基于单片机的图形显示系统设计解读.docx
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基于单片机的图形显示系统设计解读
天津理工大学
自动化系专业设计报告
题目：
基于单片机的图形显示系统设计
班级：
2010级自动化1班
指导教师：
倪建云吴东月李莲
学生：
王凯强
自动化学院
2013年11月6日
一．专业设计意义
1．课题的意义及应用领域
当今世界，电子技术迅猛发展，LCD显示器件作为现代信息显示的重要媒体，在金融证券、体育、机场、交通、商业、广告宣传、邮电电信、指挥调度、国防军事等许多领域中得到了广泛应用。
因此LCD显示器件的研制、生产也的到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。
我国经济发展迅猛，对信息传播有越来越高的要求.可以相信，LCD电子显示屏以其色彩鲜亮夺目、大的显示信息量、寿命长、耗电量小、重量轻、空间尺寸小、稳定性高、易于操作、安装和维护等特点，将在社会经济发展中扮演越来越重要的角色。
随着电子及相关技术的飞速发展，各类仪器仪表的更新换代越来越快，很多新的设计方法和技术手段得以广泛应用。
液晶显示技术就是在这几年内占据仪器设备主流地位的典范。
在现代自动化仪表和智能仪器中，常用的小型显示输出设备有数码管（LED）和液晶显示器（LCD）等。
其中LED只能显示数字和特定字符而无法显示汉字和图形，而LCD则可灵活显示汉字、数字及图形，能实现中文菜单显示，便于用户使用，交互能力强，而且随着技术的发展，其成本也不断降低。
因此，在大量中、高档仪器仪表中已经广泛使用了LCD作为其显示输出设备，是否有LCD显示输出俨然已成为衡量中、高档仪器仪表的重要指标。
2．本设计对于提高能力、专业能力等方面的帮助
通过大学专业的学习，我们系统掌握了单片机、DSP等专业课的原理和应用，
这次专业设计——基于单片机的图形显示系统的设计加深了我们对于单片机原理的理解，让我们更好地将所学的理论与实际结合，提高我们的动手能力与团队协作能力。
通过Protues和Keil联合仿真基于单片机的12864液晶显示模块开发，我们系统掌握了单片机的编程原理、工作原理和12864液晶的控制原理和显示原理，学会了系统设计与开发，加深了单片机在液晶显示模块控制方向上的理论认识，提高了我们的编程能力与操作能力。
二．专业设计任务书
利用AT89C51单片机设计开发基于LCD12864的液晶显示模块，实现显示图形、汉字并画图功能。
通过专业设计，我们掌握了单片机系统设计步骤及其实现方法、LCD12864显示系统的设计方法。
一、具体设计内容及要求如下：
1.硬件模块设计
1.1主控制器模块设计
1.2键盘输入选择模块设计
1.3显示模块设计
2.软件模块设计
2.1主程序模块设计
2.2输入检测模块程序设计
2.3图形、画图等显示程序模块设计
二、专业设计要求如下：
1.基于单片机图形显示总体方案。
2.设计基于单片机图形显示硬件并绘制电路原理图。
3.设计基于单片机图形显示软件设计。
4.调试系统硬件、软件。
5.撰写专业设计报告。
指导教师：
倪建云吴东月李莲
日期：
2013年11月6日
三、专业设计进度计划及检查情况记录表
序号
日期
计划完成内容
实际完成内容
1
2013.10.16
选择课题，查阅资料,了解设计要求
2
2013.10.23
总体方案设计，熟悉单片机和LCD12864
3
2013.10.30
查阅资料、熟悉实验平台，进行系统硬件设计
4
2013.11.3
软件设计，系统调试
5
2013.11.6
系统调试，撰写课程设计报告
四、成绩评定与评语
指导教师：
日期：
专业设计的主动性与平时表现（20%）
独立思考能力与动手能力（40%）
专业设计完成情况（40%）
专业设计成绩
第一章绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
第二章系统总体设计...............................6
第三章系统设计...................................7
3.1系统的硬件设计..........................7
3.2系统的软件设计..........................9
3.3系统调试过程及结果......................13
第四章总结及体会.................................16
参考文献..................................................17
第1章绪论
1.1课题背景
随着科技的迅猛发展，显示技术也日新月异，由于数码管显示内容单一，功耗相对较高。
液晶显示器（LCD）以其具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其它显示器无法比拟的优点，而被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。
LCD智能显示模块不但可以显示各种各样的字符、汉字和图形，同时具有可编程能力，且与单片机接口比较方便。
12864是一种点阵式LCD显示模块，液晶显示器也逐渐成为显示器件中的主流器件,具有强大的发展潜力和市场空间。
此次专业设计主要是基于AT89C51单片机的LCD12864组成的液晶显示系统的软硬件设计，有助于我们以后对其他型号LCD显示模块的使用。
1.2课题研究现状及前景
在历史的演变过程中，出现了多种信息传播媒体：
如阴级管（crt）或石英管（dv）大型电视，成本非常昂贵，在不需要超大画面且在室内使用时效果尚可；彩色液晶显示同样成本昂贵、电路复杂，面积有限，受视频角的影响非常大，可视角度很小；影象投影设备亮度小、清晰度差（画面受光不均匀）；电视墙表面有分割线，视觉上有异物感，室外应用时亮度效果差。
而LCD显示屏以其受空间限制较小，并可以根据用户要求设计屏的大小，具有全彩色效果，视角大，可以用于显示文字、图案、图象、动画、视频、录象信号等各种信息的特点得到了突飞猛进的发展。
其显示向更高亮度、更高耐气候性、更高的放光均匀比、更高的可靠性、全色化、多媒体方向发展，系统的运行，操作与维护也向集成化、网络化、智能化方向发展。
二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LCD显示屏作为平板显示的主导产品之一将有更大的发展。
1.3本设计的研究内容
本设计以AT89C51单片机为控制核心，以LCD12864液晶作为屏幕的显示模块。
简述了显示模块的显示原理，采用C语言编程，驱动液晶模块实现并行传输的汉字以及图形显示。
阐述了LCD12864液晶显示模块与单片机AT89C51的并行接口电路的原理和软件编程方法，通过protues连接电路，采用keil编写程序，最后通过两者联调以达到显示所需汉字和图形的目的。
第2章系统总体设计方案
随着智能化仪器仪表的大量使用，用LCD液晶显示器来显示字符、汉字和图形的场合将越来越多。
为了能准确的对信号进行显示，便于系统调试，本设计中选用AT89c52单片机、12864显示模块等构成的电路，系统结构框图如图2-1所示。
图2-1
LCD12864液晶作为屏幕的显示模块，可以显示汉字、图像，还可以利用其画线等。
本设计通过控制flag的不同值来选择不同的显示内容，当flag=0时，开机显示；当flag=1时，显示专业设计题目；当flag=2时，可显示图片；当flag=3时，可显示图形；当flag=4时，可显示坐标。
系统总体软件设计流程图如下
是否按下
开始
按键检测
判断flag=?
flag=1
flag=2
flag=3
flag=4
题目
图像
图形
显示坐标
结束
否
初始画面
是
否
是否否
图2-2
第3章系统设计
3.1系统的硬件设计
3.1.1按键检测
单片机的按键检测是通过检测引脚的电平来实现的，先给P1.0-P1.3置高电平，按键的一端接P1.0-P1.3，另一端接地，如果P1.0-P1.3的电平被拉低，则说明该按键被按下。
其连接图如图3-1所示。
图3-1-1
3.1.212864硬件连接图
我们采用protues元件库中的AMREIRE12864显示屏，其中D0--D7为数据采集口，连接单片机P0口；E为LCD显示使能端，连接单片机P2.6口，高电平有效；R/W为LCD读写控制端，高电平读数据，低电平写数据，连接单片机P2.5；RS为LCD数据指令选择端，高电平选择数据，低电平选择指令，连接单片机P2.4口；RST为LCD复位段，低电平有效，连接单片机P2.3口；CS1\CS2口为LCD左右屏选择控制端，CS1=0，CS2=0为全屏，CS1=0，CS2=1为左屏，CS1=1，CS2=0为右屏，CS1=1，CS2=1关闭显示，连接单片机P2.2，P2.1口。
显示模块整体硬件连接图3-1-2：
图3-1-2
3.1.2系统整体硬件设计
图3-1-3
3.2系统的软件设计
系统采用C语言编程，模块化程序设计。
总体软件设计流程图如图3-2-1：
图3-2-1
3.2.1初始画面程序设计--汉字显示
开始
程序初始化
打开画图模式
汉字取模
点阵显示
结束
编写程序显示汉字（内容：
手写绘图显示系统）。
图3-2-2
部分程序如下：
图3-2-3汉字取模数据
图3-2-4初始界面显示部分程序
图3-2-5初始化程序
3.2.2按键检测程序设计
如硬件设计按键检测电路图，将按键公共端接地，置单片机P1全为高电平，定时器定时50ms定时中断检测按键，有按键按下时，相应的I/O口会置为低电平，通过检测I/O口是否为低电平就检测到按键是否按下。
具体流程图如图3-2-6：
开始
定时器初始化
中断打开
按键检测
是否
按下？
Flag变值
结束
是
否
图3-2-6
部分程序
图3-2-7
定时器中断响应函数：
图3-2-8
3.3系统调试过程及结果
整个系统我们借助于Keil4单片机C51程序设计，Protuse电路仿真及Keil4和Protues联调。
系统最后调试结果如下：
3.3.1初始页面
显示“手写绘图显示系统”等内容，设计结果如图3-3-1。
图3-3-1
3.3.2按键一按下
显示“专业设计”等信息，结果如图3-3-2。
图3-3-2
3.3.3按键二按下
显示“XX”图片，结果如图3-3-3.
图3-3-3
3.3.4按键三按下
显示圆形，箭头等内容，结果如图3-3-4，3-3-5。
图3-3-4
图3-3-5
图3-3-5
3.3.4按键四按下
显示坐标（12,32），结果如图3-3-6。
图3-3-6
第4章总结及体会
专业设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。
因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。
作为一名自动化专业的大四学生，我觉得做单片机专业设计是十分有意义的，
而且是十分必要的。
在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。
我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力，如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢，做类似的专业设计就为我们提供了良好的实践平台。
回顾起此次专业设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整四星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次专业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次专业设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
参考文献：
[1]范立南、谢子殿，单片机原理及应用教程[M].北京：
北京大学出版社，2007
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北京航空航天大学出版社，1994
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