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1、基于单片机的液晶显示器的设计与实现基于单片机的液晶显示器的设计与实现 张书国1，王俊彦2，张彬2，肖大伟1 1中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州(221008)2海军航空工程学院青岛分院航空仪电控制系，山东青岛(266041)E-mail： 摘摘 要：要：本文提出了一种基于单片机控制的智能彩色液晶显示器的设计方案。介绍了AT89S52 型单片机的基本组成和主要特点，说明了智能彩色液晶显示器 VK63 的原理与使用方法，给出了 AT89S52 单片机控制器与智能彩色液晶显示器的串行通讯的软、硬件设计方案。实验结果证明了方法的有效性，能够实时显示用户所要显示的各种曲线，图形和中西文字体。关键
2、词：关键词：单片机；液晶显示器；VK63；串行 中图分类号：中图分类号：TP368.1 1引言引言 单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)，简称单片机，就是将CPU、RAM、ROM、定时/计时器和多种接口集成在一块芯片上的微型计算机。生活在信息时代，几乎每天都要使用计算机，除了常见的微型计算机以外，单片机作为一种集成在一个芯片上的微型计算机也具有广泛的应用，如：手机、电视、空调、洗衣机和电冰箱等电子产品中都有单片机1。本文将给出MCS-51系列单片机控制智能彩色液晶显示器VK63的软硬件设计实例，说明如何通过单片机控制液晶显示模块。普通液晶显示模块频率较低，不能与
3、高速设备之间实现快速通讯，本文使用的智能彩色液晶显示器VK63内置工业级CPU，能很好地与单片机实现速度匹配，实时地显示所需内容。同时对实现DSP与LCD接口设计和控制实现也有一定的参考价值。2单片机单片机AT89S52芯片的基本组成和主要特点芯片的基本组成和主要特点 MCS-51 以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。ATMEL 公司推出的 AT89Cxx 系列兼容 C51 的单片机，完美地将 Flash(非易失闪存技术)EEPROM 与 80C51 内核结合起来，仍采用 C51
4、 的总体结构和指令系统，Flash 的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用，并能使单片机作多次重复使用。2.1 89C51 单片机的基本组成单片机的基本组成 一个 8 位的 89C51 微处理器2,3 片内 256 字节数据存储器 RAM/SFR，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果，最终结果等 片内 4程序存储器 Flash ROM，用以存放程序、一些原始数据和表格 KB 4 个 8 位并行 I/O 端口 P0P3，每个端口既可以用作输入，也可以用作输出 两个 16 位的定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计
5、数或定时的结果实现计算机控制 具有 5 个中断源、两个中断优先级的中断控制系统 一个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与 PC 机之间的串行通信-1-http:/ 中国中国科技论文在线科技论文在线 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许震荡频率为 24MHz 89c51 单片机与 8051 相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。在这里我们选用的是 ATMEL 公司生产的 AT89S52 型单片机。图 1 为 AT89S52 的引脚结构图，为双列直插封装方式。U7-2-图 1 AT89S52 引脚结构图 Fig1
6、 Pin Structure of AT89S52 2.2 MCS-51 系列单片机的主要特点系列单片机的主要特点 可靠性高:因为芯片是按工业测控环境要求设计的，故抗干扰的能力优于 PC 机。系统软件(如:程序指令，常数，表格)固化在 ROM 中，不易受病毒破坏。许多信号的通道均在一个芯片内，故运作时系统稳定可靠。便于扩展：片内具有计算机正常运行所必需的部件，片外有很多供扩展用的(总线，并行和串行的输入/输出)管脚，很容易组成一定规模的计算机应用系统。实用性好：体积小，功耗低，价格便宜，易于产品化3。3智能彩色液晶显示器智能彩色液晶显示器VK63概述概述 智能彩色液晶显示器 VK63（以下简称
7、 VK63）是上海广电集团北京分公司生产的现代高新技术产品，它体积小，功耗低，无辅射，寿命长，超薄，防振，防爆。彩色液晶显示器的出现，有力地推动了工控仪表、系统设备的微型化、节能化进程，提供了可目的人机对话界面4。具有 LED 显示器、CRT 显示器所无法比拟的优点。在开发带有液晶显示设备的系统过程中，用点阵操作来显示汉字和图形是非常烦琐的工作，VK63 采用世界知名公司的大规模门阵列集成电路，极大地提高了开发效率。它采用全数字化设计，显示稳定可靠，具有较强的抗强电磁干扰能力。可用于机电，冶金，船舶，航空，铁路，电力，通讯导航等领域的系统设备和智能仪表，也可用于高档民用电器。本显示器采用工业级
8、的高频 CPU，机内配置二级字库，通过串口或三态数据总线口接受控制命令数据，自行对接受的命令和数据进行处理，实时显示用户所要显示的各种曲线，XTAL21819XTAL1ALE30EA31PSEN29RST939P0.0/AD038P0.1/AD137P0.2/AD236P0.3/AD335P0.4/AD434P0.5/AD533P0.6/AD632P0.7/AD7P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T11
9、5P2.7/A152821P2.0/A822P2.1/A923P2.2/A1024P2.3/A1125P2.4/A1226P2.5/A1327P2.6/A14AT89S52http:/ 中国中国科技论文在线科技论文在线 图形和中西文字体4。其原理框图和性能指标分别如图 2 和表 1 所示：CPU内置8K ROM看门狗总线汉字库SIO液晶驱动电路大规模集成控制电路768K RAMDC/DCDC/AC彩 色液 晶模 块LCD背光灯总线口串行口电源22.1184M 图 2 智能彩色液晶显示器的原理框图 Fig2 Intelligent Color LCD Display Block Diagram
10、表 1 VK63 液晶显示器性能指标 Tab.1 Performance indicators VK63 LCD Monitor 外形尺寸（mm）14711240 显示颜色 256 色 视域尺寸(mm)80112 LCD STN 逻辑电源 DC 8-14V功率 1W 通讯接口 串口,三态数据总线 可显示字符 ASCII 二级字库 背光电源 DC 8-14V功率 4W 8V 中文显示 15 行20 列 工作环境温度-5-+55C 图形点阵 320RGB240 保存温度-20-+70C 4单片机与单片机与VK63的接口设计的接口设计 单片机经常需要对读写周期较慢的输入/输出设备(如液晶显示模块、打
11、印机、键盘等)进行访问，因此解决单片机与这些慢速设备之间的速度匹配问题对于提高通信速度显得尤为重要。4.1 串行通信的硬件设计串行通信的硬件设计 VK63 选用标准 RS-232 通讯接口，按串口方式工作4。一帧信息为 10 位，内含 1 位起始位(0)，8 位数据位(先低位后高位)，1 位停止位(1)。其数据格式如图 3 所示：起始位 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 停止位 图3 串口方式数据格式 Fig3 Serial data format mode 为了提高通讯速度，显示器内设置了一个 128 字节的输入缓冲区。发送数据前应先检查DTR 信号(RS232),若 DTR
12、为负电平(对应 COMS 高电平)，则表示缓冲区满，要等到 DTR 信号变为正电平(对应 COMS 低电平)后再发送数据。如果每组的数据量少于 128 字节，同时每组之间又有足够的间隔，则不用判断 DTR 信号就可连续发送数据。图 4 所示是其硬件接口原理框图。-3-http:/ 中国中国科技论文在线科技论文在线 图 4 串行接口通讯原理框图 Fig4 Block Diagram of Serial Interface 4.2 串行通信的软件设计串行通信的软件设计 由于 VK63 显示器采用工业级的高频 CPU4，频率与单片机工作频率相一致，同时内置了一个 128 字节的输入缓冲区，所以两者之
13、间的通信不存在时序不匹配问题。程序流程图如图 5 所示：图 5 程序流程图 Fig5 Program flow chart -4-http:/ 中国中国科技论文在线科技论文在线 以下是串口发送程序模块：我们使用的是 AT89S52 型的单片机，将 BUSY（忙信号）与单片机的 P1.3 相连，高电平表示忙，通讯波特率为 9600。调用如下程序可将数据“55H”送到显示器中。（1）初始化程序：BUSY EQU P1.3 ORG 00H LJMP Start ORG 100H Start：MOV SP,#50H ；设置栈指针 MOV TMOD,#21H ；T1 常数自装载 8 位 定时 MOV T
14、H1,#250 ；波特率=22.1184M/32*12*256-(TH1)MOV TL1,#250 SETB TR1 ；起动 T1 MOV SCON,#50H ；设置 SCON MOV PCON,#00H ；设置 PCON MOV A,#55H ；把要发送的数据送到 A 中（2）以下为数据发送模块，每发送一个字节的数据可调用该模块 入口参数：A（要传送的数据），出口参数：无，执行结果：向液晶显示器发送一个字节的数据 SEND1：PUSH B SEND4：JB BUSY,SEND4 MOV SBUF,A SEND2：JBC TI,SEND3 ;TI 为寄存器 SCON 中的发送中断标志位 SJM
15、P SEND2 SEND3：MOV B,#75 ；9600bps 时，B75，延时 80 微秒，4800bps 时，B150，延时 160 时微秒 DALY：DJNZ B，DALY POP B RET END 5结束语结束语 本文提出的基于单片机控制的液晶显示器采用串行通讯方案，单片机与液晶显示器之间只需用 3 根线即可实现数据串行通信，因而节约了单片机的外部资源，传输速度也能满足大多数实际工程的需要。它能够实时显示用户所要显示的各种曲线，图形和中西文字体。相比于 DSP 控制的液晶显示器，单片机价格便宜、体积小、功耗低，同时能满足大部分工业环境的需求。以单片机的汇编语言来进行软件设计，指令的
16、执行速度快，节省存储空间。参考文献参考文献 1 公茂法，黄鹤松，杨学蔚.MCS-51/52 单片机原理与实践M.北京：北京航空航天大学出版社，2009.2 李朝青.单片机原理与接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2005.9 3 张靖武.周灵彬.单片机原理、应用与 Proteus 仿真.北京：电子工业出版社，2008.8 4 智能彩色液晶显示器 VK63 使用说明书.上海广电集团北京分公司 LCD 研发部 5 张大明.单片机控制实训指导及综合应用实例 M 北京：机械工业出版社，2007.3 6 刘娜.单片机系统中液晶显示器的接口设计J.世界电子元器件，2004，(2)：50-52.7 何
17、光明，童爱红，王国全编.C 语言实用培训教程M.北京：人民邮电出版社.2003.8 王鑫，傅丰林，陈健.一种基于 DSP 控制的液晶显示屏的设计及实现J.电子技术应用，2003.(5)：64-67.9 范艳开，张怡，赵芙蓉.基于 DSP 的液晶模块的显示原理及实现J.集成电路应用，2004，(6)：74-76.10 钱贵生，曾国宏，DSP 与智能彩色液晶显示器接口设计J.国外电子元器件，2005，(4)：65-68.-5-http:/ 中国中国科技论文在线科技论文在线-6-Design and Implementation of liquid crystal displays based-on
18、 MCU Zhang Shuguo 1，Wang Junyan2，Zhang Bin2，Xiao Dawei1 1 School of Information and Electrical Engineering，China University of Mining and Technology,Jiangsu，Xuzhou(221008)2 Department of Aviation Instrument and Electronics Control,Naval Aeronautical Engineering Academy Qingdao Branch,Shandong，Qingda
19、o(266041)Abstract This paper presents a microcomputer-based control of intelligent color LCD display design.Introduced the basic MCU AT89S52-type composition and main characteristics of intelligent color LCD display shows the principle and use VK63 given AT89S52 micro-controller and intelligent colo
20、r LCD monitor serial communication hardware and software design.The experimental results show the effectiveness of the method,it can display a variety of curves,graphics,and Western text font which users want at a real-time Keywords:MCU;liquid crystal displays;VK63;serial 作者简介：作者简介：张书国，男，1986 年生，山东乐陵人，硕士研究生，主要研究方向是智能优化、计算机控制。王俊彦，男，1979 年生，山东烟台人，助理工程师，主要研究方向是导航、制导与控制。http:/ 中国中国科技论文在线科技论文在线