LCD液晶显示器控制原理.docx

1、LCD液晶显示器控制原理摘 要LCD液晶显示已经是人机界面的关键技术。本文对基于单片机的LCM液晶显示模块控制系统进行了研究。首先在绪论中介绍了本课题的课题背景、研究意义及完成的功能。本系统是以单片机C语言来进行软件设计，指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。正文中首先简单描述系统硬件工作原理，且附以系统硬件设计框图，并介绍了单片机微处理器的发展史，论述了本次毕业设计所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程, 并具体描述了STC89C52、SMC1602A及MAX232外接电路接

2、口的软、硬件调试。其次阐述了程序的流程和实现过程。本文撰写的主导思想是软、硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。最后对我所开发的用单片机实现LCD液晶显示器控制原理的设计思想和软、硬件调试作了详细的论述。关键词 单片机；STC89C52；SMC1602A；MAX232AbstractThe LCD manifestation has been the key technique of the man-machine interface. This text to basic proceeded the research in Micro Controller Unit liquid

3、 crystal display module control system.Introduced the lesson a background of this lesson and study meaning and finished functions in introduction first.This system edits C materials the language to proceed with the assembly language of a machine the software designs, the instruction carries out the

4、speed quick, save memory. For the sake of easy to expand with the design adoption mold a logic for turning construction, making procedure designing relation that change, software more shorter and more easier to understand. Make hardware control in software descended to moderate the operation.The tex

5、t inside describes the system hardware work principle in brief first, and attach with the system hardware design frame diagram, combine development history that introduced the single a machine microprocessor, discuss this graduate design a function for applied each hardware connecting a people the t

6、echnique connects with each one a mold piece and work processes, combine to describe in a specific waySTC89C52,SMC1602A and the MAX232 circumscribes the electric circuit connects oscular and soft, the hardware adjusts to try. Expatiated the process of the procedure the next in order with realizes pr

7、ocess. The predominance thought that this text compose is soft, the hardware combines together, regarding hardware as the foundation, proceed the plait of each function mold piece write.Develop to me finally of use the single a machine realizes the design thought that the liquid crystal display of L

8、CD control principle with soft, the hardware adjusted to try to make the detailed treatise.Keywords Micro Controller Unit STC89C52 SMC1602A MAX232目 录摘 要 IAbstract II第1章 绪论 11.1 立题背景 11.2 目的和意义 11.3 主要技术指标 2第2章 系统硬件设计 32.1 硬件设计框图 32.2 单片机 42.2.1 单片机模块方案的比较与确定 42.2.2 单片机简介 42.2.3 单片机的引脚 52.2.4 单片机的时钟电

9、路 92.2.5 单片机的复位电路 102.2.6 STC89系列单片机命名规则 112.3 液晶显示模块 122.3.1 液晶显示器LCD 122.3.2 液晶显示模块LCM 122.3.3 点阵字符液晶模块的特点 152.3.4 点阵字符液晶模块（LCM）内部结构 152.3.5 字符液晶显示模块SMC1602A 162.4 电源电路 212.5整机原理图 23第3章 软件系统软计 243.1 C编语言的特点 243.2 程序流程图 25第4章 系统调试与扩展 274.1硬件调试 274.2软件调试 274.3 MAX232接口 274.4单片机MAX232的典型接口电路 29结 论 30

10、致 谢 31参考文献 32附录1 RS-232C接口标准详解 33附录2 The RS-232C 36附录3 液晶显示模块SMC1602A字库 40附录4 软件程序 41附录5 整机原理图 45第1章 绪论1.1 立题背景 随着科学技术的发展，社会不断的进步，人们对公共传媒质量的要求越来越高。近几年来LCD液晶显示器正走进我们的生活。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表、液晶彩电、MP3、MP4、手机产品和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。近年来随着单片机技术的不断发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异地更新。在实时检测和

11、自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件使用，根据具体硬件结构以及具体应用对象的特点，与软件相结合，加以完善。其控制系统已能够取代复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，单片机以软件编程来实现电子线路的外围控制，并能够实现智能化。单片机具有集成度高、处理功能强、可靠性高、性能稳定等优点，在工业控制、智能仪器仪表、办公自动化、家用电器等诸多领域得到广泛的普及和应用。1.2 目的和意义LCD液晶显示已经是人机界面的关键技术。本文对基于单片机的LCM液晶显示模块控制系统进行了研究。首先在绪论中介绍了本课题的课题背景、研究意义及完成的功能。本系统是以单片机C语言来进行软件设计，指令的执行

12、速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。正文中首先简单描述系统硬件工作原理，且附以系统硬件设计框图，并介绍了单片机微处理器的发展史，论述了本次毕业设计所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程, 并具体描述了STC89C52、SMC1602A液晶显示及MAX232外接电路接口的软、硬件调试。其次阐述了程序的流程和实现过程。本文撰写的主导思想是软、硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。最后对我所开发的用单片机实现LCD液晶显示器控制原理的设计思想和软、硬件调试作了详细的论述。1.3

13、主要技术指标主要功能：能用单片机控制液晶显示，可用于广告标语等应用场合。量化的技术指标是：1、利用字符型液晶显示；2、显示方式能够整屏进行左移右移；3、显示“Good Good Study Day Day Up!”本章小结本章节主要介绍了162字符型液晶显示电路的课题背景、方案设计以及本文主要研究内容。在数字电路和单片机之间采用单片机实现液晶显示。第2章 系统硬件设计 2.1 硬件设计框图 本电路的实现主要由六部分组成，核心器件是单片机，还有驱动电路、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图2-1所示。 图2-1 硬件电路基本框图（1）单片机:单片机是整个系统

14、的控制核心，用来驱动液晶。采用的是 宏晶科技的STC89系列单片机STC89C52，对液晶显示电路起中央处理及外围控制作用。（2）驱动电路:此电路是采用HD44780驱动芯片。HD44780具有简单而功能强的指令集，可实现字符移动、闪烁等功能，与MCU之间的数据传输可采用8位并行传输。主要作用是驱动液晶屏显示。（3）液晶显示电路:本电路采用液晶显示模块SMC1602A。字符型液晶模块SMC1602A是一种57点阵字母、数字、符号等液晶显示器，能显示2行字符,每行16个,共32个字符。（4）时钟振荡电路:为单片机各种微操作提供时间基准。采用内部时钟方式，振荡频率采用12MHz石英晶体振荡器。（5

15、）复位电路:是单片机的片内电路初始化，是单片机从一种确定的状态开始运行。采用按键上电复位和按键复位电路。 （6）整机电源:采用3A整流桥和7805集成三端稳压器组成稳压电源。向整机各个模块提供稳定直流电源，保证各个模块稳定工作。2.2 单片机2.2.1 单片机模块方案的比较与确定单片机是整个系统的核心，单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点。单片机基本系统以MCS-51为核心型号的选择有两种方案：方案一：AT89S52特点：与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz33MHz、三级加密程序存储器、

16、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符 。方案二：STC89C52RC特点：完全兼容ATMEL公司的51单片机，除了和AT89S52相同的内部资源外，它内部还具有1280字节的SRAM、8K字节的Flash程序存储器2-8K字节的ISP引导码、片内自带EEPROM、看门狗、双数据指针等。内部Flash擦写次数为10万次以上、最高时钟频率：80MHz、超低功耗、超强搞干扰、高可靠、超低价。STC单片机出厂时就已经完全加密，无法解密，采用ISP/IAP机制写入程序，用户可直接

17、通过串口对单片机编程，调试方便。通过对两种单片机的多方面比较，决定选用STC89C52RC型号的单片机，因为STC单片机下载程序非常快速方便，只通过一个串口，在几秒钟的时间就能完成程序的烧写，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。2.2.2 单片机简介STC89C52系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。单片机特点：1.增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期。2.工作电压：5.5V3.4V(5V单片机)/3.8V2.0V(3V单片机)。3.工作频率范围:040MH

18、Z,相当于普通8051的080MHZ .实际工作频率可达到48MHZ。4.用户应用程序空间：4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字节。5.片上集成1280字节/512字节RAM。6.通用I/O口（32/36个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉 （普通8051 传统I/O口）P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器/仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片。8.EEPROM 功能。9.看门狗。10.内部集成MA

19、X810专用复位电路，外部晶体20M以下时，可省外部复位电路。11.共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。12.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。13.通用异步串口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。14.工作温度范围：075/-40+85。15.封装：PDIP-40,PDIP-44.PQFP-44。2.2.3 单片机的引脚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个引脚中有电源引脚

20、、时钟引脚、控制引脚以及I/O口引脚。下面结合图2-3来介绍各引脚的功能。图2-2 STC89C51单片机引脚示意图1、电源引脚电源引脚接入单片机的工作电源（1）Vcc（40脚）:接+5V电源正端；（2）Vss（20脚）:接地端。2、时钟引脚 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。（1）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。（2）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

21、输出端。来自反向振荡器的输出。3、控制引脚此类引脚提供控制信号，功能如下。（1）RST/VPD（9脚） RST即为RESET，是复位信号输入端，高电平有效。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平时，就可完成复位操作，使单片机回复到初始状态。在单片机正常工作时，9脚应小于或等于0.5V的低电平。VPD为本引脚的第二功能，即备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到规定值的低电平或掉电时，该引脚将+5V电源自动接入RST端，为内部RAM提供备用电源，以保证片内RAM中的数据不丢失，从而使单片机在复位后能继续正常运行。（2）ALE/（Address Latch Enable

22、ramming,30脚）ALE为地址锁存允许信号,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。应当注意的是，每当MCS-51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。ALE端可以驱动8个LS型TTL负载。为本引脚的第二功能。在对片内EPROM型单片机编程写入时，此引脚作为编程脉冲输

23、入端。 （3）（Program Strobe Enable,29脚）程序存储器允许输出控制端，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OE（输出允许端）。取指期间，每个机器周期两次有效，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，这两次有效的信号将不出现。（4）/VPP（Enable Address/Voltage Pulse of Programming,31脚）功能为内/外程序存储器选择控制端。当脚为高电平时，单片机访问片内程序存储器，但在PC超过OFFFH（4Kbyte地址范围，对8051,8751）

24、时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当脚为低电平时，单片机则只访问外部程序存储器，不论是否有内部程序存储器。对于8031，因其无内部程序存储器，所以该脚必须接地。Vpp为本脚的第二功能。在对EPROM型单片机8751片内EPROM固化编程时，用于施加较高的编程电压。对于89S51，则加在Vpp脚的编程电压为+5V。4、I/O口引脚（1）P0口（39脚32脚）:P0.0P0.7统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部存储器或扩展I/O接口时，P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位地址总线和8位双向数据总线。P0口为一个8位漏极开

25、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，被定义为高阻态。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。（2）P1口（1脚8脚）:P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。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，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。对EPROM编程和进行程序验证时，P1口接收输入的低8位地址。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。（3） P2口（21脚28脚）:P2.0P2.7统称为P2口， P2口为一个内部上拉电阻的8位双向

26、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口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。当P2口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。（4） P3口（10脚17脚）:P3.0P3.7统称为P3口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每

27、一条引脚均可独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能。P3口的第二功能，如下所示:P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（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（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）2.2.4 单片机的时钟电路单片机的定时控制功能是由片内的时钟电路和定时电路来完成的，而片内的时钟产生有两种方式:一种是内部时钟方式；一种是外部时钟方式，如图2-4（a）、（b）所示。采用内部时钟方式时，如图2-4(a)所示。片内的高增益反相放大器通过XTAL1、XTAL2外接作为

28、反馈元件的片外晶体振荡器（呈感性）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。（a） 内部振荡器方式 （b） 外部振荡器方式图2-3 MCS51单片机时钟产生方式振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率，一般晶体可在1.212MHz之间任选，电容C1、C2可在530pF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2-4（b）所示。外部振荡信号通过XTAL2端直接接至内部时钟电路，这时内部反相放大器的输入端XTAL1端应接地。通常外接振荡信号为低于12MHz的方波信号。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

29、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。2.2.5 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。电路如图2-5所示。 （a）上电复位电路 （b）上电/外部复位电路图2-4MCS51单片机复位参考电路通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。 MCS51单片机在时钟电路工作以后，在RST/VPD端持续给出2个机器周期的高电平就可以完成复位操作（一般复位正脉冲宽度大于10ms）。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。上电复位电路如图2-5（a）所示。在上电瞬间RST/VPD端与VC

30、C电位相同，随着电容上电压的逐渐上升，RST/VPD端电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是振荡器振荡建立时间加2个机器周期。复位电路的阻容参数通常由实验调整。图2-5（a）参考电路中，电路参数C取22uF，R取1K，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2-5（b）为既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。2.2.6 STC89系列单片机命名规则 图2-5 STC89系列单片机命名规

31、则2.3 液晶显示模块2.3.1 液晶显示器LCD液晶显示（LIQUID CRYSTAL DISPLAY）由于众多优点而成为被人们广泛应用的一种显示材料。液晶所具有的各向异性、低弹性常数及流体特征等特异性能使液晶具有丰富多彩、有趣有用的电光(热光)效应。液晶显示器件就是利用液晶的电光效应的特点制成的显示产品。液晶显示器件（LCD）是一种平板薄型显示器件，其驱动电压很低、工作电流极小，与CMOS电路结合起来可以组成微功耗系统，广泛地用于电子钟表、电子计算器、各种仪器和仪表中。2.3.2 液晶显示模块LCM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”。液晶显示器件是一种高新技术的基础元器件，虽然其应用巳很广泛，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，使用者更是会感到无从下手。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望有人代劳，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。1.数显液晶模块这是一种由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