基于单片机的LCD驱动接口设计毕业设计论文.docx
《基于单片机的LCD驱动接口设计毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的LCD驱动接口设计毕业设计论文.docx（49页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的LCD驱动接口设计毕业设计论文
优秀论文归档资料
未经允许切勿外传
基于单片机的LCD驱动接口设计
摘要
液晶显示技术是现代电子技术的一种高新技术产物。
随着世界消费电子产品制造业的不断升级，类似手机、数码相机、PDA、GPS、电子游戏机、MP3播放器、PMP等设备对显示器性能要求也越来越高，液晶显示则成为了首选，产品产量也迅速增加。
液晶显示器具有厚度薄、适于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点。
液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就显示黑色，这样就可以显示出图形。
随着3G时代的即将到来，LCD与消费性电子产品的结合会越来越紧密，那么，LCD的驱动技术也将是一个值得大家讨论和关系的话题。
结合科技发展的趋势与个人的技术能力，本设计采用台湾凌阳科技有限公司推出的16位单片机作为主控制模块和GPG12063YS3LCD模块，运用COG技术将SPLC501A驱动控制芯片内嵌在LCD玻璃上，完成集行、列驱动器和控制器于一体的液晶显示模组。
SPLC501A单芯片液晶驱动可以直接与其他微控制器接口总线相连，微控制器可以将显示数据通过8位数据总线或者串行接口写到SPLC501A的显存中，实现字符、汉字、图形等的显示。
关键词单片机；LCD；显示驱动
BasedonSCMLCDdriverinterfacedesign
Abstract
LCDdisplaytechnologyisakindofelectronictechnology.Astheworld'sconsumerelectronicsmanufacturingescalated,likemobilephones,digitalcameras,PDA,GPS,electronicgame,MP3player,PMPequipmentperformancerequirementstodisplayismoreandmore,suitableforlargescaleintegratedcircuitdirectlydrivenandeasytorealizefullcolordisplaycharacteristics.TheLCDprincipleistousethephysicalpropertiesofthedisplay,throughthevoltagecontrolledarea,then,thatcanshowblackshowedgraphics.
Withtheupcoming3Gera,LCDandconsumerelectronicsproductswillbemoreclosely,thecombinationoftechnology,LCDwillalsobeaworthyofdiscussionandrelationship.Withthedevelopmentofscienceandtechnologytrendsandpersonalskills,thisdesignUSEStheTaiwansunplustechnologyCo.,LTD.Of16microcontrollerasthemaincontrolmoduleandGPG12063YS3LCDmodule,usingSPLC501ACOGtechnologywilldrivecontrolchipembeddedinLCDglass,completeset,columndrivesandintegratedcontrollerLCDmodule.SPLC501AsinglechipLCDdrivercandirectlywithothermicrocontrollerinterfacebuses,microcontrollercandisplaydatathrough8bitsofdatabusorserialinterfaceSPLC501Awroteinthememoryusage,characters,charactersandgraphics,etc.
Keywords SCM;LCD;DisplayDrive
不要删除行尾的分节符，此行不会被打印
摘要……
Abstract
第1章绪论1
1.1课题背景1
1.2国内外LCD技术的发展情况1
1.3论文研究的内容3
第2章LCD显示原理及相关器件介绍4
2.1LCD相关知识简介4
2.1.1LCD的显示原理4
2.1.2STN-LCD介绍4
2.2LCD液晶显示器件的控制方式与驱动原理7
2.2.1液晶显示器的显示控制原理7
2.2.2液晶显示器的驱动原理7
2.2.3点阵LCD的驱动显控原理8
2.3SPLC501液晶显示模组8
2.3.1系统主要功能与基本参数8
2.3.2系统工作条件9
2.3.3SPLC501A驱动控制器芯片9
2.3.4液晶显示器结构原理10
2.3.5显示RAM区映射情况12
2.3.6行列地址13
2.4单片机及控制模块介绍15
2.4.1单片机概述15
2.4.2SPCE061A16位单片机介绍15
2.5本章小结18
第3章系统硬件设计19
3.1系统构成19
3.1.1接口总体设计19
3.1.2系统端口连接19
3.1.3接口总线时序20
3.1.4接口设计22
3.1.5模组接口接线原理图23
3.1.6接口设计及引脚定义23
3.1.7模组接口及实物对照24
3.2控制方法即控制指令25
3.3本章小结29
第4章SPLC501液晶显示模组驱动程序30
4.1驱动程序架构30
4.2SPLC501液晶显示模组控制流程31
4.3常用功能函数介绍（用户API）33
4.4本章小结35
结论36
致谢37
参考文献38
附录A39
附录B47
附录C54
附录D55
千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。
在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。
打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行
第1章绪论
1.1课题背景
液晶显示器（LiquidCrystalDisplay，LCD）自从1988年被发现至今，已经成为数字时代的视窗。
从手持式电子设备、电视机到电脑监视器，LCD是最重要的零件之一。
随着时尚、健康和环保概念的日益深入人心，人们对显示系统的要求越来越高。
欧洲部分国家已经制定法律，从2005年开始禁止销售和使用CRT显示器。
LCD的诸多优势正逐渐被广大消费者所认可，LCD显示器市场也已经成为商家争夺的焦点。
液晶显示器具有诸多优点：
LCD显示器比普通CRT显示器能够节省大量空间，它的重量仅为同屏幕尺寸的CRT显示器的17左右，它的耗电量仅为CRT显示器的14；同时，LCD显示器有利于使用者的健康，可以说是一种真正意义上的无辐射产品；另外，由于不存在电子束的汇聚问题，LCD显示器不存在几何失真和散焦现象，新一代的LCD还具有不受电磁场的干扰、亮度较高、视角宽广的特点。
在基于单片机的智能系统中，汉字显示模块是很重要的组成部分，它应用广泛、操作容易、调试简便。
然而，在单片机上显示汉字存在几个问题。
首先，单片机资源有限，我们不能为了显示汉字占用太多的资源；其次，汉字存储读取比较繁琐，使用不方便；第三，汉字是通过点阵显示出来的，往往与LCD写入方式不一样，这就的进行转换和调整。
基于单片机的汉字显示不能在字符LCD上实现。
使用图形LCD有很多优点，不仅能显示字符、汉字，而且可以实现汉字动态移动和上下滚屏，实现汉字与图形的混合显示，同时功耗低。
基于单片机的LCD接口技术的研究，具有很好的实用价值。
在现代科学技术不断发展的今天，设计实现具有高可靠、低成本的面向单片机应用的LCD接口设计是本论文研究的目标和意义所在。
本设计就是采用SPLC501A芯片，将液晶显示控制驱动器，集行、列驱动器和控制器于一体的液晶显示模块，以高度集成为特点。
该芯片在保证其性能的同时，又不增加其成本，它适用于各种小规模显示模块。
1.2国内外LCD技术的发展情况
自从1972年美国Brody提出有源矩阵的概念以来,已过去了三十多年。
日本于1991年实现了TFT-LCD的量产。
在二十世纪九十年代,日本从第一代（300×400mm）TFT-LCD生产线发展到第4.5代（730×920mm）TFT-LCD生产线。
这十年在TFT-LCD产业内基本上是日本“一枝独秀”的局面。
然而韩国和中国台湾分别从九十年代中期和九十年代末开始发力，赶超日本，到今天形成了韩国、中国台湾、日本三足鼎立（而且是韩国、中国台湾争先、日本渐落后）的局面。
值得注意的是随着两条第5代TFT-LCD生产线的建设，中国大陆也加入到竞争的行列之中。
下面是国内外LCD产业的发展情况。
1．全球LCD产业的发展
TFT产业已形成了十多年，由九十年代初的第1代线（300×400mm）发展到现在的第7代线（1870×2200mm），三星已宣布建第8代线（2300×2600mm），其发展速度是惊人的。
综观整个产业，大体上以第5代线（1100×1300mm）为分界线，分成两大部分：
即1代线到4.5代线和5代线到8代线。
之所以将第5代线作为分界线是基于以下两个因素：
一是从1代线到4.5代线各代线之间玻璃基板尺寸增加不大，1代线（0.12m2）→2代线（0.17m2）→3代线（0.36m2）→4代线（0.60m2）→4.5代线（0.67m2）但5代线比4.5代线玻璃基板面积陡然增大1倍多，达到1.43m2，以后几代线面积增长更快，6代线（2.78m2）→7代线（4.11m2）→8代线（5.98m2）。
由于基板面积大幅增加，导致设备变得庞大，6代线的PECVD已重达40吨，占地面积约一百平方米。
高世代TFT-LCD工厂事实上已经成了名副其实的重工业。
据了解，6代以上线的大型设备已经无法整体运输，必须在TFT-LCD工厂内组装，这样一来，TFT-LCD生产线的投资大幅增加，直逼乃至超越晶圆厂的投资。
TFT-LCD产业已经在我国兴起，既然在过去的二十多年内我国的电视、电脑、手机及其他家电业走过了一条从小到大、从弱到强的成功之路，我国TFT-LCD产业也会迎来辉煌的明天。
二是5代以上线主要用于生产监视器和大尺寸电视，因此在技术上相比低世代线有以下几方面的重大改进：
采用液晶滴下技术（ODF）和采用宽视角技术。
由于基板玻璃面积很大，几乎在所有的工序上都要求更加严格的均匀性和稳定性，从而在设备、工艺、材料等方面都要有大的改进。
基板运输成了5代以上线一个突出的问题，需要采用全新的技术以保证基板在运输过程中的安全性。
全球第1代线到第4.5代线共有49条，年投产面积为980万m2。
第1、2代线全球有16条，大多已建了8~10年或更长的时间，其中大部分线在日本。
这些生产线设备老化，技术水平较低，日本正将一些第2代线改为LTPS生产线，用于生产手机、PDA等中小尺寸产品。
比较有效率的是第3代（含3.5代）和第4代线（含4.5代），全球共有31条。
其中日本14条，中国台湾12条，韩国5条，这些生产线主要用于生产笔记本电脑、监视器和少量电视。
自从2002年韩国LG和三星相继建成第5代线以来，日、韩、中国台湾纷纷加大投资力度，规划并陆续建立第5代、第6代、第7代甚至第8代线，投资规模之大，速度之快，是LCD发展历史上前所未有的。
其中日本除了Sharp公司直接投资第6代线以外，其他日本大公司均无投资第5代以上线的计划，因此大型基板之争主要在韩、中国台湾之间进行。
据不完全统计，迄今为止全球已建、在建或规划的第5代至第8代线共有28条之多,其中韩国8条，中国台湾15条，日本3条，中国大陆2条。
这些线全部投产后，年投片面积将达到4800万m2，约为现有第1代到第4.5代线年投片面积总和的5倍，这样大的产能将会促使产品价格大幅下降，让液晶监视器和液晶电视走入寻常百姓家，从而使TFT-LCD消费市场有更快的发展。
2．国内LCD产业的发展
我国的信息产业自改革开放以来获得了巨大的发展，已成为国家第一大支柱产业。
我国的电视机、手机产量居世界第一位,互联网用户数量居世界第二位。
鉴于我国是世界上人口最多的国家，现在正处于建设全面小康社会阶段，随着人民生活水平的不断提高，可以预料未来无论是个人便携式、家庭应用还是办公自动化或公共显示等，我国都是全球TFT-LCD需求最大的市场。
这个庞大的市场现在正在形成（目前是依赖进口），而且还在不断的发展之中。
日、韩、中国台湾的许多大公司都看清楚这点，纷纷在中国大陆兴建TFT模组厂和相关的配套厂。
相比之下，我国TFT-LCD产业的发展远远落后于市场的需求。
迄今为止，只有吉林在1999年引进一条第1代线在生产，南京正在引进一条第1代线，然而随着上广电-NEC和京东方两条5代线相继投产，这种落后局面开始改观。
不过作为我国最大的电子信息生产基地之一的珠三角地区，至今在TFT-LCD制造领域方面还是空白，这不能不是一个很大的缺憾。
珠三角地区是我国最大电视机和电脑的生产基地，也是我国最大的手机生产基地之一，这里云集众多的国内知名品牌，如TCL、康佳、创维、联想、长城、科健等。
下游产品市场超过长三角和京津地区。
另外珠三角地区也是我国最早也曾经是最大的液晶显示器生产基地，相关的上游原材料和电子元器件配套丰富，因此珠三角地区应尽快上马TFT-LCD项目，一方面可在珠三角地区整合上下游资源，形成完整的产业链，另一方面与东北、华北、华东地区遥相呼应，使全国的TFT-LCD产业均衡分布。
1.3论文研究的内容
本设计是以单片机为控制核心，结合单片机资源有限以及LCD接口特点完成与LCD的点阵单元的控制接口设计，实现了字符显示、汉字显示和图形显示功能。
第2章LCD显示原理及相关器件介绍
2.1LCD相关知识简介
2.1.1LCD的显示原理
LCD是LiquidCrystalDisplay的缩写，是一种显示器件。
当前LCD类众多TN（TwistedNematic）、STN（SuperTN）、DSTN（DoubleSTN）、CSTN（ColorSTN）、FSTN（FilmSTN）、UFB（CSTN）及TFTLCD。
LCD发展迅速，应用在各种显示场合。
液晶是一种规则性排列的有机化合物，它是一种介于固体和液体之间的物质，目前一般采用的是分子排列最适合用于制造细柱型液晶，液晶本身并不能构发光，它主要是通过因为电压的更改产生电场而使液晶分子排列产生变化来显示图像。
液晶面板主要是由两块无钠玻璃夹着一个由偏光板、液晶层和彩色滤光片构成的夹层所组成。
偏光板，彩色滤光片决定了有多少光可以通过以及生成何种颜色的光线。
液晶被灌在两个制作精良的平面之间构成液晶层，这两个平面上列有许多沟槽，单独平面上的沟槽都是平行的，但是这两个平行的平面上的沟槽却是互相垂直的。
具体如图2-1所示。
图2-1LCD显示原理图
2.1.2STN-LCD介绍
STN（SuperTwistedNematic）及超扭曲向列液晶显示器件，它是用电场改变原为180度以上扭曲的液晶分子的排列从而改变旋光状态，外加电场通过逐行扫描的方式改变电场，在电场反复改变电压的过程中，每一点的恢复过程较慢，因而产生余辉。
它的好处是功耗小，具有省电的最大优势。
彩色STN的显示原理是在传统单色STN液晶显示器上加一彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每一像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，就可显示出彩色画面。
和TFT不同STN属于无源Passive型LCD，一般最高能显示65536种色彩。
现在STN主要有CSTN和DSTN之分。
CSTN即ColorSTN，一般采用传送式（transmissive）照明方式，传送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。
传送式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。
DSTN即双层STN，过去主要应用在一些笔记本电脑上。
也是一种无源显示技术，使用两个显示层。
这种显示技术解决了传统STN显示器中的漂移问题，而且由于DSTN还采用了双扫描技术，因而显示效果较STN有大幅度的提高。
由于DSTN分上下两屏同时扫描，所以在使用中有可能在显示屏中央出现一条亮线。
2.1.1.1STN-LCD结构
STN液晶显示屏采用无源矩阵结构，在两块玻璃基板的内侧配置有行电极（扫描线）和列电极（数据线）两种电极，中间封入液晶，扫描线和数据线的交点就是STN液晶屏的像素点。
图2-2是STN液晶显示屏的结构和等效电路示意图。
图2-2STN液晶显示屏的结构（左）和等效电路示意图（右）
2.1.1.2STN液晶显示原理
STN液晶显示屏的工作原理与TN液晶显示屏相同，只是STN的扭转角为180°～270°，而不是90°。
TN和STN液晶分子扭转角度如图2-3所示。
图2-3TN和STN液晶分子扭转角度示意图
STN液晶显示屏中的液晶扭转角度不同，决定了其特性不同，下面是TN与STN液晶显示屏电压－穿透率曲线，如图2-4所示。
图2-4TN型与STN型液晶显示屏的电压-穿透率曲线
从图2-4可以看出，当电压比较低时，光线的穿透率很高；电压很高时，光线的穿透率很低；而电压在中间位置时，TN液晶显示屏的变化曲线比较平缓，而STN液晶显示屏的变化曲线则较为陡峭。
因此，在TN液晶显示屏中，当穿透率由90％变化到10％时，相对应的电压差就比STN液晶显示屏大。
在液晶显示屏中，是利用液晶显压来控制灰阶的变化，而上述TN与STN液晶显示屏的不是屏的电压－穿透率曲线同特性，便造成TN比STN液晶显示屏的灰阶变化要多。
所以，一般TN液晶显示屏多为6～8bits的变化，也就是64～256个灰阶的变化，而STN液晶显示屏最多为4bits，也就只有16阶的灰阶变化。
除此之外，STN与TN液晶显示屏还有一个不同的地方，就是反应时间，一般STN液晶显示屏多在100ms以上，而TN液晶显示屏多在50ms以下。
单纯的TN液晶显示屏本身只有明、暗两种情形（或称黑、白），无法做到色彩的变化。
雨STN液晶显示屏由于液晶材料的不同，以及光线的干涉现象，显示的色调以淡绿色和橘色为主。
如果在传统单色STN液晶显示屏加上彩色滤光片，并将单色显示矩阵的任一像素点分成三个像素单元（或称子像素），分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三基色，再经由三基色的比例调和，也可以显示出全彩模式的色彩。
2.2LCD液晶显示器件的控制方式与驱动原理
2.2.1液晶显示器的显示控制原理
所谓的液晶显示器写入机理，就是依靠某种方法使液晶显示器将人们所需显示的信息用来作用于器件，使器件达到显示的目的。
所有液晶显示器件的显示原理到是依靠外场（包括电、热、光等）作用于初始排列的分子上，依靠液晶分子的偶极矩和各项异性的特点，使液晶分子的初始排列发生变化，通过液晶显示器件的外界光被调制，使液晶显示器件发生明、暗、遮、透、变色等效果，从而达到显示的目的。
要实现特定的显示目的要满足两个条件。
一是要有足够强的电（热、光）信号作用于液晶，使其改变初始状态。
另外，每个电（热、光）信号均可以在一段时间内作用于一个或几个像素单元使像素能组合成一个视觉信号，如数字、图形等。
在满足写入条件的前提下，信息信号作用于不同类型的液晶显示器件的机理不同。
下面是有源矩阵薄膜场效应晶体管型（TFT）的写入机理。
以行扫描信号和列寻址信号控制作用于被写入像素电极的薄膜晶体管有源电路，使有源电路产生足够大的通断比，从而间接控制像素电极间呈TN型的液晶分子排列，达到显示目的。
其写入特点是：
经TFT有源电路间接控制的TN型器件像素，可实现高路数多路显示和视频图象显示。
2.2.2液晶显示器的驱动原理
根据液晶显示器件写入机理和显示像素电极的排列方式即可确定对其进行驱动的基本条件。
用什么样的方法可以满足这些条件，以及这些基本条件是以何种方式完成显示目的和要求的，这便是液晶显示器件的驱动原理。
液晶显示器件种类繁多，驱动方式也各不相同，但无论那种类型的器件，无论使用哪种驱动方式，都是以调整加到像素上的电压、相位、频率、峰值、有效值、时序和占空比等一系列参数来建立起一定的驱动条件进而实现显示的。
液晶的显示是由于在显示像素上施加了电场的缘故，而这个电场则由显示像素前后两个电极上的电位信号合成产生。
在实际应用中，由于采用了数字电路驱动这种交流电场是通过脉冲电压信号来建立的。
液晶显示的驱动就是用来调整施加在液晶显示器件电极上的电位信号的相位、峰值、频率等，建立驱动电场，以实现液晶显示器件的显示效果。
2.2.3点阵LCD的驱动显控原理
液晶显示模块（LCM），他是将液晶显示器件、驱动及控制电路、以及温度补偿、驱动电源、背光等辅助电路组合在一起的相对独立的显示器件或设备。
通常液晶显示器件本身引线很多，而且要将这些引线和驱动、控制等电路连接才能用于显示信息，因此生产厂商在制造液晶显示器件的同时，也将与之对应的驱动、控制等电路制作成PCB板，然后用压框和导带或导电橡胶将液晶显示器件固定在PCB上，从而组合成液晶显示模块。
点整LCD的特点就是以点的形式呈现用户想要显示的图形，通常在编写一个LCD模块的驱动程序时，最基本的功能就是绘制一个具体指定点，只有在这样功能的基础上，才能通过各个点的组合，呈现出点整的图形。
其实，绘制一个指定位置的点，也就是将现存当中的对应该点的数据位进行操作。
显存当中的数据与LCD屏幕上的点是一一对应的关系，这样就可以在程序当中通过简单的换算而有序的控制LCD屏上的点的显示。
2.3SPLC501液晶显示模组
2.3.1系统主要功能与基本参数
SPLC501液晶显示模组为128*64点整，面板采用STN超扭曲向列技术制成并且由128Segment和64Common组成，LCM非常容易通过接口被访问。
模组上的液晶显示器采用凌阳科技的SPLC501芯片作为LCD驱动和控制器，为128*64点阵图形液晶显示器。
SPLC501液晶显示模组的基本参数如表2-1所示。
表2-1SPLC501液晶显示模组的基本参数表
显示模式
黄色模式STN液晶
显示格式
128*64点整的图形液晶显示
输入数据
兼容系列MPU数据输入
背光
无
模块尺寸
72.8（长）*73.6（宽）*9.5（高）
视屏尺寸
58.84（宽）*35.79（长）mm
点大小
0.42（宽）*0.51（长）mm
像素尺寸
0.46（宽）*0.56（长）
2.3.2系统工作条件
SPLC501液晶显示模组的电器特性如表2-2所示。
表2-2SPLC501液晶显示模组的电器特性表
参数
符号
条件
最小
典型
最大
单位
工作电压
Vdd
3.3
5
V
输入电压
HighLevel
Vih
0.7Vdd
Vdd
V
LowLevel
Vil
Vss
0.3Vdd
升级会员 