單片機顯示屏設(shè)計引言于電子行業(yè)中，越來越多的產(chǎn)品開始重視人機信息交換的輸入輸出設(shè)備。其中高像素液晶屏也越來越廣泛的采用。手機、GPS、PDA等電子設(shè)備均已使用320*240或更高像素的18采用賭顯示電路卻是LEDLCD12864液晶顯示模塊可提供大部分電子產(chǎn)品及電器的顯示功能。MCS-51單片機是美國INTE公司于1980培訓課件仍和MCS-51單片機作為代表進行理論基礎(chǔ)學習。雖然目前51系列單片機已無法滿足目前某些功能或環(huán)境的要求，可是51系列的單片機仍然是最為成功的單片機芯片，它的影響力壹直延續(xù)到當下，以至于被越來越多的人熟悉。而從目前市場價格及普及程度等方面因素考慮，本文采用AT89C51單片機作為顯示模塊的控制核心。目前眾多電子類產(chǎn)品用于顯示功能常用數(shù)碼管LED和液晶LCD。雖然數(shù)碼管LEDLED常用動態(tài)顯示，于復雜的系統(tǒng)中十分耗費系統(tǒng)資源，已逐漸被淘汰。而于LCD方面，常見的有LCD12864,LCD12232,LCD12864等。LCD12864能夠于LCD顯示屏上完整顯示32個英文字符和日文等壹些字符適合顯示英文文字信息量小的地方。LCD12232也只適合文字量少的場合。而LCD2864的分辨率達到了128*6416*16的字體可顯示4行8足大部分設(shè)備顯示的要求。LCD12864于市場上主要分為倆種，壹種采用st7920控制器，它帶有中文庫字模，價格略高壹點，另壹種是采用KS0108控制器，它只是點整模式，不帶字庫。而本文無需專門顯示文本且菜單文字比較簡單，因此采用常見的KS0108控制器的LCD12864來完成顯示模塊的設(shè)計。1．設(shè)計內(nèi)容和要求本設(shè)計是以STC89C52芯片的電路為基礎(chǔ)，外部加上時鐘振蕩電路、上電+按鍵復位電路以及由LCD12864液晶顯示器顯示電路組成的。通過編寫C語言程序控制硬件電路顯示中英文。1.1設(shè)計顯示屏的意義液晶顯示器(LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其它顯示器無法相比的優(yōu)點。近幾年來被廣泛用于單片機控制的智能儀器、儀表和低功耗電子LCD顯示模塊和點陣型LCDLCD是壹種用8×16點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器。點陣型液晶可顯示用戶自定義的任意符號和圖形，且可卷動顯示，它作為便攜式單片機系統(tǒng)人機交互界面的重要組成部分被廣泛應(yīng)用于實時檢測和顯示的儀器儀表中。支持漢字顯示的點陣型液晶于現(xiàn)代單片機應(yīng)用系統(tǒng)中是壹種十分常用的顯示設(shè)備，漢字BP機、手機上的顯示屏就是點陣型LCD。點陣型LCD是現(xiàn)代單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的人機交互界面之壹。1.2設(shè)計方案根據(jù)設(shè)計的要求，以及設(shè)計的便捷性，本設(shè)計采用單片機和LCD12864且行CAT89C52的P0,P2,口直接對顯示模塊AMPIRE12864進行操作。2.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1系統(tǒng)設(shè)計框圖經(jīng)過方案論證和比較后,最終確定的系統(tǒng)框圖如圖1所示,STC89C52單片機、LCD12864以及電源組成。主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖如圖所示。顯示器晶振電路圖2.1.1系統(tǒng)設(shè)計框圖LCD128642.2主要設(shè)計軟件介紹本設(shè)計利用KEIL編程軟件對頻率計源程序進行編程且調(diào)試，配合PROTEUS仿真軟件對硬件進行仿真調(diào)試，倆種軟件的簡介如下：2.2.1PROTEUS軟件簡介Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA國總代理為風標電子技術(shù)XXEDA工具軟件的仿真功能，仍能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)PCBPCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合壹的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33AVRARM8086和MSP4302010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，且持續(xù)增加其他系列處理器模型。于編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。2.2.2KEIL簡介單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU能夠執(zhí)行的機器碼有倆種方法，壹種是手工匯編，另壹種是機器匯編，目用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可見出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和壹個功能強大的仿真調(diào)試器等于內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過壹個集成uVision）將這些部份組合于壹起。運行Keil軟件需要Pentium或之上的CPU16MB或更多RAM20M之上空閑的硬盤空間、WIN98NTWIN2000WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這壹軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選（目前于國C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。于開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢3．系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1單片機部分硬件設(shè)計3.1.1STC89C52簡介STC89C52是STCCMOS88K于系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)518位CPU和于系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、8k字節(jié)Flash512字節(jié)RAM32位I/O口線，見門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，47向量451的5向量2級中斷STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件CPURAM/中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機機壹切工作停止，直到下壹個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz6T/12T可選。本設(shè)計中，P0端口（32~39腳）被定義為N1功能控制端口，分別和N1的相應(yīng)功能管腳相連接。單片機正常工作時，均需要有壹個時鐘電路和壹個復位電路。本設(shè)計中選擇了內(nèi)部時鐘方式和按鍵電平復位電路，來構(gòu)成單片機的最小電路。如圖3.1.1所示圖3.1.1STC89C52單片機管腳圖3.1.2單片機最小系統(tǒng)設(shè)計單片機最小系統(tǒng)是能補足單片機工作的最簡單電路，它由單片機、電源、晶體振蕩器、復位電路等構(gòu)成。它是本系統(tǒng)的處理單元也是控制單元，負責處理信號、外設(shè)的接口和制，同時它也是所有軟件的載體。如圖3.1.2圖3.1.2單片機最小系統(tǒng)3.1.3時鐘振蕩電路和復位電路時鐘振蕩電路STC89C52中有壹個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器和作為反饋元C1、C2接于放大器的反饋回路中構(gòu)成且聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1，C2雖然沒有什么嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)30PF±10PF，而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇40PF±10PF。用戶也能夠采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過壹個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。本設(shè)計采用了內(nèi)部時鐘振蕩器電路。如圖3.2圖3.1.3時鐘振蕩電路復位電路當STC89C52STC89C52單片機的RST引腳加上大于24個時鐘周期之上的正脈沖，STC89C52單片機系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0~P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07HRST0000H地址開始執(zhí)行程序。單片機的外部復位電路有上電自動復位和按鍵手動復位倆種。本次設(shè)計采用的是上電+按鍵復位。如圖3.2.2為STC89C52單片機的上位+按鍵復位電路，復位端和正電源接通，迅速放電，使RST引腳為高電平，復位按鈕彈起后，電源通過10K電阻對10uf重新充電，RST引腳端出現(xiàn)復位正脈沖。圖3.1.4上電+按鍵復位電路3.2液晶LCD12864顯示電路3.2.1LCD12864管腳說明液晶屏上如何顯示壹些漢字或圖畫，這也許是所有LCD12864初學者均最先思考的壹個問題。于數(shù)字電路中，所有數(shù)據(jù)均是由0和1LCD也利用了這壹方法。于點陣LCD上顯示的只有倆種顏色，因此可利用0和1來表示這倆種顏色。假設(shè)空格是由16*16個0組成的，于顯示16*16的字體時，將其中某些點置為1便可于視覺上形成壹個漢字，這些二進制數(shù)稱為代位碼。而這些由0和1轉(zhuǎn)換而成的16進制數(shù)據(jù)便是字模。不同的漢字有不同的字模，相同的漢字不同的字體也有不同的字模。而將字模設(shè)為16*16像素是因為這樣基本能夠?qū)h字顯示清楚準確，更高像素則更為清楚準確，可是卻更多地占用了LCD的面積。和漢字不同的是，壹個字符只需要16*8的像素便即可。如何將這16*16或者16*8個0、1保存下來也是是初學者所需要了解的，假設(shè)要于LCD12864屏幕上準確正確的顯示出漢字，則需要將16*16的漢字分為倆行，每行由16列組16列每列存82位1688個點，16個16進制數(shù)可表示1行，32個16進制數(shù)則能表示整個漢字。通過LCD12864，則可將這些字模信息仍原成漢字或圖像。LCD12864的管腳共有20個之多，可是連接的電路且不復雜?？墒切枰⒁獾氖荓CD的電源共有2組，壹組是用于驅(qū)動LCD顯示，另壹組用于背光顯示?？蓪⑦@倆組連于壹起或者背光電源省略。另外有個輸入管腳V0需要接入LCD調(diào)整電壓來調(diào)節(jié)對比度。通常剛使用液晶時的問題是由此引起的，對比度過高于或過低均會使屏幕無法正常顯示。它可接至10K-20K電位器的調(diào)整端，電位器倆端分別接至VDD和VEELCD12864的對比度可由單片機操作其寄存器LCD12364的引腳圖以及引腳功能表。圖3.2.1LCD12864引腳圖表3.2LCD12864引腳功能管腳名稱VSSLEVER管腳功能描述0+5.0V-電源地VDD電源電壓V0液晶顯示器驅(qū)動電壓D/I=“H”，表示DB7∽DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I(RS)R/WH/LH/LD/I=“L”，表示DB7∽DB0為顯示指令數(shù)據(jù)R/W=“H”，E=“H”數(shù)據(jù)被讀到DB7∽DB0R/W=“L”，E=“H→L”數(shù)據(jù)被寫到IR或DRR/W=“L”，E信號下降沿鎖存DB7∽DB0EH/LH/LH/LH/LH/LH/LH/LH/LH/LH/LH/LH/L-10V-R/W=“H”，E=“H”DDRAM數(shù)據(jù)讀到DB7∽DB0DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7CS1CS2RETVOUTLED+數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線H:選擇芯片(右半屏)信號H:選擇芯片(左半屏)信號復位信號,低電平復位LCD驅(qū)動負電壓LED背光板電源LED--LED背光板電源3.2.2LCD12864硬件連接由P0口控制DB0-CB7LCD12864里寫入程序或數(shù)據(jù)。由P2^2、P2^1控制片選口。P2^6控制時能端。當使能端從1-0時實現(xiàn)鎖屏顯示。P2^3控制復位信號,低電平時復位。P2^5控制R/W口。當R/W=“H”，E=“H”則數(shù)據(jù)被讀到DB7-DB0。當R/W=“L”，E=“H→L”則數(shù)據(jù)被寫到IR或DRP2^4控制D/ID/I=“H”DB7-DB0為顯示數(shù)據(jù)。當D/I=“L”DB7-DB0為顯示指令數(shù)據(jù)。圖3.2.2液晶LCD12864顯示電路3.2.3電源電路系統(tǒng)硬件電路實現(xiàn)功能如下，如圖3.2.3所示1）由PNP三極管和10K電阻構(gòu)成的放大電路。2）振蕩電路為12MHZ晶振頻率工作，起振電路中C1、C2均為30PF。3）高電平為5V工作電源，利用變壓器將220V交流電源變成5V工作電源。如圖3.4.1圖3.2.3變壓整流電路4.系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1資源分配表表4.1資源分配表I/O口P0作用LCD12864數(shù)據(jù)接口LCD12864片選C1接口LCD12864片選C2接口LCD12864RST接口LCD12864RW接口LCD12864RS接口P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6LCD12864E接口4.2LCD12864的基本指令1、顯示開/關(guān)設(shè)置CODE：表4-1顯示開/關(guān)設(shè)置R/WLD/1LDB7LDB6LDB5HDB4HDB3HDB2HDB1HDB0H功能：設(shè)置屏幕顯示開/關(guān)。DB0=H，開顯示；DB0=L，關(guān)顯示。不影響顯示RAM(DDRAM)中的內(nèi)容。2、設(shè)置顯示起始行CODE：表4-2設(shè)置顯示起始行R/WLD/ILDB7HDB6HDB5DB4DB3DB2DB1DB0行地址（0-63）功能：執(zhí)行該命令后，所設(shè)置的行將顯示于屏幕的第壹行。顯示起始行是由Z地址計數(shù)器控制的，該命令自動將A0-A5位地址送入Z地址計數(shù)器，起始地址能夠是0-63范圍內(nèi)任意壹行。Z同步，當掃描完壹行后自動加壹。3、設(shè)置頁地址CODE：表4-3設(shè)置頁地址R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLHLHHH頁地址（0-7）功能：執(zhí)行本指令后，下面的讀寫操作將于指定頁內(nèi)，直到重新設(shè)置。頁地址就是DDRAM的行地址，頁地址存儲于X地址計數(shù)器中，A2-A0可表示8頁，讀寫數(shù)據(jù)對頁地址沒有影響，除本指令可改變頁地址外，復位信號(RST)可把頁地址計數(shù)器內(nèi)容清零。4、設(shè)置列地址CODE：表4-4設(shè)置列地址R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLH列地址（0-63）功能：DDRAM的列地址存儲于Y地址計數(shù)器中，讀寫數(shù)據(jù)對列地址有影響，于對DDRAM進行讀寫操作后，Y地址自動加壹。5、狀態(tài)檢測CODE：表4-5狀態(tài)檢測R/WD/IDB7BFDB6DB5DB4RETDB3DB2DB1DB0HLLON/OFFLLLL功能：讀忙信號標志位(BF)、復位標志位(RST)以及顯示狀態(tài)位(ON/OFF)。BF=H：內(nèi)部正于執(zhí)行操作；BF=L：空閑狀態(tài)。RST=H：正處于復位初始化狀態(tài)；RST=L：正常狀態(tài)。ON/OFF=H：表示顯示關(guān)閉；ON/OFF=L：表示顯示開。6、寫顯示數(shù)據(jù)CODE：表4-6寫顯示數(shù)據(jù)R/WD/IDB7D7DB6D6DB5D5DB4D4DB3D3DB2D2DB1D1DB0D0LH功能：寫數(shù)據(jù)到DDRAM，DDRAM是存儲圖形顯示數(shù)據(jù)的，寫指令執(zhí)行后Y地址計數(shù)器自動加1。D7-D0位數(shù)據(jù)為1表示顯示，數(shù)據(jù)為0表示不顯示。寫數(shù)據(jù)到DDRAM前，要先執(zhí)行“設(shè)置頁地址”及“設(shè)置列地址”命令。7、讀顯示數(shù)據(jù)CODE：表4-7讀顯示數(shù)據(jù)R/WD/IDB7D7DB6D6DB5D5DB4D4DB3D3DB2D2DB1D1DB0D0HH功能：從DDRAM讀數(shù)據(jù)，讀指令執(zhí)行后Y地址計數(shù)器自動加1。從DDRAM讀數(shù)據(jù)前要先執(zhí)行“設(shè)置頁地址”及“設(shè)置列地址”命令。4.3字模提取于數(shù)字電路中，所有的數(shù)據(jù)均是以0和1LCD控制器進行不同的數(shù)據(jù)操作，能夠得到不同的結(jié)果。對于顯示英文操作，由于英文字母種類很少，只需要86000DOSASCII表的高128個很少用到的數(shù)值以倆個為壹組來表示漢字，即漢字的內(nèi)碼。而剩下的低128位則留給英文字符使用，即英文的內(nèi)碼。那么，得到了漢字的內(nèi)碼后，仍僅是壹組數(shù)字，那又如何于屏幕上去顯示呢，這就涉及到文字的字模，字模雖然也是壹組數(shù)字，但它的意義卻和數(shù)字的意義有“你”于字模中的記載如圖所示：根據(jù)芯片的不同取模的方式不同，有多種取模方式。本系統(tǒng)采用縱向取模，字節(jié)正序方式，用LCD點陣漢字生成器生成字?！皸睢钡腃語言代碼為：/*--文字:楊--*//*--宋體12;此字體下對應(yīng)的點陣為：寬x高=16x16--*/0x08,0x08,0xc8,0xff,0x48,0x88,0x0a,0x42,0x62,0xd2,0x4a,0xd6,0x42,0x40,0x00,0x00,0x04,0x03,0x00,0xff,0x00,0x01,0x08,0x24,0x13,0x08,0x06,0x41,0x80,0x7f,0x40,0x00,4.4主程序流程框圖圖4.4.1主程序流程圖5.系統(tǒng)仿真及調(diào)試5.1硬件調(diào)試1）硬件制作完成后，測試其效果，LCD顯示器無反應(yīng)。2）用電表檢測各引腳電位后，發(fā)現(xiàn)STC89C52芯片損壞。3）修改后，調(diào)節(jié)LCD顯示器對比度，正常顯示。5.2軟件調(diào)試1．根據(jù)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)檢查各流程圖是否正確，再根據(jù)流程圖來檢查程序是否也正確。2．將所有程序組織起來，于軟件環(huán)境下運行，檢查程序是否正確。通過對硬件和軟件系統(tǒng)的認真檢查，反復測試，如果沒有出現(xiàn)問題即可把源程序編譯成HEX文件裝載到單片機中，對硬件進行仿真。具體操作為：①利用STC燒錄軟件，打開應(yīng)用程序出現(xiàn)以下窗口如圖5.1.1圖5.2.1②選擇對應(yīng)的HEX文件，選擇Download將程序燒錄到CPU當中5.3仿真結(jié)果圖5.3.1仿真結(jié)果6、心得和體會通過這次單片機課程設(shè)計，我不僅加深了對單片機理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實際當中去，而且我仍學會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地成為真己的東西。通過這次對LCD液晶顯示屏的設(shè)計和制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于LCD12864的基本原理和設(shè)計理念，要設(shè)計壹個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。可是最后的成品卻不壹定和仿真時完全壹樣，因為，于實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，于仿真中無法成功的電路接法，于實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，于設(shè)計時盡可能應(yīng)考慮倆者的差異，從中找出最適合的設(shè)計方法。此外，仿真時應(yīng)注意相同元件的不同型號，往往存于差異性。通過這次學習，讓我對各種電路均有了大概的了解，所7、參考文獻⑴張齊朱寧西.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)——基于C51的Proteus電子工業(yè)出版社，2009.1.⑵張齊朱寧西單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)——基于C51的Proteus仿真實驗和解題指導電子工業(yè)出版社，2009.1.⑶常敏王涵單片機應(yīng)用程序開發(fā)和實踐，電子工業(yè)出版社，2009.3[4]楊凌霄.微軟計算機原理及應(yīng)用.中國礦業(yè)大學出版社2004.08[5]何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編.航空航天大學出版社2000.08[6]萬光毅.單片機實驗和實踐教程.航空航天大學出版社2005.01[7]周航慈.單片機程序設(shè)計基礎(chǔ).航空航天大學出版社1991.11[8]黃遵熹.單片機原理接口和應(yīng)用.西北工業(yè)大學出版社1997.05[9].流行單片機實用子程序及應(yīng)用實例[M].西安電子科技大學出版社2002附錄1：元件清單序號名稱型號、參數(shù)STC89C52DIP-40備注價格4.40.30.60.50.8數(shù)量12345CPUDIP40封裝11111管座晶振11.0592MHZ2W10492型2A圓橋TO-220整流橋穩(wěn)壓ICLM78056原片電容電解電容電解電容電解電容獨石電容按鈕30pf0.050.30.20.10.20.12111211111171000uf/16V470uf/16V10uf/16V0.47uf8910111213141516176mm*6mm電阻10K/0.25WA10-103金屬膜1/4W0.01排阻直插0.250.3單排排陣自鎖開關(guān)接線端子LCD12864顯示器直插1*408*8自鎖開關(guān)-6pXH2.54-4P8mm*8mm2.54mm0.30.0445.0011810K可變電阻器11成本總價55.16元附錄2：原理圖/*****液晶顯示器的端口定義*****/#definedata_oraP0/*液晶數(shù)據(jù)總線*/sbitLCDMcs=P2^1;/*片選1*/sbitLCDScs=P2^2;/*片選2*/sbitRESET=P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