基于单片机的彩屏控制毕业论文文档格式.docx

1、ABSTRACT This Colorized Screen Control System with single chip microcomputer （ATmega128L） as the core, is composed of a control part, display part （320 * 240TFT ）. The system most of the functions achieved by hardware, the circuit is simple, the stability of the system is very high.This colorized sc

2、reen control system can conveniently realize the picture display, animation and other functions, and through the connected with the single chip microcomputer keyboard can be achieved on the screen to screen operation, also can be connected to the corresponding peripheral circuit, make its produce bi

3、gger effect. This paper describes the system hardware working principle, together with the system block diagram to illustrate the structure, emphatically introduces the application of the system the hardware function and its working process; secondly, the procedures described in detail the various m

4、odules and the realization process. This system main design idea is on the base of hardware, software and hardware integration, and ultimately to achieve the functions of each module.Key Words: SCM; Temperature collection; Hardware module 目 录1引 言 42 方案论证 22.1 功能与设计要求 22.2 方案论证 22.2.1 TFT屏幕的选择 22.2.2

5、 控制芯片的选择 33 彩屏控制系统的硬件设计 43.1 ATmega128单片机简介 43.11端口功能简介 53.12外设特点 73.13特殊功能寄存器特点 83.14扩展的Standby 模式 83.2 硬件系统框架 84 主控模块电路设计 94.1 ATmega128最小电路 94.2 带SD卡的TFT屏幕使用方法 115 电源电路的设计 136 软件系统设计 146.1 软件系统中的主模块设计 14总 结 28参考文献 29致 谢 301引 言 进入新千年，作为信息产业的重要构成部分显示器件正在加速推进其平板化的进程。目前，世界已进入“信息革命”时代，显示技术及显示器件在信息技术的发

6、展过程中占据了十分重要的地位，电视、电脑、移动电话、BP机、PDA等可携式设备以及各类仪器仪表上的显示屏为人们的日常生活和工作提供着大量的信息。没有显示器，就不会有当今迅猛发展的信息技术。显示器集电子、通信和信息处理技术于一体，被认为是电子工业在20世纪微电子、计算机之后的又一重大发展机会。科学技术的发展日新月异，显示技术也在发生一场革命，特别是自90年代以来，随着技术的突破及市场需求的急剧增长，使得以液晶显示（LCD）为代表的平板显示（FPD）技术迅速崛起。据Stanford公司预测，FPD市场规模正在以年增长率16.2%的速度发展着，到2000年FPD和CRT的产业都达到300亿美元，CR

7、T平均年增长率不足6.3%，远低于FED的平均增长率，且FPD增长率仍在继续提高，CRT在继续下降，替代趋势十分明朗，可以说平板显示将成为21世纪显示技术的主流，其产业和市场在不断扩增之中 经过二十多年的研究、竞争、发展，平板显示器已进入角色，成为新世纪显示器的主流产品，目前竞争最激烈的平板显示器有四个品种：1场致发射平板显示器（FED） 2等离子体平板显示器（PDP）3有机薄膜电致发光器（OLED） 4薄膜晶体管液晶平板显示器（TFT-LCD） 2 方案论证2.1 功能与设计要求这套TFT屏幕控制系统可以方便地实现图片与文字的显示等功能，并通过单片机连接调节亮度等，还可以连接相应的外围电路，

8、实现多种功能。1、单片机控制。对TFT屏幕控制而言，最基本的功能是实现单个汉字的显示。复杂一点的是对图片进行处理。2、屏幕控制。要求，基本控制屏幕，让其显示指定汉字或代码，并控制调节亮度等。3、采用7805系列芯片对电源进行控制，对电源要求，无强干扰波，没有电压突变等。2.2 方案论证2.2.1 TFT屏幕的选择TFT屏幕 TFT（Thin Film Transistor）即薄膜场效应晶体管，属于有源矩阵液晶显示器中的一种。它可以“主动地”对屏幕上的各个独立的像素进行控制，这样可以大大提高反应时间。一般TFT的反应时间比较快，约80毫秒，而且可视角度大，一般可达到130度左右，主要运用在高端产

9、品。所谓薄膜场效应晶体管，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。TFT属于有源矩阵液晶显示器，在技术上采用了“主动式矩阵”的方式来驱动，方法是利用薄膜技术所作成的电晶体电极，利用扫描的方法“主动拉”控制任意一个显示点的开与关，光源照射时先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子传导光线，通过遮光和透光来达到显示的目的。 TFT-LCD液晶显示屏是薄膜晶体管型液晶显示屏，也就是“真彩”（TFT）。TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制，不仅提高了显

10、示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶，所以TFT液晶的色彩更真。TFT液晶显示屏的特点是亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳，但也存在着比较耗电和成本较高的不足。TFT液晶技术加快了手机彩屏的发展。新一代的彩屏手机中很多都支持65536色显示，有的甚至支持16万色显示，这时TFT的高对比度，色彩丰富的优势就非常重要了。 TFT型的液晶显示器主要的构成包括：萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。 TFT的亮度好，对比度高，层次感强，颜色鲜艳。缺点是比较耗电，成本较高。 2.2.2 控制芯片的选择 AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机，即采用局部寄存

11、器存堆（32个寄存器文件）和单体高速输入/输出的方案（即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑）。提高了指令执行速度（1Mips/MHz），克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的EEProm可长期保存关键数据，避免断电丢失。片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序，并可像MCS-

12、51单片机那样扩展外部 RAM。AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得I/O口资源灵活、功能强大、可充分利用。AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供UART、I2C、SPI使用。其中与8/16位定时器配合的具有多达10 位的预分频器，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。AVR单片机独有的“以定时器/计数器（单）双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法（即脉宽调制输出PWM）”更是令人耳目一新。增强性的高速同/异步串口，

13、具有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能，提高了通信的可靠性，方便程序编写，更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂应用，串口功能大大超过MCS-51/96单片机的串口，加之AVR单片机高速，中断服务时间短，故可实现高波特率通讯。面向字节的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI与I2C接口兼容，具备ACK信号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能，能实现主/从机的收/发全部4种组合的多机通信。SPI支持主/从机等4种组合的多机通信。AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源（自动上下电复位

14、、外部复位、看门狗复位、BOD复位），可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。AVR单片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-1.8V），抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。AVR单片机技术体现了单片机集多种器件（包括FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等和多种功能增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/O端口。3 彩屏控制系统的硬件设计3.1 ATmega128单片机

15、简介ATmega128高性能、低功耗的 AVR 8 位微处理器,它拥有133 条指令 大多数可以在一个时钟周期内完成32 x 8 通用工作寄存器 + 外设控制寄存器全静态工作，工作于16 MHz时性能高达16 MIPS只需两个时钟周期的硬件乘法器。非易失性的程序和数据存储器,128K 字节的系统内可编程Flash寿命: 10,000 次写/ 擦除周期;具有独立锁定位、可选择的启动代码区通过片内的启动程序实现系统内编程真正的读- 修改- 写操作;4K字节的EEPROM寿命: 100,000 次写/ 擦除周期,4K 字节的内部SRAM,多达64K 字节的优化的外部存储器空间可以对锁定位进行编程以实

16、现软件加密可以通过ISP实现系统内编程.JTAG 接口（ 与IEEE 1149.1 标准兼容）遵循JTAG 标准的边界扫描功能;支持扩展的片内调试;通过JTAG 接口实现对Flash, EEPROM, 熔丝位和锁定位的编程。3.11端口功能简介引脚名称引脚功能说明VCC数字电路的电源。GND地。端口A（PA7.PA0）端口A 为8 位双向I/O 口，并具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动 特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电 路拉低时将输出电流。复位发生时端口A 为三态。端口A 也可以用做其他不同的特殊功能，请参见P 68。端口B（PB

17、7.PB0）端口B 为8 位双向I/O 口，并具有可编程的内部上拉电阻。复位发生时端口B 为三态。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能，请参见P 69。端口C（PC7.PC0）端口C 为8 位双向I/O 口，并具有可编程的内部上拉电阻。复位发生时端口C 为三态。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能，请参见 P 72。在ATmega103 兼容模式下，端 口C 只能作为输出，而且在复位发生时不是三态。端口D（PD7.PD0）端口D 为8 位双向I/O 口，并具有可编程的内部上拉电阻。复位发生时端口D 为三态。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能，请参见P 73。端口E（PE7.PE0）端口E 为

18、8 位双向I/O 口，并具有可编程的内部上拉电阻。复位发生时端口E 为三态。端口E 也可以用做其他不同的特殊功能，请参见P 75。端口F（PF7.PF0）端口 F 为ADC 的模拟输入引脚。如果不作为ADC 的模拟输入，端口 F 可以作为8 位双向I/O 口，并具有可编程的内部上 拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时， 若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。复位发生时端口 F 为三态。 如果使能了JTAG 接口，则复位发生时引脚PF7（TDI）、PF5（TMS） 和PF4（TCK） 的上拉 电阻使能。端口 F 也可以作为JTAG 接口。在

19、ATmega103 兼容模式下，端口F 只能作为输入引脚。端口G（PG4.PG0）端口G 为5 位双向I/O 口，并具有可编程的内部上拉电阻。复位发生时端口G 为三态。端口G 也可以用做其他不同的特殊功能。在ATmega103 兼容模式下，端口G 只能作为外部存储器的所存信号以及32 kHz 振荡器 的输入，并且在复位时这些引脚初始化为PG0 = 1， PG1 = 1 以及PG2 = 0。PG3 和 PG4 是振荡器引脚。RESET复位输入引脚。超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间在P 47Table 19 说明。低于此时间的脉冲不能保证可靠复位。XTAL1反向振荡器放大器及片内时

20、钟操作电路的输入。XTAL2反向振荡器放大器的输出。AVCCAVCC为端口F以及ADC转换器的电源，需要与VCC相连接，即使没有使用ADC也应该如此。使用ADC 时应该通过一个低通滤波器与VCC 连接。AREFAREF 为ADC 的模拟基准输入引脚。PENPEN是SPI串行下载的使能引脚。在上电复位时保持PEN为低电平将使器件进入SPI串行下载模式。在正常工作过程中PEN 引脚没有其他功能。3.12外设特点 两个具有独立的预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器 两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器 具有独立预分频器的实时时钟计数器 两路8 位PWM 6路分辨率可

21、编程（2 到16 位）的PWM 输出比较调制器 8路10 位ADC 8 个单端通道 7 个差分通道 -2 个具有可编程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道 面向字节的两线接口 两个可编程的串行USART 可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 片内模拟比较器3.13特殊功能寄存器特点 上电复位以及可编程的掉电检测 片内经过标定的RC 振荡器 片内/ 片外中断源 6种睡眠模式: 空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby 模式3.14扩展的Standby 模式 可以通过软件进行选择的时钟频率 通过熔丝位可以选择ATme

22、ga103 兼容模式 全局上拉禁止功能3.2 硬件系统框架本彩屏控制系统包括TFT彩屏部分及MCU部分，键盘部分以及电源等部分组成。彩屏控制的系统框架如图4-1 所示。在系统中，除了按键电路以外，还有显示电路等。图4-1 系统框架图4 主控模块电路设计彩屏系统的主控电路主要涉及单片机的最小电路、复位电路和电源控制电路组成。4.1 ATmega128最小电路ATmega128的时钟电路是采用的是设置熔丝位启用内部晶振。下图为ATmega128的最小系统。其中包括复位电路以及仿真口电路等。下图为总电路图：4.2 带SD卡的TFT屏幕使用方法2.4 寸彩屏分辨率 320x240，样例程序使用 16b

23、it 表示一个点颜色，格式 565。320x240x2=153600 字节，即 150K，所以如果完整写一幅图片，需要 150KROM 容量，显然51 系列单片机是不够的（最大内部 ROM 64K），所以需要 SD 存储图片。程序样例中使用简单的读 SD 方式，由于 51 系列单片机速度较低，所以显示图片需要较长时间，程序中做简易处理，只做基础功能。 SD 卡使用如下，2G 以下 SD 卡，格式化成 FAT16 格式。然后把需要显示的图片，大小 320x240像素，bmp 格式，通过转换软件处理成 bin 格式，并通过读卡器存储到 SD 卡，处理软件使用 Image2LCD 软件。SD 卡中不

24、含有任何其他文件，之前必须先格式化 SD 卡。存储到 SD 卡截图如下：我们用 winhex 软件查看，能得到如下图信息如上图，点击“车 1.bin”文件，可以看到右端第 1 扇区地址是 520，这个是数据区最小的地址，我们把图片依次存放，读图片也是从这个图片开始，然后看左下角圈起来的 2 个数字，一个是物理扇区编号，一个是逻辑扇区编号，配套的程序中由于没有使用完整的 FAT 格式（可以自行研究），所以这里我们选择物理编号 769，那么对应的地址就是 769x512=393728，这个是 1G 卡FAT16 格式化后的初始数据，2G 以下不同容量的的初始地址不同，请使用 winhex 软件查看

25、对应的物理扇区编号，并计算出对应的地址，然后在样例程序中更改。5 电源电路的设计本系统中+5v电压，采用最简单的7805标准+5V电源作为单片机以及彩屏的供电系统。下图为7805的典型电路图4-8 电源电路图还应当说明的是，尽管有很多型号的78系列三端稳压集成芯片，其标称最大输出电流均为1.5A，但在实际应用中，该最大输出电流值往往取决于两个方面：第一，足够的散热面积；第二，不同的生产厂家。按照很多开发者的经验，ST公司的78系列三端稳压芯片能接近标称值。另外电源设计中，必须保证、7809、7812等的输入电压Vi和输出电压Vo的压差大于2.5V，即ViVo2.5V，否则失去稳压能力，同时考虑

26、到功耗问题，此压差又不宜太，太大则增加功率消耗，增加芯片的温升，不利于安全。6 软件系统设计单片机程序采用模块化程序设计，主要模块包括：数据采集模块、数据处理和监控模块。模块化设计的优点是可靠性高、可读性好、升级简单。主循环和中断服务程序之间的数据交换可通过事件标志和数据缓冲实现。中断引发中断请求，中断服务程序根据中断请求类型操作，设置事件和填充数据缓冲区再传输给主循环。本系统软件设计的重点在于温度信号的运算处理、显示及按键的处理等方面。6.1 软件系统中的主模块设计主模块是系统软件的主框架。结构化程序设计一般有“自上而下”和“自下而上”两种方式，“自上而下”法的核心是主框架的构建。它的合理与

27、否关系到程序最终功能的多少和性能的好坏。本系统的主模块的程序框图可用下图来表示。其具体代码实现以下分别讨论。主模块流程如图5-1所示 图5-1 流程图程序附1#include TFT_Driver.hDefine.hvoid InitIO_TFT（void） DDRA |= 0xFF; DDRC |= 0xF0; _delay_ms（1）;/void Config_TFT（void）/ TFT_CS; TFT_read_1; /- 设置液晶屏为四级亮度 - Write_CMD（0x06）; Write_TFT_Data（0x04）;void Write_CMD（unsigned char CMD） PORTC &= 0xCF; PORTC |= 0x10; TFT_write_1; TFT_bus = CMD; TFT_write_0;void Local_TFT_XY（int X, int Y） TFT_bus = （unsigned char）X; TFT_bus = （unsigned char）（X8）; PORTC |= 0x20; TFT_bus = （unsigned char）Y; TFT_bus = （unsigned char）（Y