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课程设计论文报告
黄石理工学院
电气与电子信息工程学院
便捷式仪表的液晶显示与键盘输入设计
姓名:
韩彪
学号:
0540220107
同组人:
梁冬雪张佳亮
刘倩倩杨春艳
指导老师:
黄磊艾青
时间:
2007年11月
便捷式仪表的液晶显示与键盘输入设计方案
摘要:
液晶显示器在各种仪表的设计上广泛的使用。
本系统以AT89S52和TS1620为核心部件,AT89S52支持在系统中编程(ISP)。
该系统由单片机、LCD显示模块、键盘、在线系统编程电路构成。
本系统工作稳定、方便、经济实惠。
关键词:
AT89S52TS1620键盘在系统编程
Abstract:
Liquid-crystaldisplayineachkindofmeasuringappliancedesignwidespreaduse.ThissystemtakeAT89S52andTS1620asthecorepart,ATthe89S52supportprograms(ISP)inthesystem.Thissystembythemonolithicintegratedcircuit,LCDdemonstratesthemodule,thekeyboard,theonlinesystemprogrammingelectriccircuitconstitution.Thissystemworkstable,isconvenient,iseconomical.
Keyword:
AT89S52TS1620KeyboardInsystemprogramming
引言
LCD液晶显示器(LiquidCrystalDisplay)具备低耗电量、价格低廉等特点,目前已经渐渐取代了传统的显示装置,在办公、机械、居家生活等电化设备上都有使用。
为了方便和计算机联机使用,通常将LCD驱动电路组合成模块,因此又称为LCM或LCDM(LCDmodule)。
由于上述特点,使得液晶显示器的使用范围广泛。
本论文着重阐述如何用单片机来驱动LCM的显示。
目录
第一章方案论证与比较--------------------------------------------------------------------------------------3
第二章器件介绍-----------------------------------------------------------------------------------------------4
第一节液晶显示器的介绍-------------------------------------------------------------------------------4
1.1数显液晶模块-----------------------------------------------------------------------------------------4
1.2点阵字符液晶模块-----------------------------------------------------------------------------------4
1.3点阵图形液晶模块-----------------------------------------------------------------------------------5
第二节16*1点阵字符液晶模块的介绍-----------------------------------------------------------------5
2.116*1点阵字符液晶模块(LCM)特性---------------------------------------------------------------5
2.216*1点阵字符液晶模块(LCM)引脚及功能-----------------------------------------------------5
2.316*1点阵字符液晶模块(LCM)的内部结构-----------------------------------------------------6
2.4点阵字符液晶模块的控制器指令------------------------------------------------------------------6
2.5LCM工作时序图--------------------------------------------------------------------------------------9
第三节单片机的选择及介绍------------------------------------------------------------------------------10
3.1AT89S52单片机主要性能---------------------------------------------------------------------------11
3.2AT89S52引脚结构------------------------------------------------------------------------------------12
第三章便携式仪表液晶显示系统设计-------------------------------------------------------------------13
第一节系统概述---------------------------------------------------------------------------------------------13
1.1整体系统方案设计------------------------------------------------------------------------------------13
1.2主要单元电路的设计---------------------------------------------------------------------------------13
第四章总结------------------------------------------------------------------------------------------------------16
1软件调试----------------------------------------------------------------------------------------------------16
2软硬件联调-------------------------------------------------------------------------------------------------16
附录---------------------------------------------------------------------------------------------------------------17
第一章方案论证与比较
本设计的核心问题是单片机对键盘的扫描与液晶显示屏的驱动。
在设计的过程中,综合考虑了以下两种方案。
方案一:
采用ATMEL公司的89C51单片机,该单片机具有8位CPU,128B的片内EPROM和4KB片内ROM。
选用LCM160液晶显示模块。
方案二:
采用ATMEL公司生产的AT89S52单片机,片内含8KBytesEPROM,并且支持并口在系统编程(ISP).选用已有的TS-1620-1液晶显示模块。
从经济上来说,AT89C51和AT89S52价格相当,使用AT89S52编程较为方便,片内ROM是AT89C51的两倍,设计方便可行。
综合上述两种方案优点,采用方案二。
第二章器件介绍
第一节液晶显示器的介绍
液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件等装配在一起的组件。
英文名称叫“LCDModule”,简称“LCM”,中文称为“液晶显示模块”。
1.1数显液晶模块
这是一种由段型液晶显示器件与专用的集成电路组装成一体的功能部件,只能显示数字和一些标识符号。
段型液晶显示器大多应用在便携、袖珍设备上。
由于这些设备体积小,所以尽可能不将显示部分设计成单独的部件。
即使一些应用领域需要单独的显示组件,也应该使其在显示功能外,还具有一些信息接收、处理、存储、传递等功能。
正是由于它们具有某种通用的、特定的功能受到市场的欢迎。
1.2点阵字符液晶模块
它是由点阵字符液晶显示器件和专用的行、列驱动器,控制器及必要的连接件、结构件装配而成,可以显示数字和英文字符。
这种点阵字符模块本身具有字符发生器,显示容量大,功能丰富。
液晶点阵字符模块的点阵排列是5*7或5*8、5*11的一组组像素点阵排列组成的。
每组为1位,每位间有一点的间隔,每行间也有一行的间隔,所以不能显示图形。
一般该模块在模块控制、驱动器内具有已固化好192个字符字模的字符库CGROM,还具有让用户自定义建立专用字符的随机存储器CGRAM,允许用户建立8个5*8点阵的字符。
点阵字符模块具有丰富的显示功能,主要得益于HD44780这一大规模集成电路。
1.3点阵图形液晶模块
这种模块也是点阵模块的一种,其特点是点阵像素连续排列,行和列在排布中均没有空隔。
因此可以显示连续完整的图形。
由于它也是由X-Y矩阵像素构成的,所以除显示图形外,也可以显示字符。
由以上各种显示模块的特点,本设计采用点阵字符液晶模块,目前常用的有16*1、16*2、20*2、40*2等字符模组,但是都具有相同的输入输出界面。
本设计选用16*1的字符模组。
字符LCD模块的控制器主要为日立公司的HD44780及其替代集成电路,驱动器为HD44100及其替代的兼容集成电路。
第二节16*1点阵字符液晶模块的介绍
2.116*1点阵字符液晶模块(LCM)特性
(1)+5V电压,反视度(明暗对比度)可调整。
(2)内含振荡电路,系统内含重置电路。
(3)提供各种控制命令,如清除显示器、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。
(4)数据显示用DDRAM共有80个字节。
(5)字符发生器CGROM有160个5*7点阵字型。
(6)字符发生器CGRAM可由使用者自行定义8个5*7的点阵字型。
2.216*1点阵字符液晶模块(LCM)引脚及功能
1脚(VDD/VSS):
电源5V±10%或接地。
2脚(VSS/VDD):
接地或电源(5±0.5)V。
3脚(VO):
反视度调整。
使用可变电阻调整,通常接地。
4脚(RS):
寄存器选择(1:
选择数据寄存器;0:
选择指令寄存器)。
5脚(R/W):
读/写选择(1:
读;0:
写)。
6脚(E):
使能操作(1:
LCM可做读写操作;0:
LCM不可做读写操作)。
7脚(DB0):
双向数据总线的第0位。
8脚(DB1):
双向数据总线的第1位。
9脚(DB2):
双向数据总线的第2位。
10脚(DB3):
双向数据总线的第3位。
11脚(DB4):
双向数据总线的第4位。
12脚(DB5):
双向数据总线的第5位。
13脚(DB6):
双向数据总线的第6位。
14脚(DB7):
双向数据总线的第7位。
15脚(VDD):
背光显示器电源+5V。
16脚(VSS):
背光显示器接地。
2.316*1点阵字符液晶模块(LCM)的内部结构
LCM的内部结构可分为:
LCD控制器、LCD驱动器、LCD显示装置三个部分,如图
(1)所示。
图
(1)
点阵字符液晶模块与单片机(MCU)之间利用LCM的控制器进行通信。
HD44780集驱动器与控制器于一体,是专用于字符显示的液晶显示控制器的代表电路。
HD44780内部由时序发生电路、地址指针计数器AC(AddressCounter)、光标闪烁控制电路、数据显示用RAM(DatadisplayRAM,简称DDRAM)、字符产生器ROM(CharacterGenerator的ROM,简称CGROM)、字型字符产生器RAM(CharacterGeneratorRAM,简称CGRAM)、复位电路、指令寄存器(InstructionRegister,简称IR)、数据寄存器(DataRegister,简称DR)、忙碌标志信号(BusyFlag,简称BF)组成。
2.4点阵字符液晶模块的控制器指令
用单片机(MCU)来控制点阵字符液晶模块、方式十分简单LCD模块的内部可以看成两组寄存器,一组为指令寄存器,一组为数据寄存器,由RS引脚来控制。
所有对指令寄存器或数据寄存器的存取均需检查LCD内部的忙碌标志BF,此标志用来告知LCD内部正工作,并不允许接收任何的控制命令。
而对此位的检查可以令RS=0,用读取DB7来加以判断,当DB7为0时,才可以写入指令或数据寄存器。
LCD控制器的指令共有11组。
(1)清除显示器
RS
R/W
E
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
指令代码为01H,将DDRAM数据全部填入“空白”的ASCII代码20H,执行此命令将清除显示器的内容,同时光标移到最左边。
(2)光标归位设定
RS
R/W
E
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
*
指令代码02H,地址计数器被清0,DDRAM数据不变,光标移到最左边。
*表示可以为0或1。
(3)设定字符进入模式
RS
R/W
E
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
I/D
S
I/D
S
工作情形
0
0
光标左移一格,AC值减1,字符全都不动
0
1
光标不动,AC值减1,字符全部右移一格
1
0
光标右移一格,AC值加1,字符全部不动
1
1
光标不动,AC值加1,字符全部左移一格
(4)显示器开关
RS
R/W
E
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
1
0
0
0
0
1
D
C
B
D:
显示屏开启或关闭控制位,D=1时,显示屏开启;D=0时,则显示屏关闭,但显示数据仍保存于DDRAM中。
C:
光标出现控制位,C=1时,则光标会出现在地址计数器所指的位置;C=0则光标不出现。
B:
光标闪烁控制位,B=1光标出现后会闪烁;B=0,光标不闪烁。
(5)显示光标移位
RS
R/W
E
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
1
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
*表示可以为0或1
S/C
R/L
工作情形
0
0
光标左移一格,AC值减1
0
1
光标右移一格,AC值加1
1
0
字符和光标同时左移一格
1
1
字符和光标同时右移一格
(6)功能设定
RS
R/W
E
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
1
0
0
1
DL
N
F
*
*
*表示可能为0或1。
DL:
数据长度选择位。
DL=1时为8位(DB0~DB7)数据转移;DL=0时则为4位数据转移,使用DB7~DB4位,分两次送入一个完整的字符数据。
N:
显示屏为单行或双行选择。
N=1时为双行显示,N=0时为单行显示。
F:
大小字符显示选择。
当F=1时,为5*10字型(有的产品无些功能);当F=0时,则为5*7字型。
(7)CGRAM地址设定
RS
R/W
E
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
1
0
1
A5
A4
A3
A2
A1
A0
设定下一个要读写数据的CGRAM地址(A5~A0)。
(8)DDRAM地址设定
RS
R/W
E
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
1
1
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
设定下一个要读写数据的DDRAM地址(A6~A0)。
(9)忙碌标志BF或AC地址读取
RS
R/W
E
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
1
1
BF
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
LCD的忙碌标志BF用以指示LCD目前的工作情况,当BF=1时,表示正在做内部数据的处理,不接受MCU送来的指令或数据;当BF=0时,则表示已准备接收命令或数据;程序读取此数据的内容时,DB7表示忙碌标志,而另外DB6~DB0的值表示CGRAM或DDRAM中的地址,至于是指向哪一个地址则根据最后写入的地址设定指令而定。
(10)写数据到CGRAM或DDRAM中
RS
R/W
E
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
1
0
1
先设定CGRAM或DDRAM地址,再将数据写入DB7~DB0中,以使LCD显示出字形,也可将使用者自创的图形存入CGRAM。
(11)从CGRAM或DDRAM中读取数据
RS
R/W
E
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
1
1
1
先设定CGRAM或DDRAM地址,再读取其中的数据。
2.5LCM工作时序图
控制LCD所使用的芯片HD44780其读写周期约为1us,这与8051MCU的读写周期相当,所以很容易与MCU相互配合使用。
(1)读取时序
图
(2)
(2)写入时序
图(3)
时序参数表如下:
6、单片机驱动点阵字符液晶模块的电路
液晶显示模块与单片机的连接方式通常有两种,一种为直接访问方式(总线方式),另一种为间接控制方式(模拟口线)。
直接访问方式就是将液晶显示模块的接口作为存储器或I/O设备直接挂在单片机总线上,单片机以访问存储器或I/O设备的方式控制液晶显示模块的工作。
间接控制方式是单片机通过自身的或系统中的并行接口与液晶显示模块连接,单片机通过对这些接口的操作,达到对液晶显示模块的控制。
间接控制方式的特点是电路简单,可省略单片机外围的数字逻辑电路,控制时序由软件产生,可以实现高速单片机与液晶显示模块的接口。
第三节单片机的选择及介绍
单片机是指在一块芯片上集成了中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、程序储存器(ROM或E2PROM)、定时/计数器及各种I/O接口,也就是指集成在一块芯片上的计算机。
单片机其实质就是计算机的一个特例,或者说是其一个分支而已。
由于单片机一般是针对与控制有关的数据处理而特别设计的,因而又称单片机为微处理器。
目前电子业所使用的单片机有MCS-51系列、PIC系列、AVR系列等系列,较早出现的就是51系列的了,考虑到选材的方便、成本及与液晶显示器的配合。
ATMEL公司生产的AT89S52单片机,片内含8KBytesEPROM,并且支持并口在系统编程(ISP),故选择此单片机。
3.1AT89S52单片机主要性能:
●与MCS-51单片机产品兼容
●8K字节在系统可编程Flash存储器
●1000次擦写周期
●全静态操作:
0Hz—33Hz
●三级加密程序存储器
●32个可编程I/O口线
●三个16位定时器/计数器
●八个中断源
●全双工UART串行通道
●低功耗空闲和掉电模式
●掉电后中断可唤醒
●看门狗定时器
●双数据指针
●掉电标识符
3.2AT89S52引脚结构
图(4)
第三章便携式仪表液晶显示系统设计
第一节系统概述
1.1整体系统方案设计
本系统由单片机AT89S52、液晶显示模块TS-1620-1、键盘、在线系统编程电路组成。
通过编写程序对键盘扫描和显示模块的驱动。
系统方框如图(5)所示。
图(5)
1.2主要单元电路的设计
1.2.1硬件系统的实现
AT89S52单片机的P1口作为液晶显示模块的数据接口,P2作为键盘输入端口。
采用Easy51Prov2.0在线编程软件,使用一并口和一片74LS373作为编程工具。
主要单元电路如图(6)所示。
图(6)
1.2.2软件系统设计
软件模块图如图(7)所示。
图(7)
1.2.3键盘程序流程图
键盘程序流程图(8)所示。
图(8)
1.2.4LCM程序流程图
本设计的软件系统使用Keil编写及编译。
4*4键盘程序模块用汇编语言编写,实现直接从P2口扫描得到键盘码,并采用查询方式得到与之对应的LCD字型码,在LCD上显示出来。
LCM流程图如图(9)所示。
图(9)
第四章总结
根据方案设计的要求,调试过程分为三个部分:
硬件调试,软件调试和软硬件联调。
电路按模块调试,各模块逐个调试通过后再联调。
1软件调试
本系统的软件系统不是很复杂,全部用汇编语言编写。
1.键盘调试编写一个测试程序,实现键盘与单片机简单通信,并能将键盘输入值在LED上显示出来。
2.液晶显示器调试编写一个测试程序,实现LCD与单片机简单通信,并能将程序中的字符串在LCD上显示出来。
2软硬件联调
在键盘、LCD模块分别调试完毕后与单片机小系统级联。
本系统的工作主要集中在软件上,在硬件调试通过后,软硬件联调难度不是很大。
参考文献:
1、张毅刚主编.单片机原理及应用:
高等教育出版社
2、沈庆阳主编.8051单片机实践与应用:
清华大学出版社
3、陈正义主编.单片机控制与实习:
人民邮电出版社
4、王为青程国钢编著.单片机KeilCx51应用开发技术:
人民邮电出版社
附录
附录一:
汇编程序
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