基于单片机的TFT液晶显示设计.docx
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基于单片机的TFT液晶显示设计
本科生毕业论文
基于单片机的TFT液晶显示设计
学号：
2010642028
姓名：
王彩月
年级：
10级
系别：
物理化学系
专业：
电子信息科学与技术
指导教师：
杨景昱
完成日期：
2014年4月20日
承诺书
本人承诺所呈交的毕业论文（设计）是我在指导教师指导下进行研究工作所取得的研究成果。
据查证，除了文中特别加以标注的地方外，论文中不包含他人已经发表或撰写过的研究设计成果。
若本论文（设计）及资料与以上承诺内容不符，本人愿意承担一切责任。
毕业论文（设计）作者签名：
日期：
年月日
目录
摘要I
AbstractII
前言1
第1章课题背景2
1.1国内现状2
1.2国外现状2
1.3本文研究内容3
第2章硬件设计4
2.1系统分析4
2.1.1利用单片机控制TFT显示屏原理图4
2.1.2可行性及需求分析6
2.2本章小结6
第3章软件系统工作原理7
3.1总体设计7
3.2软件实现功能8
3.2.1中英文显示程序设计8
3.2.2图片显示程序设计8
第4章软件测试10
4.1调试环境10
4.2本章小结11
结论12
参考文献13
致谢14
附录15
摘要
本文提出的TFT液晶显示屏控制系统以单片机（STC12LE5A60S2）为核心，由控制部分、显示部分（320*240TFT）组成。
该系统大部分功能通过硬件来实现，电路简单明了，系统稳定性很高。
这套彩屏控制系统可以方便地实现图片显示，中英文显示的功能，并通过与单片机连接可以实现对屏幕的清屏初始化操作，还可以连接相应的外围电路，使其发挥更大的作用。
本文首先描述系统硬件工作原理，并附以系统结构框图加以说明，着重介绍了本系统所应用的各硬件模块的功能和它的工作过程；其次，详细阐述了程序的各个模块及其实现过程。
本系统的主要设计思想是以硬件为基础，软件和硬件相结合，最终实现各个模块的功能。
关键词：
单片机；STC12LE5A60S2；320*240TFT；TFT液晶显示屏控制
Abstract
Inthispaper,TFTLCDdisplaycontrolsystemwithsinglechipmicrocomputer（STC12LE5A60S2）asthecore,bycontrolparts,display（320*240TFT）.Mostofthesystemfunctionbyhardware,circuitissimpleandclear,thesystemstabilityisveryhigh.
Pictureshowsthecolorscreencontrolsystemcanbeeasily,inbothChineseandEnglishdisplayfunction,andthroughtheconnectedtothemicrocontrollercanrealizetothescreenscreenclearinginitialization,alsocanconnectthecorrespondingperipheralcircuit,makeitplayabiggerrole.
Thispaperdescribestheworkingprincipleofthesystemhardware,eachaccompaniedbyadiagramofthesystemstructure,introducedthissystembytheapplicationofthehardwaremodulefunctionanditsworkingprocess;Second,expoundstheproceduresofeachmoduleindetailanditsimplementationprocess.Themaindesignideaofthissystemisbasedonthehardware,softwareandhardwarecombination,finallyrealizesthefunctionofeachmodule.
Keywords:
SCM;STC12LE5A60S2;320*240TFT;TFT-LCD
前言
液晶显示器（TFT-LCD）大多是用一个可编程接口驱动，控制方便，体积小，功耗低，可以实现良好的人机界面[1]，在智能设备尤其是便携式工具中被广泛使用，在许多行业中TFT-LCD已成为当代最重要的高新技术产业，信息显示屏必备模式。
现在，人类社会已进入信息时代，人们从视觉接收信息有80%，任何获取信息的方式，最终都需要通过信息显示，实现人机交流，在各种显示技术中，因为液晶显示器具有低工作电压，低功耗等优点，使其成为发展最快[2]，被最广泛使用的，TFT液晶显示不只能替换某些其他显示设备，也大大扩展了显示设备的应用范围，现在世界上最节能的显示产品之一就是液晶产品，显示器使用便携几乎是最好的选择，电脑、手机、CPS、笔记本计算机、PDA、电子词典、数码相机、便携式智能仪器仪表的应用随着产业发展和经济生活水平的提高，对液晶显示器的要求将会各种各样[3]。
因此，液晶显示装置的开发，设计，应用，具有十分重要的意义。
现在，世界上的生产液晶厂商主要有三星，华映，夏普，富士通，日立，中国大陆液晶显示器及相关产业近几年取得了很大的进步，我国已经成为全球发展最迅速的国家，有着比较惊人的市场潜力。
介绍了系统硬件工作原理，并利用系统结构框图说明各硬件模块的功能和工作流程，比较系统的叙述了程序的主要模块和他的实现过程。
第1章课题背景
目前TFT液晶显示屏在笔记本电脑、智能手机、电视、LCD显示器和其他设备等领域大范围使用，发展速度很快，受到了大家的关注。
从液晶显示技术未来的发展走势来看，其本身具有高亮度、解析度高、视角宽、成本低以及功耗低等优势[4]。
液晶显示器件正在快速推进其平板化的发展这是信息产业的重要组成部分。
现在的社会已经步入信息革命的时代，LCD显示器件和LCD显示技术在发展中有非常重要的位置，电话、电视、笔记本电脑等设备和各种仪器设备上的液晶显示屏给大家平常生活、工作提供了很多的信息。
没有显示器件信息技术不会像现在这样快速的发展。
通信、显示及信息处理被认为是电子产业在20世纪计算机、微电子之后很大的发展项目。
科学技术的发展迅速导致显示技术也在发生重大革命，尤其是90年代以来，市场需求的急剧增长使显示技术有了更大突破，在电子产业的发展快速崛起。
1.1国内现状
自八十年代开始经历了几次比较大的投资后，中国大陆成为全球最大的TN-LCD产业基地及主要的STN-LCD产业基地。
后又大范围步入TFT-LCD产业,我国逐渐进入世界液晶强国之列。
随后液晶显示器出现及TFT-LCD液晶显示器技术也被研究出来，可是技术尚未成熟仍有缺陷，不适合普及应用[5]。
八十年代末到九十年代初，TFTLCD液晶工业开始发展迅速，中国内地的信息产业发展速度几乎也一直保持着增长的状态，已经成为中国在电子产品行业重要支柱，TFT-LCD平板显示是信息产业比较看重的产品。
但是近期各产业投资明显上升，其国内投资产业好像还有点问题。
可是这些并不能影响大陆TFT液晶显示产业迅速发展的态势，所以显示产业是前景非常广阔发展机会又多的行业[6]。
1.2国外现状
液晶最开始是由美国人发现和投入实验的，并且得到了美国军方的关注推动了技术的研发，其正式被使用在商业用途是在十九世纪中成功地将液晶用在仪器的显示面板上并得到信息。
十九世纪后期成功地开发出以LCD为显示面板的计算器、手表等好多商业用品，随后陆续加大LCD的生产使其成为全世界显示器产业重要器件，日本是全球第一个将LCD显示器商业化的，是液晶显示器件产业的先行国家并拥有完整液晶产业链，与此同时在发展之初推进显示器生产设备的发展与前进[7]。
LCD领域投资大参与的厂商也多，一开始大量的研发投资有好多有名的家电厂商都参加了，但研发的生产的成果不是很好从芯片到各种材料通用性很差，大幅度增加成本，不方便厂商配套使用，使液晶产品的整个成本特别高，导致好多企业几乎都退出了液晶产业。
后来在韩国台湾等厂商的努力下使液晶成本下降，使市场需求又开始大幅度增长，各企业又纷纷重新调整政策，液晶产业发展速度又迅速上升，所以说其发展前景广阔机会多。
1.3本文研究内容
本课题的设计内容主要是以硬件为基础的设计，最后让软件与硬件结合使模块功能实现。
介绍了单片机的工作原理和TFT屏幕的特征。
在理论上先了解单片机的各个引脚功能，在进行硬件电路的连接，充分利用其功能并以单片机为核心，实现单片机与显示电路与外围电路的连接，最终达到了对屏控制的功能。
第2章硬件设计
2.1系统分析
本课题系统设计要用C语言编写程序所以我选择了STC12LE5A60S2单片机做课题设计，STC系列单片机都是基于51内核的微控制器，国内宏晶科技公司生产，芯片RAM1280KB，ROM60KB单周期指令，而且是低压3.3V工作。
在SD卡和TFT液晶接口电平3.3V，单片机内带硬件PWM、SPI，对我这个系统有很大的好处，所以选择这块单片机进行控制。
然后是选用SSD1289控制芯片，3.2寸触摸TFT模块集成触摸控制IC、SD卡座、3V稳压、分辨率240*320，它还集成控制器功能，由最高可达172800个字节（240*320*18/8）图形，嵌入直流转换器和电压发生器提供所需的所有必要的电压，SSD1289可降至1.16v和提供不同的省电模式。
它适用于任何便携式电池驱动的应用程序要求运行周期长和紧凑的尺寸。
SSD1289TFT的运转是都在一个驱动程序，集成的RAM电源电路，驱动程序和门源驱动程序到单片机。
它可以驱动一个262k彩色a-TFT面板RGB240*240的分辨率。
它还集成控制器功能，由最高可达172800个字节（240*320*18/8）图形数据显示RAM（GDDRAM），以及对常见单片机通过8/9/16/18-bits6800系列/8080系列兼容的并行接口或GDDRAM串行接口和存储数据。
辅助18-bits视频接口（VSYNCHSYNCDOTCLK，启用）集成到SSD1289显示动画形象。
SSD1289嵌入直流-直流转换器和电压发生器提供所需的所有必要的电压转用用最小的外部组件。
一个集成控制电路还包括软件，可以调整命令，显示屏控制系统可以很容易地实现图片和文字显示功能，并通过连接微控制器来调整亮度，也可以连接一个相应的外围电路，实现了各种功能。
2.1.1利用单片机控制TFT显示屏原理图
图2-1硬件系统原理图
1.硬件连接注意事项
TFT电源：
屏幕电源为2.8-3.3V；不可以用5V。
背光电源（LED_A引脚）：
背光电源最高3.2V（模块已串联3.9欧姆限流电阻，LEDA脚可接3.3V，如果接5V需修改限流电阻为25欧姆,否则会烧坏背光）。
数据口电平:
数据上不可以让数据口电平超过3.3V，但是如果一定要应用5V的单片机IO连接数据总线，因为TFT内部有电压钳位，用也能用，但是不太规范，做实验做样品测试可以，批量做产品的时候，为提高产品稳定性，最好还是使用低电压的单片机或者加一个电平转换IC。
2.程序默认IO连接方式：
控制线：
RS-P3^5；WR-P3^6；RD-P3^7；CS-P1^0；REST-P1^2
数据线：
DB0-DB7依次连接P0^0-P0^7；DB8-DB15依次连接P2^0-P2^7
具体连接方式如图2-1所示。
3.TFT液晶屏接口定义说明如表2-1
表2-1TFT液晶屏接口定义
序号
名称
说明
1
GND
电源地
2
VCC
电源正。
3
NC
空
4
RS
数据/命令切换
5
WR
写数据时钟
6
RD
读数据时钟
7-14
DB8-DB15
高8位数据总线
15
CS
片选
16
F_CS
FLASH片选（模块预留FLASH芯W25X16,默认不贴件，做预留用途）
17
REST
复位（复位操作过程：
拉低电平，持续8ms；再拉高电平，持续8ms）
18
NC
空
19
LED_A
背光电源（模块已串联3.9欧姆限流阻，LED_A脚可接3.3V，如果接5V需修改限流电阻为25欧姆,否则会烧坏背光）
20
NC
空
21-28
DB0-DB7
低8位数据总线
29
T_CLK
触摸控制器（XPT2046）时钟
30
T_CS
触摸控制器（XPT2046）片选
31
T_DIN
触摸控制器（XPT2046）的数据入（MOSI）
32
NC
空
33
T_DO
触摸控制器（XPT2046）的数据出（MISO）
34
T_IRQ
触摸控制器（XPT2046）数据中断（平时为高，触摸时为低）
35
SD_DO
SD卡接口的MISO
36
SD_CLK
SD卡接口时钟
37
SD_DIN
SD卡接口的MOSI
续表2-1
序号
名称
说明
38
SD_CS
SD卡接口片选
39
NC
空
40
NC
空
2.1.2可行性及需求分析
由于我国电子市场发展进步规模一直在扩大，其作为世界加工制造中心的地位也一直被提升，所以除了内地电视厂商外，也有很多其他国家地区电子厂商将其液晶产业工厂转移到中国大陆来发展，因此我国液晶产业在短时间内迅速增长，但是TFT还是一个年轻产业，需求量很大，未来通过技术延伸，它的发展会很长远。
1.单片机控制，对TFT屏幕控制而言，最基本的功能是实现一个单一的汉字显示，复杂一点的是对图片进行处理，可利用汉字和图片取模软件。
2.基本控制屏幕要求，让它显示指定的中英文或代码，并可以进行调试和控制。
功率的要求，没有很强的干扰波，无电压突变。
2.2本章小结
这一章中详细的介绍了单片机与液晶显示器的硬件系统设计。
实际上，本次设计选择的TFT液晶屏，比较符合未来的液晶产业趋势的发展方向，它能够显示我们所需要的多元化的内容。
同时，在处理简单的中英文和图像内容上，微控制器足以满足要求，刷新率在第一次刷屏时几乎没有延迟，它可以取得很好的成果，其硬件电路也比较简单，有好的精度，因此它有良好的应用前景。
第3章软件系统工作原理
3.1总体设计
课题设计软件组成部分主要有SSD1289芯片程序、按键处理子程序以及主程序和显示子程序。
主程序部分主要是对各个设备进行初始化，模块初始化就是对各项参数的初始设置，比如输入方式、数据接口位数、显示方式、光标的位置以及显示开关控制等。
软件系统流程图如下图3-1所示。
显示图片程序几乎是设计中难度最高代码最多的一个程序，其包括显示驱动芯片的初始化函数也说明了该怎样向液晶显示屏发送指定内容的函数，比如字母文字和图形等，接着进行按键处理，并调用显示要用到的函数，如果开始有按键被按下程序将快速执行相应的任务[8]。
图3-1系统流程图
要是想用一些其他复杂的图形，也能额外增加几个函数，别的地方要注意的就是，从芯片时钟数据和温度采集芯片得到的必须转换成ASCII码，要不然就不能识别索引过程[9]。
3.2软件实现功能
3.2.1中英文显示程序设计
voidxianshi（）//显示信息
{
//u16lx,ly;
BACK_COLOR=WHITE;
POINT_COLOR=RED;
showhanzi（30,0,0）;
showhanzi（65,0,1）;
showhanzi（110,0,2）;
showhanzi（145,0,3）;
LCD_ShowString（50,70,"hello,everyone!
"）;}
为了显示字符，ASCII字符点阵字库和区号安排文字点阵字库存储在外部芯片闪存ROM（形式点阵数据区域），并通过使用存储在闪存ROM（形成文本数据）程序中的字符编码。
按下按键使程序运行，我们需要的字符就会以点阵的形式出现在TFT液晶显示屏幕上。
程序实现：
利用汉字取模软件，得到相应汉字的十六进制数，改变font.c文件中的showhanzi（）里的十六进制数的排列顺序，在程序运行后，主函数main（）调用showimage（）在调用xianshi（）函数后，相应汉字的位置显示在液晶屏的上方。
如图4-1。
3.2.2图片显示程序设计
voidshowimage（）
{
inti,j,k;
LCD_Clear（WHITE）;//清屏
xianshi（）;//显示信息
for（k=3;k<4;k++）
{
for（j=0;j<1;j++）
{
Address_set（80*j,80*k,80*j+79,80*k+79）;
for（i=0;i<6400;i++）
{
LCD_WR_DATA8（image[i*2+1],image[i*2]）;//}
}
}
ref=0;
}
在图片取模软件Image2Lcd中编译我们需要的图片的十六进制数，程序运用for（）函数，设置图片在液晶屏中的个数、位置，然后发送到单片机中运行对屏幕的系统控制，运行时发送颜色数据为提高速度高8位低8位分别传递，按下按键，程序初始化，清屏，调用函数，即可得到我们所需其显示的图片。
如图4-1。
第4章软件测试
4.1调试环境
1.测试环境：
本系统硬件测试的实验器材主要包括STC12LE5A60S2单片机，TFT液晶显示屏、SSD1289控制芯片、串口线及USB数据传输线。
代码测试环境：
STC12LE5A60S2单片机，晶振33M，单片机工作电压3.3V。
2.软件环境：
主程序运行main.c软件程序运行源文件font.c、lcd.c、sys.c、touch.c，头文件font.h、lcd.h、sys.h、touch.h。
3.调试结果：
按键按下清屏，调试时显示驱动初始化，然后调用显示信息，中文、英文、图片的函数，写入单片机，程序运行，显示屏即会出现我们所需的信息。
4.注意事项：
（1）如果显示表面变得污染，表面上呼吸，轻轻地用柔软的干布擦拭它。
如果是严重污染，轻轻擦拭吸水棉或其他软性材料如麂皮浸泡在异丙醇或乙酒精。
不要用力擦以避免损坏显示表面。
（2）表面和接触终端由于灰尘污渍可能会损害偏振器件。
所以产品低温测试时必须接近室温[10]。
（3）不要用力触摸显示区域,以免留下痕迹。
（4）玻璃是脆弱的，使用时要防止其破裂。
图4-1功能图
4.2本章小结
本章在软件设计时，采用C语言编写程序，运用汉字、图形取模软件更改我们需要显示的汉字和图形信息，汉字字模选取的是32*32，图形取模选择的是240*240，显示汉字和英文字符和图形其实是将信息转化为文字和图形点阵液晶显示器可以显示的信息，完成了液晶显示系统基于单片机的软件设计，得到了我们所需要的信息，如图4-1。
千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。
“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。
结论
本文首先介绍TFT液晶显示屏对人们的生活的深刻影响及国内外发展史。
51单片机结合TFT液晶实现使我们需要的图片和中英文显示在屏幕上。
选用液晶可以更加显示灵活多彩的内容且比较符合以后的发展趋势。
在程序运行初始化刷屏同一时间反应速率很快可以取得良好的效果。
在对单片机工作原理及各个引脚功能有一些了解的情况下，充分利用其特性进行硬件电路设计，让微控制器为中心，MCU显示电路，连接到单片机及外围电路，并最终实现TFT液晶显示控制功能。
细致的叙述了系统硬件的工作原理并应用系统结构框图说明，重点描述了本系统所使用的硬件模块的功能和它们的工作所实现的功能，硬件电路上连接比较简洁精度也不错，所以拥有很好的应用前景和研发潜力。
课题设计主要实现对程序的主要模块实现过程的了解。
其主要思想是基于系统的硬件，硬件和软件结合，最终达到每个模块的功能。
在原理图设计时，TFT液晶显示屏模块使用了SSD1289芯片。
采用独立电源供电，增强了系统的抗干扰能力。
软件设计部分是基于C语言编程，通过多次调试终于达到了预期的功能。
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致谢
基于单片机的TFT液晶显示设计论文是在指导老师的悉心指导下完成的。
从设计的选题到方案的提出、论证及论文初步完成后的修改完善，都得到他细心的帮助。
指导老师渊博的学识、严谨的态度、务实的作风，使我受益匪浅。
在此，谨向我的导师表示最衷心的感谢。
感谢我的大学老师和同窗，老师们四年来为我们传道、授业、解惑，付出了极大的辛劳；同时，我要感谢我的母校——黑河学院，在我即将踏上工作岗位的同时给了我这样一个锻炼的机会，使我能够理论知识联系上实际问题，提高了我分析问题解决问题的能力，也提高了我对所学知识的综合应用能力。
我祝愿母校明天更加美好。
最后，我要向所有帮助过我的老师和同学表示感谢，正是得益于他们的帮助，才使我的毕业设计顺利完成，我衷心祝福你们！
附录
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