【正文】 基于 51單片機(jī)的液晶顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液晶顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 概述 系統(tǒng)背景 液晶顯示器件在中國(guó)已有二十余年的發(fā)展歷史。二十余年來(lái)，液晶顯示器件從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模生產(chǎn)集團(tuán)，形成了獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)部門(mén)?，F(xiàn)在，液晶顯示幾乎已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)，生活的各個(gè)領(lǐng)域，人們幾乎時(shí)時(shí)處處都要與這一神奇而又普通的面孔打交道。 液晶顯示是集單片機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理于一體的新型顯示方式。由于液晶顯示器具有 低壓 低 功耗 ， 顯示信息量大易于彩色化 ， 無(wú)電磁輻射 ， 長(zhǎng)壽命 ，無(wú)污染等特點(diǎn)。LCD是目前顯示產(chǎn)業(yè)中發(fā)展速度最快， 市場(chǎng)應(yīng)用最廣的顯示器件， 成為眾多顯示媒體中的佼佼者，在越來(lái)越多的領(lǐng)域中發(fā)揮作用，是目前顯示器件中一個(gè)理想的選擇。 LCD在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用： 目前大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)自帶的顯示系統(tǒng)為 LED數(shù)碼管顯示，這樣顯示效果比較單一，只能顯示監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)量值。而 LCD液晶顯示器不僅可以顯示數(shù)值、漢字等，并且可以顯示文本和圖形。利用 LCD和鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，使監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立工作成為可能。通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的單回路控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，對(duì)各個(gè)單回路控制器的工作進(jìn)行監(jiān)控。 LCD在時(shí)鐘中的應(yīng)用 ： 在日常生活中我們會(huì)經(jīng)常看到時(shí)間的顯示，這 些顯示大都是采用液晶顯示器來(lái)顯示的，而對(duì)其中的漢字無(wú)法用顯示來(lái)解決。我們利用 LCD液晶模塊制成的小屏幕實(shí)現(xiàn)了時(shí)間的顯示，顯示格式為“時(shí)時(shí)：分分：秒秒”。另外，可以增加鬧鐘功能，時(shí)間到了則產(chǎn)生音樂(lè)聲；還可以增加萬(wàn)年歷顯示“年月日”等多項(xiàng)功能。 LCD 在大屏幕顯示中的應(yīng)用： 大屏幕顯示的應(yīng)用范圍極廣，隨著社會(huì)發(fā)展，公眾生活的加強(qiáng)，人們對(duì)能夠面向廣大公眾傳遞信息的顯示裝置越來(lái)越感到必需。使用液晶投影顯示大屏幕，不僅有投影儀，指揮用大屏幕，還有液晶投影彩色電視。它可以用一個(gè)體積很小的系統(tǒng)裝置，實(shí)現(xiàn) 100 英寸以上的非常 漂亮的大屏幕電視顯示。它與傳統(tǒng)的顯示媒體相比，具有分辨率極高，透過(guò)性好，顯示內(nèi)容豐富，彩色易于控制等優(yōu)點(diǎn)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及電子通信技術(shù)的發(fā)展， LCD 顯示屏作為一種新的傳媒工具，現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用到商業(yè)、軍事、車站、賓館、體育、新聞、金融、證券、廣告以及交通運(yùn)輸?shù)仍S多行業(yè)，大到幾十平方米的大屏幕，小到家庭影院用的圖文顯示屏，以及政府部門(mén)應(yīng)用的電子黑板，證券、銀行等部門(mén)用的信息數(shù)字混合屏。 LCD 顯示屏帶來(lái)廣泛的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，具有良好的發(fā)展前景。 液晶顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)概述 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分為單片機(jī)最小系統(tǒng)板和液晶顯示屏兩部 分。單片機(jī)最小系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收個(gè)人計(jì)算機(jī)所編輯的文本及內(nèi)容，通過(guò) RS232 串行接口通信完成單片機(jī)與 PC 機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，而個(gè)人計(jì)算機(jī)（即 PC 機(jī)），主要完成顯示內(nèi)容的編輯、字符碼的查找、字符數(shù)據(jù)的發(fā)送等工作。基于 Windows 操作系統(tǒng)下的文本編輯軟件有很多種，例如：記事本、 Micorsoft Word、寫(xiě)字板等，我們可以采用任何一種編輯軟件將要顯示的內(nèi)容（包括漢字、中英文字母、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等）編輯成一個(gè)文本文件，然后通過(guò)已經(jīng)編寫(xiě)好的應(yīng)用程序在特定的字庫(kù)中依次搜索到文本文件中的內(nèi)容，并且取出該字符的字模數(shù)據(jù)，此項(xiàng)工作稱 為字模數(shù)據(jù)的提??；字模數(shù)據(jù)文件的生成也就是將取出的字模按順序存放到一個(gè)十六進(jìn)制文件中；字符數(shù)據(jù)建立好之后將其存放在 PC 機(jī)的硬盤(pán)上，等到需要的時(shí)候通過(guò)串行通信軟件將字符數(shù)據(jù)文件發(fā)送給液晶顯示系統(tǒng)模塊。 LCD 顯示屏包括主控制模塊和 LCD 液晶顯示模塊。主控制模塊負(fù)責(zé)接收單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的字模數(shù)據(jù)文件，并且協(xié)調(diào)各個(gè) LCD 液晶顯示模塊工作，主控制器模塊的核心是 T6963C控制器，為了存儲(chǔ)字模數(shù)據(jù)還在主控制器模塊中擴(kuò)展了一片 8K 存儲(chǔ)器芯片 6264； LCD 液晶顯示模塊由兩片行驅(qū)動(dòng)器 T6A40 和三片列驅(qū)動(dòng)器 T6A39 進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)，該模塊一邊接收主控制模塊的數(shù)據(jù)，一邊將數(shù)據(jù)送 LCD 液晶顯示屏顯示，為了方便系統(tǒng)的擴(kuò)展，各模塊之間采用串行口接收數(shù)據(jù)，并且接到系統(tǒng)串行總線上。 本系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與液晶顯示模塊之間的接口技術(shù) ,可以采用間接控制方式完成。將液晶顯示模塊接口與單片機(jī)系統(tǒng)板中的某個(gè)并行 I/O 接口連接 ,計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)該 I/O接口的操作間接的實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的控制。 液晶顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 此 LCD 液晶顯示控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn) LCD 的顯示控制。應(yīng)該先從顯示方式的確定入手，接下來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng) 顯示方式的電路，要實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的實(shí)時(shí)更新，就必須考慮字模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及通信電路的設(shè)計(jì)。 由于 89C51 單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ ROM）只有 4K空間 ,本設(shè)計(jì)采用 16 16 點(diǎn)陣顯示一個(gè)漢字，每一行需要兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，一個(gè)漢字占 16 2＝ 32 字節(jié)，漢字一共有 6000 多個(gè)，不可能將龐大的漢字字庫(kù)存入在單片機(jī)內(nèi)部，即使將預(yù)先要顯示的內(nèi)容存入 ROM中，也不便于實(shí)時(shí)控制，所以只有考慮擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 利用 Windows 自帶的字庫(kù)（即使用軟字庫(kù)）的方式擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。通過(guò)軟件編程直接在字庫(kù)中找到需要 顯示字符的區(qū)位碼并讀出其字符碼，存于一個(gè)文本文件中，待所有顯示內(nèi)容的字符碼查詢完畢后，將存放所有字符碼的文本文件通過(guò)串行通信發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)存放在外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，數(shù)據(jù)接收完畢后，單片機(jī)就從存儲(chǔ)器中依次讀出每一個(gè)字符的字符碼并送到 LCD 顯示屏顯示。該方案與方案一相比，雖然通信過(guò)程占整個(gè)顯示周期的比例相對(duì)較大，但是硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本較低，減少了單片機(jī)查詢硬件字庫(kù)所需要的時(shí)間，提高 了單片機(jī)動(dòng)態(tài)掃描的速度，字符顯示的穩(wěn)定度較高。 通信電路 串行通信是指一個(gè)數(shù)據(jù)的所有位按一定的順 序和方式，一位一位地通過(guò)串行輸入 /輸出口進(jìn)行傳送。由于串行通信是數(shù)據(jù)的逐位順序傳送，在進(jìn)行串行通信時(shí)，只需一根傳輸線，其傳送的數(shù)據(jù)位多且通信距離長(zhǎng)。串行通信方式如圖 21。 計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信，采用串行通信，與并行通信相比，串行通信具有傳輸距離遠(yuǎn)，接口電路與軟件編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，所以本系統(tǒng)選用串行通信。串行通信接口電路見(jiàn)后面的硬件電路設(shè)計(jì)。 RXD TXD 89C51 TXD RXD 外 部 設(shè) 液晶顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 圖 21 串行通信方式 3 液晶顯示模塊簡(jiǎn)介 液晶顯示模塊單元電路主要包括顯示控制器、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器、電源偏置電路、顯示存儲(chǔ)器、液晶 顯示屏、液晶顯示模塊接口。 （ 1） 顯示控制器 主要由控制器 T6963C 組成，可提供與外部 MCU 的數(shù)據(jù)接口及對(duì)顯示存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作；并可控制行，列驅(qū)動(dòng)器的時(shí)序電路，數(shù)據(jù)格式和顯示格式等。 （ 2） 行驅(qū)動(dòng)器 由行驅(qū)動(dòng)器 T6A40 組成，用于把控制器的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 LCD 屏所需要的并行行數(shù)據(jù)。 （ 3） 列驅(qū)動(dòng)器 由列驅(qū)動(dòng)器 T6A39 組成，可接受控制器的串行數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成 LCD 屏所需要的并行列數(shù)據(jù)。 （ 4） 電源偏置電路 主要為行、列驅(qū)動(dòng)器提供 LCD 所需的各種偏置電壓。 （ 5） 顯示存儲(chǔ)器 由一塊 32K 的隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM）組成，可為液晶顯示模塊提 供顯示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。 （ 6） 液晶顯示屏（ LCD） 提供 128行、 240 列的點(diǎn)陣顯示屏幕。 （ 7） 液晶顯示模塊接口 用于提供與單片機(jī)的接口。 液晶顯示模塊的原理框圖如圖 31。 行 驅(qū) 動(dòng) 器 行 驅(qū) 動(dòng) 器 顯 示 液 晶 顯 示 屏 240*128 DOTS 列 驅(qū) 列 驅(qū) 列 驅(qū) 液晶顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 圖 31 液晶顯示模塊原理框圖 顯示控制器 顯示控制器主要由 T6963C 組成，它由振蕩器、時(shí)序控制電路、工作方式設(shè)置寄存器及電路，內(nèi)部字符庫(kù) CGROM 及光標(biāo)控制電路，顯示存儲(chǔ)器管理電路以及運(yùn)算電路和各種功能電路組成?？刂撇客ㄟ^(guò)振蕩器外接晶體振蕩器產(chǎn)生振蕩脈沖，經(jīng)時(shí)序控制電路調(diào)制產(chǎn)生T6963C 的工作時(shí)鐘 脈沖系列，根據(jù)工作方式設(shè)置電路生成各路控制及驅(qū)動(dòng)時(shí)序脈沖，從而實(shí)現(xiàn) T6963C 的工作控制。其引腳圖如圖 32。 圖 32 T6963C引腳圖 控制部提供了使用引腳電平設(shè)置內(nèi)部工作狀態(tài)的功能，使 T6963C 上電后就開(kāi)始對(duì)所連接的液晶顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行正常的控制及驅(qū)動(dòng)。這將避免因上電控制器尚未進(jìn)行初始化而使液晶顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不能正常工作，導(dǎo)致液晶顯示屏上出現(xiàn)不希望的顯示狀態(tài)。 液晶顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)置 驅(qū)動(dòng)方式是指 T6963C 向液晶顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳輸顯示數(shù)據(jù)的格式。他根據(jù)所要控制的液晶顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸格式的要 求而定。 T6963C 可以實(shí)現(xiàn)四種數(shù)據(jù)傳輸格式，它由引腳 DUAL 和 SDSEL 的電平狀態(tài)設(shè)置。 DUAL ： 液晶顯示器件電極排列形式的設(shè)置。 當(dāng) DUAL =1時(shí)，液晶顯示器件為單屏結(jié)構(gòu)；當(dāng) DUAL =0 時(shí)，液晶顯示器件為雙屏結(jié)構(gòu)。 SDSEL： 數(shù)據(jù)傳輸格式設(shè)置。 當(dāng) SDSEL=1 時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸格式為 2位并行同步傳輸；當(dāng) SDSEL=0 時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸格式為 1 位串行傳輸。 這兩個(gè)設(shè)置引腳的電平組合確定了驅(qū)動(dòng)部中數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮敵龆?。如?31： DUAL SDSEL 上半屏數(shù)據(jù)傳輸線 下半屏數(shù)據(jù)傳輸線 1 1 HOD， ED — 1 0 ED — 0 1 HOD， ED LOD， ED 0 0 ED ED 表 31 顯示窗口長(zhǎng)度設(shè)置 顯示窗口長(zhǎng)度是指 T6963C 所要控制的液晶顯示器件水平方向最大的像素點(diǎn)數(shù)。顯示窗口長(zhǎng)度的設(shè)置將確定了驅(qū)動(dòng)部向液晶顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 發(fā)送的顯示數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，不管實(shí)際控制的顯示屏的點(diǎn)陣數(shù)如何，他已固定了驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系。該設(shè)置由引腳 MD3 和 MD2（顯示數(shù)據(jù)傳輸量設(shè)置端）的電平組合實(shí)現(xiàn)，如表 32： MD3 M