够根据用户的喜好来自己定义。设置起始位数据显示位置，主要是要搞清楚ROM的对应地址。12864分为左半屏面和右半屏面。其中左边占64列，右边占64列。共128列。行分为64行。又将其分为8页，每一页占8行。列的起始地址为40H，行的起始地址为B8H。系统仿真设计思路由实现功能可以看出，本设计中需要用到西文显示、汉字显示、绘图等子程序。首先，要实现西文/汉字的显示，需要三个子程序：创建字模，写入字模，显示西文或汉字。T6963C实现西文/汉字的显示有三种方式：文本显示，图形显示和文本属性显示。由于绘图只能使用图形显示，因此在本设计中采用图形显示方法来实现西文/汉字的显示。其次，要实现绘图，需要由绘点子程序实现。绘图功能则是通过连续使用绘点子程序实现的。最后，还需要用到初始化子程序、清屏子程序。同时状态字的检测和指令的写入、数据的自动写、数据的一次写等子程序也是必不可少的。由于每进行一次操作都需要检测状态字，所以可以把状态字检测程序做成通用程序方便调用。初始化程序和清屏幕程序主要完成T6963C的初始化和屏幕清除功能。西文/汉字的显示首先需要创建字模，然后将字模写入T6963C中，最后再在屏幕上显示出来。实现功能随着显示技术发展的日新月异，液晶显示器因其功耗低、重量轻而成为便携式应用中的主流显示技术。本设计将实现的主要功能如下：1）先用绘图法在屏幕上划定一块显示区域。2）在该显示区域中将显示以下汉字或图形：左边显示“Beijing2008”奥运LOGO图像。右边显示“北京加油”（24X21宋体）3）改变字库的内容，显示其它汉字或西文。显示结果如下图（图4）所示：主程序流程图开始开始LCD初始化调用左半边显示函数调用右半边显示函数清屏定时器初始化初始化设置子程序流程图入口入口设置图形显示区域宽度设置图形显示首地址显示开关设置设置光标形状字符发生器设置返回