智能电子显示屏系统设计与实现Word文档下载推荐.docx

1、2.3.1液晶简介 错误!2.3.2液晶显示原理 错误!2.3.3液晶显示模块的基本构造 122.3.4 LCD显示的特点 132.3.6液晶控制器12864结构及其功能 错误!2.3.7液晶控制器12864的指令系统 错误!2.4仿真原理图 23第3章软件系统软计 错误!3.1 C编语言的特点 错误!3.2程序流程图 错误!3.3系统源程序 错误!第4章系统调试与扩展 错误!4硬件调试 错误!4.2软件调试 错误!4.3 MAX232接口 错误!4. 4单片机MAX232的典型接口电路 错误!结论 30致谢 31参考文献 错误!附录1软件程序 错误!附录2实物图 42附录3系统源程序图 错误

2、!第一章绪论1.1课题的研究背景单片机液晶显示系统主要是指单片机以及山单片机驱动的点阵式液晶显示 屏所组成的一个显示系统。它在车内广告、可视电话、仪表盘、空调、洗衣机和 其它低功耗电子产品中得到广泛应用。老式七段LCD显示的字符数量有限，只能 用于简单显示，而对于比较复杂的字符、图形无法表达。然而在现代工业控制和 一些智能化仪器仪表中，越来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字。随着科技的快速的发展，物探仪器的功能越来越多样化、智能化、并且普 遍采用人机对话的交互方式，需要能够显示更丰富信息和通用性较强的显示器， 便于开发和应用，并要求其体积小、重量轻、功耗小。图形点阵式LCD不仅可以 显示字

3、符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕画面滚 动、分区开窗口、反转、闪烁、位操作等功能，可以显示用户自定义的任意符号 以及曲线、图形等，是信息处理、信息输出的重要手段之一，具有广泛的应用前 景。1.2课题的研究目的和意义液晶显示器（LCD）具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其它显示器无 法相比的优点。近儿年来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。液晶显示器分为字符型LCD显示模块和点阵型LCD显示模块。字符型 LCD是一种用5X7点阵图形来显示字符的液晶显示器。点阵型液晶可显示用户 自定义的任意符号和图形，并可卷动显示，它作为便携式单片机系统人机交互

4、界 面的重要组成部分被广泛应用于实时检测和显示的仪器仪表中。支持汉字显示的 点阵型液晶在现代单片机应用系统中是一种十分常用的显示设备，汉字BP机、 手机上的显示屏就是点阵型LCDo点阵型LCD是现代单片机应用系统中最常用的 人机交互界面之一。1.3国内外相关研究情况液晶是一种介于固体和液体之间的特殊物质，它是一种有机化合物，常态 下呈液态，但是它的分子排列却和固体晶体一样非常规则，因此取名液晶，它的 另一个特殊性质在于，如果给液晶施加一个电场，会改变它的分子排列，这时如 果给它配合偏振光片，它就具有阻止光线通过的作用（在不施加电场时，光线可 以顺利透过），如果再配合彩色滤光片，改变加给液晶电压

5、大小，就能改变某一 颜色透光量的多少，也可以形象地说改变液晶两端的电压就能改变它的透光度。今天的液晶显示器中广泛采用的是定线状液晶，如果我们微观去看它，会发 现它特象棉花棒。与传统的CRT相比，LCD不但体积小，厚度薄，重量轻、耗能 少且无辐射，无闪烁并能直接与CMOS集成电路匹配。由于优点众多，LCD从1998 年开始进入台式机应用领域曲于液晶显示器有着许多传统CRT不可比拟的优点， 所以它会越来越多地用于桌面台式显示器上。液晶显示器是通过数字信号来显示影像的，和阴极射线管采用模拟信号不太 相同，不过为了符合市场要求，U前液晶显示器的信号种类是模拟与数字两种均 有。目前一些供应商正在制定PC

6、机与LCD之间的专用标准接口，其目的是提供 在主流机型已存在的端口上直接兼容数字信号，不过LI前的显卡很少有支持数字 传输界面的，而且数字界面的管脚也尚未统一，这是近期内要解决的问题之一。 此外，液晶显示器的色彩调校。一直不尽如人意，这是因为LCD的色彩调校要考 虑到环境光源和液晶显示器的属性，再加上液晶显示器的可视角度狭窄，要同时 调整出一个最佳的观看角度和色彩正确性就非常不容易。U前市面上还没有专为 桌面型液晶显示器所设讣的色彩调校软件，不过相信未来，将会有更多的厂商重 视液晶显示器的色彩调校。1.4显示系统的性能指标主要技术指标：单片机及接口芯片工作电压：+5V5%LCD显示电路匚作电压

7、：5% 单片机选型：STC89C52单片机 软件开发环境：Keiluvision4 硬件仿真系统：ProteusLCD显示：12864LCD驱动与显示电路通信电路：MAX232数据接口电路 显示方式：动态扫描显示 主要功能：汉字及各种图形符号显示第二章系统硬件设计2.1液晶显示系统的硬件设计原理图本电路的实现主要III六部分组成，核心器件是STC89C52单片机,12864液晶 显示电路、时钟振荡电路、复位电路、整机电源电路等。硬件电路基本框图如下 图所示。RSR八VECS1/CS22. 2单片机2. 2. 1单片机简介与发展趋势单片机乂称单片微控制器，它是是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

8、单 片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机, 和计算机相比，单片机只缺少了 I/O设备。它内部也用和电脑功能类似的模块， 比如CPU,内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，但是这些部件 性能都相对传统PC机弱很多。它最早是被用在工业控制领域。山于单片机在工 业控制领域的广泛应用，单片机山芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最 早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使讣算机系统 更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。随着微电子技术的快速发展，由于单片机性能大幅提高而功耗却大大降低， 嵌入式系统（System on C

9、hip）已经成为单片机的主要发展方向。嵌入式系统向 MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决，因此， 专用单片机的发展自然形成了向嵌入式系统发展的趋势。随着微电子技术、IC 设计、EDA工具的发展，基于嵌入式系统的单片机应用系统设计会有较大的发 展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应 用系统。2.2. 2单片机单片机的选择方案与型号确定方案一：选择AT89C51单片机性能特点：完全兼容MCS-51系列单片机产品，4k字节可编程闪速存储器， 具有1000写/擦循环功能，数据可保留十年。允许128字节内部RAM, 32个可 编程I/O 口线，两

10、个16位定时/计数器，一个5向量中断源，两个优先级，一个 全双工UATR串行通信接口，片内设置有振荡器和时钟电路。同时，能够静态 工作在024HZ范围，三级程序存储器锁定，并支持低功耗的闲置和掉电模式。 空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM,定时/计数器，串行通信口及中断系 统继续工作。方案二：选择STC89C52单片机完全兼容51系列单片机，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用经典的 MCS-51内核，但功能乂完全超越51单片机。同时拥有API在线编程功能具有 8k字节Flash, 512字节RAM, 32位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM, MAX810复位电路

11、，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一 个7向量4级中断结构，全双工串行口。可降至0Hz静态逻辑操作，支持2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计 数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻 结，单片机工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MH乙 6T/12T可选。其中最主要的特点是ISP （在系统可编程）/IAP （在应用可编程）， 无需专用编程器，应用和测试更为便捷。由以上对比可以看出STC89C52在运行速度和内存容量方面比AT89C51 优越很多，其中最主要的特点是ISP （在系统可编程）/IAP

12、（在应用可编程）， 无需专用编程器，无需专用仿真器，下载速度非常快，在线调试也非常方便， 在这一点上，就胜出了其他同类的单片机。2.2.3单片机的各个功能引脚简介STC89C52单片机芯片为40个引脚，CMOS工艺制造的芯片采用双列直插 （DIP）方式封装，其引脚示意图如图2-3所示。STC89C52为40个引脚中有引 脚、时钟引脚、控制引脚以及I/O 口引脚。下面结合图2-1来介绍各引脚的功。图21 STC89C52RC单片机引脚图1电源引脚（1）电源（40 脚）:+5V；（2）接地端（20脚）：接地。2时钟引脚XTAL1 （19）:反向振荡器放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2

13、 （18）:来自反向振荡器的输出。两个时钟引脚XTAL1、XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构成了一个振荡 器，它为单片机提供了时钟控制信号。2个时钟引脚也可外接独立的晶体振荡器。XTAL1 （19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大 器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。XTAL2 （18脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反 相放大器的输出端。3 10 口引脚P0 口： PO 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。当 P1 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。PO能够用于外部程序数据存储 器，它可以被定义为数据/地址

14、的笫八位。在FIASH编程时，PO 口作为原码输 入口，当FIASH进行校验时，PO输出原码，此时PO外部必须被拉高。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接 收输出4TTL |1电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输岀电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出4个TTL门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作 为输入。并因此作为输入时，P2 口的管

15、脚被外部拉低，将输出电流。这是由于 内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行 存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当 对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输岀4个TTL 门电流。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入, 由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 除了以上的引脚功能外P3 口还具有引脚

16、第二功能：P3. 0 RXD （串行输入口）P3. 1 TXD （串行输出口）P3. 2 /INTO （外部中断0）P3. 3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （记时器0外部输入）P3.5 T1 （记时器1外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）4控制线引脚RST （9）:复位信号输入引脚。当振荡器复位时，要保持RST引脚2个机器 周期的高电平时间。ALE/PROG （30）:地址锁存允许信号输岀引脚编程脉冲输入引脚。当单片机 正常工作后,ALE引脚不断输出正脉冲 信号.当单片机访问外部存储器时,ALE输 出信号的负跳沿用作单片机

17、发出的8位地址（经外部锁存器锁存）的锁存控制信 号.即使不访问外部存储器，ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率为时钟振荡器频 率的1/6。每当访问外部数据存储器时（即执行的是MOVX指令），在两个机器 周期中ALE只出现一次，即丢失一个ALE脉冲。因此，严格来说，用户不宜用 ALE作精确的时钟源或定时信号。PSEN （29）:外部程序存储器的选通信号输出引脚，低电平有效。在单片机 访问外部程序存储器时，此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信 号。此脚接外部程序存储器的0E （输出允许端）。取指期间，每个机器周期两 次再丽有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器时， 这

18、两次有效的PSEN信号将不出现。EA/VPP （31）:内外存储器选择引脚/编程电压输入引脚。当EA保持高电 平时，当EA脚为高电平时，单片机访问片内程序存储器，但在PC超过OFFFH （4Kbyte地址范围）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。2.2.4单片机的时钟电路单片机的时钟信号通常山两种方式产生，一种是内部时钟方式；一种是外部 时钟方式，采用内部时钟方式时，如图2-2（a）所示。片内的高增益反相放大器 通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的片外晶体振荡器与电容组成的并联谐振 回路构成一个自激振荡器，向内部时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率主要取 决于晶体的振荡频率，一般晶

19、体可在1. 212MHz之间任选，电容Cl、C2可在5 30pF之间选择，电容的大小对振荡频率有微小的影响，可起频率微调作用。采用外部时钟方式时，如图（b）所示。外部振荡信号通过XTAL1端直接接 至内部时钟电路，此时XTAL2引脚应悬空，相当于高电平。（d）内部时钟信号 （b）外部时钟信号2-2单片机时钟参考电路本电路选用的是内部振荡器方式，如图2-4（a）所示。选用内部振荡器比选 用外部时钟电路简单并且易于实现。最重要的是此电路易于调试，而且精度高。 .2.5单片机的复位电路复位电路可分为上电复位和外部复位两种方式。电路如下图所示。（a）上电复位 （b）上电与手动复位2-3单片机复位参考电

20、路通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。复 位分为上电复位和外部复位两种方式。上电复位是在单片机接通电源时，对单片机的复位电路由电容串联电阻构 成，由图并结合电容电压不能突变的性质，可以知道，当系统一上电，RST脚 将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51 单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合RC的 取值就可以保证可靠的复位。复位电路的阻容参数通常由实验调整。图（a） 参考电路中，电路参数C取22uF, R取1KQ,可在RST/VPD端提供足够的高电平脉 冲，使单片机能够可靠地上电自动复位。图（b）为既

21、可进行上电自动复位，也可外部手动复位的电路示意图，R1可 取200 Q左右。当需要外部复位时，按下复位按钮即可达到复位目的。本电路采用的是按键电平复位电路，复位电路比上电复位电路在应用上更 加直观、方便、易于实现及切换。2.3液晶显示模块2.3.1液晶简介液晶是物质的一种特殊状态。它从宏观上看，既具有液体的流动性，乂具有 晶体的物理和光学向异性。从微观上观察，液晶的分子一般都是刚性的棒状分子。 液晶的物理性质具有各向相异性，正是山于存在着各向异性，所以在定温度区域 内，呈液晶态时，分子之间的作用是使其分子呈现有序排列。目前，广泛用于显 示器件上的液晶叫列相。其分子呈长棒状，平时，是沿棒状长轴方

22、向有序排列的, 当它与固体表面接触时，会沿与固体表面状态最低自由能状态排列。液晶是一种很有价值，应用广泛的物质形态。显示器件是液晶发展应用最快 的一个领域。液晶山于稍微受外界环境影响分子排列就会改变，因而是一种具有 很多奇异性能的功能材料。液晶作为显示器件时，方式很多。最常见的液晶显示器件（LCD）属于扭曲 相列型（TN）。此外，还有不用偏振片，具有存储效应的相变型（PC）;有电流效 应的动态散射型（DS）；有加入染料的宾主彩色型（GH）;有彩色偏振片型（STN）； 有可以作为液晶电视的有源矩阵型（TFT）;还有正在开发的后起之秀铁电型（FE） 及MLC、LCOS等等。2.3.3液晶显示原理液

23、晶显示模块是一种被动式显示模块，由于它的功耗极低，显示信息量大， 易于色彩化，无辐射无污染，寿命长，因而在低功耗的单片系统中大量的使用。液晶显示器件的显像原理，是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间 电场的驱动，引起液晶分子扭曲向列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功能， 在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色 影像。在两片玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会沿着沟槽配向，山于玻璃基板 配向膜沟槽偏离90度，所以液晶分子成为扭转型，当玻璃基板没有加入电场时, 光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转，通过下方偏光板，液晶面板显示口色； 当玻璃基板加入电场时，液晶分子产生

24、配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原 方向，被下方偏光板遮蔽，光线被吸收无法透出，液晶面板显示黑色液晶显示器 便是根据此电压有无，使面板达到显示效果。2.3.4 LCD显示模块的基本构造液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背 光源、结构件装配在一起的组件。英文名称叫“LCD Module,简称“LCM” , 中文一般称为“液晶显示模块”。其中在市场上常见的为数字显示模块和点阵型模块。数显模块一种山段型液 晶显示器件与CPU专用的集成电路组装成一体的功能部件，只能显示数字和一些 标识符号。这类液晶显示器件大多应用在便携、袖珍设备上。山于这些设备体积 小，所以尽可能不

25、将显示部分设计成单独的部件，即使一些应用领域需要单独的 显示组件，那么也应该使其除具有显示功能外，还应具有一些信息接收、处理、 存储传递等功能，由于它们具有某种通用的、特定的功能而受市场的欢迎。点阵型液晶显示器件是山专用的行、列驱动器、控制器及必要的连接件、结 构件装配而成的，其特点是点阵像素连续排列，行和列在排布中均没有空隔。因 此可以显示了连续、完整的图形，也可显示数字和西文字符。这种点阵型模块有 的本身具有字符发生器，显示容量大，功能丰富。LCM的内部结构大致可分为：LCD控制器、LCD驱动器、LCD显示装置三个部 分其主要基本结构框图如下图所示：vo-*-RS-*R/Wf2-41CD显

26、示模块内部结构框图液晶显示器件是一种具有较高技术的电子元器件，已在各个领域广泛应用, 但对很多人来说，使用、装配时仍感到困难。特别是点阵型液晶显示器件，使用 者会觉得功能复杂，无从下手。特殊的连接方式和所需的专用设备也非人人了解 和具备，故此液晶显示器件的用户希将液晶显示器件与控制、驱动集成电路装在 一起，形成一个功能部件，用户只需用传统工艺即可将其装配成一个整机系统。 因此液晶显示器已经形成一个模块化显示，给用户带组装和应用来巨大便利。23.5 LCD显示的特点液晶显示器件的优点：1、 低功耗，可使用干电池长时间驱动、节能。2、 工作电压低（10V以下）。直接用IC驱动，驱动电路小型化，简单化。3、 器件薄型、显示面积可以从数平方毫米到数十平方毫米。特别适应于 轻便型装置。4、 LCD是受光型显示器件，即使在明亮的场所也能显示清晰。5、 便于彩色化，可以扩大显示功能和实现多样化显示。6、 能投影放大显示，容易实现大画面显示。