单片机的LCM1602液晶显示温度与万年历显控制.docx
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单片机的LCM1602液晶显示温度与万年历显控制
毕业设计报告(论文)
报告(论文)题目:
基于单片机的LCM1602液晶控制
——温度与万年历显示设计
作者所在系部:
电子工程系
作者所在专业:
作者所在班级:
作者姓名:
作者学号:
指导教师XX:
完成时间:
2011年6月9日
院教务处制
电子工程系
毕业设计(论文)任务书
姓名:
专业:
术
班级:
学号:
指导教师:
职称:
讲师
完成时间:
2011年6月5日
毕业设计(论文)题目:
基于单片机的LCM1602液晶控制
——温度与万年历显示设计
设计目标:
利用单片机技术,以及模拟电子技术和数字电子技术的理论知识,设计实现MCS-51单片机对LCM1602液晶输出显示控制的这一基本要求。
技术要求:
1.利用LCM1602液晶能显示当前时间及温度。
2.利用按键实现对时间的调节与设定。
3.当温度超过设定值时,蜂鸣器报警。
4.利用220VAC电源对系统供电。
所需仪器设备:
计算机一台、Proteus与KeiluVision4软件
成果验收形式:
原理图、源程序、仿真结果
参考文献:
《单片机原理及应用》、《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》
时间
安排
1
5周---6周
立题论证
3
9周---13周
仿真调试
2
7周---8周
方案设计
4
14周---16周
成果验收
指导教师:
教研室主任:
系主任:
摘要
论文的研究工作是以液晶屏显示技术为背景展开的,并且详细介绍了通过MCS-51单片机控制LCM1602液晶的显示情况,以软件形式对系统进行控制,使得系统控制更具灵活与方便。
本文在深入分析LCD显示技术的基础上,重点解析了LCM显示的单片机控制技术,以及LCD显示在各种电子显示中的优势,同时阐述了其在日常显示系统中的应用;并且以Proteus与KeiluVision4软件为基础,编写了MCS-51单片机对LCM1602显示控制的软件,绘制其原理图,并使用Proteus软件与KeiluVision4软件建立联合仿真。
论文主要论述了原理图各个模块的作用,控制软件的各个模块的编程。
关键词液晶显示技术LCM1602MCS-51单片机ProteusKeiluVision4
基于单片机的LCM1602液晶控制
——温度与万年历显示设计
第1章绪论
1.1课题背景及主要技术国内外研究概况
自20世纪80年代起,显示设备经历着传统工艺的改良、新工艺的发展、成熟的优胜劣汰。
CRT、LCD、PDP、DLP、LED、OLED、FED、SED、LPD等各种新的显示技术纷纷登场亮相。
阴极射线显像管(CRT)是利用高能电子束激励荧光体发光的电子显示器件。
CRT电子束扫描存在几何失真现象;R、G、B三色电子束在扫描对应荧光粉时会产生会聚误差;颜色重现会受到地磁的影响;本身辐射大、无法实现平板和超大屏幕、功耗过大的缺点越来越明显。
时至今日,CRT已经基本宣告退出显示市场。
等离子显示器(PDP,即PlasmaDisplayPanel缩写)是利用惰性气体放电所产生的紫外线激发荧光体而产生的发光现象。
由于PDP容易实现大画面显示,视角大、响应快、具有存储特性、色彩丰富、全数字化工作、薄型平板化、受磁场影响小、无需磁屏蔽等优点,以及尺寸越大,PDP模组的成本优势越明显。
因此,PDP覆盖了大英寸的高分辨率显示领域。
PDP的推广还有待在价格与技术上进一步突破。
数字光处理(DLP,即Digital Light Processing)显示是由美国XX仪器公司(TI)开发的全数字反射式投影技术。
其显示效果高对比度;可靠性高;减少了边缘显示盲区,消除了黑边,有效象素延伸至屏幕边缘;以及无辐射等优点。
将主要应用于数字影院和数字高清晰背投电视。
LED显示具有对比度高(4000:
1)、亮度高(2000cd/m2)且节能、可视角X围广、色彩艳丽、易于集成、驱动电路简单、寿命长(约10万小时以上)、耐冲击且性能稳定等优点。
使其呈现出极为广阔的发展前景。
在大型显示设备中,led显示技术可谓是一种可谓无可匹敌的技术。
未来LED显示技术将朝着更高亮度、更高耐气候性和发光密度、发光均匀性、全彩色化趋势发展。
有机发光二极管(OrganicLight-EmittingDiode,简写OLED)显示屏具有无辐射,超轻薄(显示面板可薄至1mm以下),柔软显示,屏幕可卷曲;制造工艺比较简单,批量生产时的成本要比LCD至少节省20%;能在‐45℃~80℃的极寒和高温环境下正常显示;无需后背光源,因而更加节省能源;可视角接近180度;像素的响应速度属微秒级,显示动态画面时无拖影现象等优点。
但目前OLED显示技术还不成熟,大尺寸全彩色器件目前尚处在研究开发阶段。
价格高,目前很难大规模应用于市场。
LCD(LiquidCrystalDisplay),即液晶显示器,是通过液晶产生双折射率、旋光性、二色性、光散射性等光学性质的变化,而产生显示作用的非主动发光型显示器。
它具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。
并且目前技术比较成熟。
但也存在视角不广以及色彩表现不理想等问题。
综合考虑各方因素,在一定时间X围内,LCD将仍是显示领域的主流产品。
在现代社会中LCD的应用很广泛,简单如手表上的液晶显示屏,仪表仪器上的液晶显示器或者是电脑笔记本上的液晶显示器,都使用了LCD。
在一般的办公设备上也很常见,如传真机,复印机,以及一些娱乐器材玩具等也常常见到LCD的足迹。
常用的LCD为字符型点阵式LCD模块(liquidCrystalDisplayModule)简称LCM,或者是字符型LCD。
字符型液晶显示模块是一类专门用于显示字母,数字,符号等的点阵式液晶显示模块。
在显示器件上的电极图型设计,它是由若干个5*7或5*11等点阵符位组成。
每一个点阵字符位都可以显示一个字符。
点阵字符位之间有一空点距的间隔起到了字符间距和行距的作用。
其中,对显示器件的控制是所设计系统的核心。
控制系统可采用FPGA/CPLD芯片或单片机等控制。
综合各方考虑。
本控制系统选用美国ATMEL公司生产的AT89C51的8位FlashROM单片机。
其最突出的优点是片内ROM为FlashROM,可方便地擦写1000次以上,价格低廉,而且其指令丰富,编译工具多,仿真环境好。
因此被广泛地应用于各种控制领域。
1.2LCM1602显示控制系统简介
LCM(LCDModule)即LCD显示模组,是指将液晶显示器件、连接件、控制与驱动等外围电路,PCB电路板,背光源,结构件等装配在一起的组件。
LCM提供用户一个标准的LCD显示驱动接口,用户按照接口要求进行操作来控制LCD正确显示。
LCM是一种相对更高集成度的LCD产品,对小尺寸LCD显示,LCM是一种省电的显示装置,LCM可以比较方便地与各种微控制器(比如单片机)连接,作为简易的人机接口。
其中,MCS-51单片机作为LCM1602显示控制系统的核心部件。
它由中央处理器(CPU)、存储器(ROM与RAM)、输入/输出单元(I/O)三大基本部分构成。
单片机具有高性能、低价格;体积小,集成度高,可靠性和抗干扰能力强;较低工作电压(1.8~5V),低功耗等优点。
并且,只要在单片机的外围适当加一些必要的扩展电路及通道接口,就可以构成各种应用系统,如工业控制系统、数据采集系统、自动控制系统、自动测试系统、检测监视系统、智能仪表、功能模块等。
因此单片机广泛应用于便携式智能产品与家电消费品,以及工业控制,国防装备等领域。
总之,该LCM1602液晶显示控制系统具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点,符合电子仪器仪表的发展趋势。
1.3课题的建立以及本文完成的主要工作
本文主要包括以下内容:
1.单片机为核心,建立LCM1602显示控制系统,编制各控制子程序模块,为操作管理人员提供灵活、准确的控制信息。
实现对LCM1602液晶显示当前时间及温度,按键调节作用,以及蜂鸣器报警的控制。
2.绘制整个控制系统原理图,可替代实际硬件进行仿真。
3.配合控制程序软件,完成对整个硬件系统的控制。
第2章开发工具软件简介
2.1KeiluVision4软件简介
Keil是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。
用过汇编语言后再使用C来开发,体会更加深刻。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
Keil软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。
Keil生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。
其次,该软件不但可以进行软件仿真,而且还可以通过其内嵌模块Keil-Monitor-51,实现在不需要连接硬件仿真器的条件下,通过下载线连接硬件系统对项目进行实时仿真。
另外,可以与Proteus单片机仿真软件联合实现虚拟硬件仿真。
keiluVision4是keil的最新版本。
2.2Proteus软件简介
目前电子设计手段日新月异,由手工设计阶段到EDA阶段,再到虚拟设计阶段,人们不断提高设计水平与效率。
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是一款可以实现数字电路、模拟电路、微控制器系统仿真及PCB设计等功能的EDA软件。
从元件的选取到连线,直至电路的调试、分析和软件的编译,都是在计算机中完成,所有的工作先在虚拟环境下进行。
基于这一设计思想开发的Proteus软件,可在原理图设计阶段对所设计的电路进行评估、验证,看是否达到设计要求的技术指标,并可以通过改变元件的参数使整个电路性能达到最优化。
这样就避免了传统电子电路设计中方案更换带来的多次重复购买元器件及制板,在节省设计时间与经费的同时,提高了设计效率与质量。
Proteus软件不仅具有其它EDA工具软件的模拟电子和数字电子的仿真功能,而且还具有其他EDA软件所没有的单片机系统硬件仿真功能。
它可以仿真MCS-51系列单片机、AVR单片机、PIC单片机和ARM7微处理器,可以直接在电路原理图上实现硬件的虚拟仿真,实现程序的调试,并提供进行测试与分析的虚拟示波器、逻辑分析仪等虚拟仪器及仿真图表。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
Proteus软件主要由实现原理图编辑及仿真的ISIS模块和实现PCB板设计及自动布线的ARES模块组成。
Proteus软件提供了三十多个元器件库,数千元器件。
元件涉及电阻、电容、二极管、MOS管、变压器、继电器、各种放大器、各种激励源、300多种微处理器、各种门电路和各种终端等。
提供的仪表有交直流电压表、电流表、逻辑分析仪、定时/计数器和信号发生器等虚拟仪器,Proteus作为可视化仿真软件,提供数码管、液晶屏、LED、按钮、键盘等外设。
2.3KeiluVision4与Proteus软件联合仿真
Proteus软件与KeiluVision4软件之间的联合虚拟仿真,指KeiluVision4软件将Proteus软件打开的单片机系统看成一个虚拟的硬件电路,使用KeiluVision4软件对程序进行编译、调试时自动连接Proteus软件中的虚拟单片机系统,虚拟单片机系统的状态随KeiluVision4软件对程序调试实时变化。
这样,可实现用Proteus软件与KeiluVision4软件联合虚拟硬件仿真。
2.4小结
Proteus软件与KeiluVision软件的联合仿真在实际的单片机系统开发中被普遍应用。
用Proteus软件与KeiluVision软件联合仿真对程序都像仿真器一样调试,同时在屏幕上可以直观地看到电路输出状态,比较容易读懂并理解所调试的程序。
为此,在单片机课程教学过程中,结合工程实际做到软件和硬件相结合,实现理论教学与工程实践紧密结合。
有利于提高学习效率,同时降低了学习所需的硬件成本。
第3章LCD显示控制技术
3.1LCD显示技术的发展
1888年澳大利亚植物学家莱尼茨尔(Reinitzer)首先发现液态晶体的存在,之后,便开启了相关基础技术的研究。
1968年美国RCA公司科学家G.H.Heilmeier根据液晶动态散射(Dynamicscattering)效应,将液晶做成显示器,液晶显示器(Liquidcrystaldisplay,LCD)产业便开始成形。
美国是LCD技术的原始推动者,日本是最先将此技术商品化的国家之一,1973年,Sharp公司成功开发出以LCD为显示面板的计算器与手表,并带动许多厂商(如Hitachi、NEC、Toshiba等)加入到LCD产品开发的生产行列。
而日本在LCD市场的独占情况一直延续到1995年,直到韩国厂商推出TFT(Thinfilmtransistor)LCD而终结。
韩国厂商包括SAMSUNG、Hyundai等延续其在半导体产业的发展经验,利用反向工程(Reverseengineering)原理,学习日本的TFT-LCD技术,于90年代未已达到超过30%的市场占有率,并取代日本成为此产业的领先者。
而同时,XX也掀起了一股TFT-LCD研发和生产的热潮。
LCD显示具有诸多优势:
1.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。
2.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。
3.低辐射,环保。
液晶显示器的辐射远低于CRT显示器(仅仅是低,并不是完全没有辐射,电子产品多多少少都有辐射)。
4.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。
LCD依驱动方式来分类可分为静态驱动(Static)、单纯矩阵驱动(SimpleMatrix)以及主动矩阵驱动(ActiveMatrix)三种。
根据LCD(液晶)所采用的材料构造,可把液晶分为TN、STN、TFT等三大类,而据目前的技术原理又可以将它们再次分为TN、STN、FSTN、DSTN、CSTN、TFT等诸多类别:
1、TN型LCD
所谓TN是指TwistedNematic扭曲向列型LCD。
2、STN型LCD
所谓STN是指SuperTwistedNeumatic超扭曲向列型LCD,即通常所说的单色LCD。
3、DSTN型LCD
所谓DSTN是指DualSuperTwistedNematic双超扭曲向列型LCD(即通常所说的微彩LCD),意即通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏,达到完成显示的目的。
4、FSTN型LCD
所谓FSTN是指FilmSuperTwistedNematic簿层超扭曲向列型LCD。
5、CSTN型LCD
所谓CSTN是指colorsSuperTwistedNematic彩色超扭曲向列型LCD。
一般采用透射式(transmissive)照明方式,透射式屏幕要使用外加光源照明,称为背光(backlight),照明光源要安装在LCD的背后。
透射式LCD在正常光线及暗光线下,显示效果都很好,但在户外,尤其在日光下,很难辨清显示内容而背光需要电源产生照明光线,要消耗电功率。
6、TFT型LCD
所谓TFT就是指ThinFilmTransistor簿片式晶体管LCD(即通常所说的真彩LCD),意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动,从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。
市场主要LCD种类对比如下(表3-1):
3.2LCM1602显示控制技术及其体系结构
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、结构件装配在一起的组件.英文名称叫“LCDModule”,简称“LCM”。
有以下三种:
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。
段型液晶显示器件大多应用在便携、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,那么也应该使其除具有显示功能外,还应具有一些信息接收、处理、存储传递等功能。
由于它们具有某种通用的、特定的功能而受市场的欢迎。
2、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。
因此可以显示了连续、完整的图形。
由于它也是有X-Y矩阵像素构成的,所以除显示图形外,也可以显示字符。
3、液晶点阵字符模块
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,结构件装配而成的,可以显示数字和西文字符。
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。
一般该种模块最少也可以显示8位1行或16位l行以上的字符。
这种模块的点阵排列是由5×7、5×8或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。
3.2.1LCM1602模块简介
LCM1602是2行×16个字符的字符型液晶显示模块。
它由32个字符点阵块组成,每个字符点阵块由5×7或5×10个点阵组成,可以显示ASCII码表中的所有可视的字符。
LCM1602采用标准的16脚接口,其中各引脚的功能如下(表3-2):
引脚
符号
功能说明
1
VSS
电源负极
2
VDD
电源正极极(+5V)
3
V0
液晶显示器对比度调整,LCD驱动电压(一般为0.8V:
接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,会产生“鬼影”,可以通过一个10K的电位器调整对比度)。
4
RS
RS为寄存器选择,高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
5
R/W
R/W为读写信号线,高电平
(1)时进行读操作,低电平(0)时进行写操作。
6
E
E(或EN)端为使能(enable)端,下降沿使能,液晶模块执行命令
7~14
DB0~DB7
低四、高四位三态、双向数据总线0位(最低位)~7位(最高位,也是busyflag)
15
BLA
背光电源正极
16
BLK
背光电源负极
寄存器选择控制表如下(表3-3):
RS
R/W
操作说明
0
0
写入指令寄存器(清除屏等)或者显示地址
0
1
读busyflag(DB7),以及读取位址计数器(DB0~DB6)值
1
0
写入数据寄存器(显示各字型等)
1
1
从数据寄存器读取数据
3.2.2LCM1602模块内部结构
LCM1602内部主要寄存器有:
输入/输出缓冲器,指令寄存器(InstuctionRegister,即IR),指令译码器,数据寄存器(DataRegister,即DR),地址计数器(AddressCounter,即AC),忙标识(BusyFlag,即BF)以及显示数据存储器(DisplayDataRAM,即DDRAM),字符发生器(CharacterGenerateROM,即CGROM)。
其各个单元的功能作用如下:
1.输入/输出缓冲器,用于缓存输入/输出的数据与控制信号。
2.指令寄存器(IR),为八位寄存器。
用于存放LCD指令、DDRAM或CGROM地址。
数据输入流程:
数据存入DR,然后将该数据地址与指令存入IR,最后将该数据输入到DDRAM或CGROM。
读取数据流程:
将该数据地址与指令存入IR,DR取得该地址数据。
3.指令译码器,将IR里的指令进行译码,以获取DDRAM或CGROM地址。
4.数据寄存器(DR),连接LCM内部数据总线以及缓存DDRAM或CGROM的存取数据。
当CPU读取DR内容后,DR能自动加载下一个地址的内容。
5.地址计数器(AC),连接LCM内部数据总线以及缓存DDRAM或CGROM的存取数据地址。
当存取DDRAM或CGROM的数据地址,AC能自动加载下一个存储地址。
6.忙标识(BF),表示LCM的当前状态。
若BF=1,则表示LCM处于忙绿状态,无法接收外部数据或指令。
7.显示数据存储器(DDRAM),存储所要显示数据的ASCII码,根据该ASCII码地址,即可到CGROM里找到该字符的显示编码。
在送待显示字符代码的指令之前,先要送DDRAM的地址(即待显示的字符显示位置)。
16×2的字符型LCD的DDRAM地址与显示位置的对应关系如下(表3-4):
DDRAM地址与显示字符位置(16*2)的对应关系
00H
01H
02H
03H
04H
05H
06H
07H
08H
09H
0AH
0BH
0CH
0DH
0EH
0FH
40H
41H
42H
43H
44H
45H
46H
47H
48H
49H
4AH
4BH
4CH
4DH
4EH
4FH
8.字符发生器(CGROM),是一个只读存储器,预制所有数据的ASCII码。
其存储的编码表如下(表3-5):
此外,还有自定义字符发生器,串行/并行数据转换器,光标闪烁控制电路,时序产生电路,偏压产生电路,共同端驱动电路以及段驱动电路等。
3.2.3LCM1602控制指令
由于MPU可以直接访问模块内部的IR和DR。
作为缓冲区域,IR和DR在模块进行内部操作之前,可以暂存来自MPU的控制信息。
这样就给用户在MPU和外围控制设备的选择上,增加了余地。
模块的内部操作由来自MPU的RS、R/W、E以及数据信号DB决定,这些信号的组合形成了模块的指令。
本系列模块向用户提供了11条指令,大致可以分为四大类:
模块功能设置;设置内部RAM地址;完成内部RAM数据传送;完成其他功能。
内部RAM的数据传送的功能使用最为频繁,因此,RAM中的地址指针所具备的自动加一或减一功能,在一定程度上减轻了MPU编程负担。
数据移位指令与写显示数据可同时进行,这样用户就能以最少系统开发时间,达到最高的编程效率。
另外,在每次访问模块之前,MPU应首先检测忙标志BF,确认BF=0后,访问过程才能进行。
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令,如(表3-6)所示:
序号
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示,DDRAM存入20H,光标至左上角,AC清零
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回,DDRAM内容保持,AC清零
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
4
显示开/关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
6
置功能
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器寻址
0
0
0
1
字符
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