單片機(jī)和圖形液晶顯示器接口應(yīng)用技術(shù)

引言

液晶顯示器(LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其它顯示器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近幾年來被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。LCD可分為段位式LCD、字符式LCD和點(diǎn)陣式LCD。其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和數(shù)字的簡(jiǎn)單顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點(diǎn)陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)，動(dòng)畫功能，分區(qū)開窗口，反轉(zhuǎn)，閃爍等功能，用途十分廣泛。本文介紹了點(diǎn)陣式液晶顯示器MGLS12864與單片機(jī)的接口及編程的方法，同時(shí)介紹了創(chuàng)建8×16字符和16×16點(diǎn)陣漢字的方法，及常用的字符顯示和漢字顯示程序。

硬件設(shè)計(jì)

這里著重介紹液晶顯示器與單片機(jī)的接口技術(shù)。有關(guān)MGLS12864圖形液晶引腳功能及控制器HD61202的接口時(shí)序波形，可查看圖形液晶顯示器產(chǎn)品有關(guān)手冊(cè)。

單片機(jī)可以通過數(shù)據(jù)總線與控制信號(hào)直接采用存儲(chǔ)器訪問形式、I/O設(shè)備訪問形式控制該液晶顯示模塊。本文以華邦公司的W78E58為例,它是 51系列單片機(jī)兼容的微控制器，其內(nèi)部有32KB的FLASH EEPROM,用戶編制的程序及需要顯示的英文字母、數(shù)字、漢字、曲線和圖形都可以存儲(chǔ)在里面，免去了擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器的麻煩，使得以W78E58單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)電路更簡(jiǎn)單。因此十分適用于液晶顯示。MGLS12864與W78E58單片機(jī)接口電路如圖1所示。該圖采用直接訪問方式，單片機(jī)通過低位地址A2控制CSA；A3控制CSB，以選通液晶顯示屏上各區(qū)的控制器HD61202；同時(shí)W78E58用地址A1作為R/W信號(hào)控制數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)流向；用地址A0作為D/I信號(hào)控制寄存器的選擇；E信號(hào)由W78E58的讀信號(hào)/RD和寫信號(hào)/WR合成產(chǎn)生；另外單片機(jī)的復(fù)位腳(9腳)經(jīng)反相器后連接到液晶顯示器復(fù)位腳(17腳 /RST),當(dāng)單片機(jī)上電復(fù)位或手動(dòng)復(fù)位時(shí), 液晶顯示器同時(shí)也復(fù)位；從而實(shí)現(xiàn)了W78E58對(duì)內(nèi)置HD61202圖形液晶顯示器模塊的電路連接。電路中LCD電源控制端VO是用來調(diào)節(jié)顯示屏灰度的，調(diào)節(jié)該端的電壓，可改變顯示屏字符、圖形的顏色深淺。

單片機(jī)對(duì)液晶顯示模塊的操作可分為兩部分,即左半屏和右半屏操作。下面是根據(jù)圖1的連接確定對(duì)應(yīng)左半屏（前64×64）和右半屏（后64×64）操作地址：

CWADR1 EQU 0004H 左半屏寫指令代碼地址 DWADR1 EQU 0005H 左半屏寫顯示數(shù)據(jù)地址

CRADR1 EQU 0006H 左半屏讀狀態(tài)字地址 DRADR1 EQU 0007H 左半屏讀顯示數(shù)據(jù)地址

CWADR2 EQU 0008H 右半屏寫指令代碼地址 DWADR2 EQU 0009H 右半屏寫顯示數(shù)據(jù)地址

CRADR2 EQU 000AH右半屏讀狀態(tài)字地址 DRADR2 EQU 000BH 右半屏讀顯示數(shù)據(jù)地址

圖1 MGLS12864與W78E58接口圖

軟件設(shè)計(jì)

液晶控制器HD61202一共有七條指令，從作用上可分為兩類，顯示狀態(tài)設(shè)置指令和數(shù)據(jù)讀／寫操作指令。詳見指令系統(tǒng)可查看圖形液晶顯示器產(chǎn)品有關(guān)手冊(cè)。顯示起始行設(shè)置中L5～L0為顯示起始行的地址，取值在0-3FH(1-64行)范圍內(nèi)。頁面地址設(shè)置中P2-P0為選擇的頁面地址，取值范圍為0- 7H,代表１-8頁。列地址設(shè)置中C5-C0為Ｙ地址計(jì)數(shù)器的內(nèi)容，取值在0-3FH(1-64行)范圍內(nèi)。

顯示器上128點(diǎn)×64點(diǎn)，每８點(diǎn)為一字節(jié)數(shù)據(jù)，都對(duì)應(yīng)著顯示數(shù)據(jù)RAM(在HD61202芯片內(nèi))，一點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)bit,計(jì)算機(jī)寫入或讀出顯示存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)代表顯示屏上某一點(diǎn)列上的垂直8點(diǎn)行的數(shù)據(jù)。D0代表最上一行的點(diǎn)數(shù)據(jù)，D1為第二行的點(diǎn)數(shù)據(jù)，…….，D7為第八行的點(diǎn)數(shù)據(jù)。該bit=1時(shí)該點(diǎn)則顯示黑點(diǎn)出來，該bit=0 時(shí)該點(diǎn)則消失。另外LCD指令中有－條display ON/OFF指令，display ON時(shí)顯示RAM數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)顯示的畫面；display OFF則畫面消失，RAM中顯示數(shù)據(jù)仍存在。

點(diǎn)陣字模文件的建立：由于MGLS12864液晶顯示器沒有內(nèi)部字符發(fā)生器，所以在屏幕上顯示的任何字符、漢字等須自己建立點(diǎn)陣字模庫，然后均按圖形方式進(jìn)行顯示。由于 HD61202顯示存儲(chǔ)器的特性，不能將計(jì)算機(jī)內(nèi)的漢字庫和其它字模庫提出直接使用，需要將其旋轉(zhuǎn)90度后再寫入。點(diǎn)陣字模庫建立包括以下幾個(gè)方面：

（1） 建立8×16點(diǎn)陣常用字符、數(shù)字、符號(hào)字模庫。

可選用計(jì)算機(jī)BIOS中ASCII的8×16字模庫，所有字符按照ASCII值從小到大升序排列。

    mov bh,6 /*AL=30h 取點(diǎn)陣信息 */
　　int 10h /*BH=6 取ROM8X16點(diǎn)陣指針(VGA) */
　　mov ax,es /*出口：ES:BP 指向字庫指針 */
　　mov ascii_es,ax
　　mov ax,bp
　　mov ascii_bp,ax };
　　ascii_offset=ascii_bp+16*asciicode；
　　for(j=0;j<16;j++) buf[j]=peekb(ascii_es,ascii_offset+j); /*讀16字節(jié)點(diǎn)陣數(shù)據(jù)*/
　　for(m=0;m<16;m++) /*點(diǎn)陣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LCD格式數(shù)據(jù)*/
　　{ if(m<8) { beginbyte= 7; shiftn=7;}
　　else { beginbyte=15; shiftn=15;}
　　for(j=0;j<8;j++)
　　ascii8x16[m]=(ascii8x16[m]+ (buf[beginbyte-j]>>(shiftn-m))&0x01)<<1;
　　}

也可選用UCDOS的ASC16文件做字模庫。ASC16文件的字符為8×16點(diǎn)陣。所有字符按照ASCII值從小到大升序排列。計(jì)算字符首地址的公式：字符首地址=字符的ASCII碼值×16+字模庫首地址。
 
(2) 建立所用到的16×16點(diǎn)陣字模庫。

漢字字符可選用UCDOS的HZK16文件做字模庫。HZK16文件的字符為16×16點(diǎn)陣。所有字符按照區(qū)位碼從小到大升序排列。計(jì)算漢字字符首地址的公式如下：漢字首地址=((區(qū)碼-1）×94+位碼-1)×32。作者用C語言編寫的讀取UCDOS點(diǎn)陣字庫字模程序，完成字模讀取、數(shù)據(jù)重新排列，并按MCS-51匯編程序的要求寫成相應(yīng)格式的文本文件。

　　p=((quma-1)*94+weima-1)*32;
　　cclibfile=fopen("HZK16","rb");
　　fseek(cclibfile,(long)p,SEEK_SET);
　　fread(buf,sizeof(unsigned char),32,cclibfile); /*讀32字節(jié)點(diǎn)陣數(shù)據(jù)*/
　　for(m=0;m<32;m++){ /*點(diǎn)陣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LCD格式數(shù)據(jù)*/
　　if(m<8) { beginbyte=14; shiftn=7;}
　　else if( m>= 8 && m<16 ) { beginbyte=15; shiftn=15;}
　　else if( m>=16 && m<24 ) { beginbyte=30; shiftn=23;}
　　else { beginbyte=31; shiftn=31;}
　　for(j=0;j<8;j++)
　　hzk16x16[m]=(hzk16x16[m]+ (buf[beginbyte-2*j] >>(shiftn-m))&0x01)<<1;
　　}

(3) 常用圖形（如產(chǎn)品商標(biāo)等）的點(diǎn)陣圖形的建立。

對(duì)已有的圖形可采用掃描儀進(jìn)行掃描，然后用圖形處理軟件進(jìn)行處理，再將BMP格式文件轉(zhuǎn)換成MCS-51的匯編文件的格式。

以上所有的字模數(shù)據(jù)都存放在單片機(jī)W78E58的程序存儲(chǔ)器中，如用到的漢字、圖形較多，可選用較大容量的程序存儲(chǔ)器。

通用子程序：通用子程序分左半屏、右半屏寫指令代碼子程序和寫顯示數(shù)據(jù)子程序。液晶顯示驅(qū)動(dòng)器HD16202內(nèi)部有個(gè)忙標(biāo)志寄存器，當(dāng)BF=1時(shí)，表示內(nèi)部操作正在運(yùn)行，不能接受外部數(shù)據(jù)或指令。下面子程序中設(shè)指令代碼寄存器為COMM,數(shù)據(jù)寄存器為DATA。
　　(COMM EQU 20H /*指令寄存器*/ DATA EQU 21H /*數(shù)據(jù)寄存器*/)

(1) 左半屏寫指令子程序
　　WR_CMD1： MOV DPTR,#CRADR1 ；/*讀狀態(tài)字口地址*/
　　WAIT1： MOVX A,@DPTR ；/* 讀狀態(tài)字 */
　　JB ACC.7,WAIT1 ；/*判忙標(biāo)志BF,如BF=1忙，等待*/
　　MOV DPTR,#CWADR1 ；/*寫指令字口地址*/
　　MOV A,COMM ；/*取指令代碼*/
　　MOVX @DPTR,A ；/*寫指令代碼*/
　　RET

(2)左半屏寫數(shù)據(jù)子程序
　　WR_DATA1：MOV DPTR,#CRADR1 ；/*讀狀態(tài)字口地址*/
　　WAIT11： MOVX A,@DPTR ；/* 讀狀態(tài)字 */
　　JB ACC.7,WAIT11 ；/*判忙標(biāo)志BF,如BF=1忙，等待*/
　　MOV DPTR,#DWADR1 ；/*寫數(shù)據(jù)字口地址*/
　　MOV A,DATA ；/*取數(shù)據(jù)/
　　MOVX @DPTR,A ；/*寫數(shù)據(jù)*/
　　RET

(3)右半屏寫指令子程序WR_CMD2和右半屏寫數(shù)據(jù)子程序WR_DATA2的編制同左半屏子程序相同，只是對(duì)應(yīng)口地址不同。
　　8X16字符顯示子程序：MGLS12864液晶顯示屏由二片HD61202控制，LCD顯示中應(yīng)盡量避免一個(gè)字符一半在左半屏顯示，另一半在右半屏顯示的情況。設(shè)列地址寄存器為COLUMN,頁地址寄存器為PAGE,要顯示的字符代碼寄存器為ASCIICODE,W78E58內(nèi)RAM28H- RAM37H共16個(gè)字節(jié)存放8×16的點(diǎn)陣數(shù)據(jù),生成的8×16點(diǎn)陣庫文件存放在單片機(jī)W78E58存儲(chǔ)器中的首地址定義為ASCII_DOT816。

　　DISP_ASCII816： MOV DPTR,#ASCII_DOT816 ；8×16點(diǎn)陣庫首地址
　　MOV A,ASCIICODE ；顯示字符代碼ASCIICODE
　　MOV B,#16 ；每個(gè)字符點(diǎn)陣占16個(gè)字節(jié)
　　MUL AB ；計(jì)算顯示字符在字庫的首地址
　　ADD A,DPL
　　MOV DPL,A
　　MOV A,DPH
　　ADDC A,B
　　MOV DPH,A；
　　MOV R0,#28H ；將點(diǎn)陣數(shù)據(jù)放到RAM28H-RAM37H
　　MOV R2,#00H
　　LP_MOVDOT16： MOV A,R2
　　MOVC A,@A+DPTR
　　MOV @R0,A ；如要將字符反顯（黑底白字），則讀出點(diǎn)
　　INC R0 ；陣數(shù)據(jù)后求反放入單片機(jī)的RAM中
　　INC R2
　　CJNE R2,#16,LP_MOVDOT16；
　　PUSH COLUMN
　　MOV A,COLUMN ；顯示列數(shù)COLUMN是否在右半屏
　　CJNE A,#64,ASCII_IF64
　　ASCII_IF64： JNC ASCII_YGE64
　　MOV DPTR,#CWADR1 ；在左半屏?xí)r，選擇左半屏寫指令代碼地址
　　CLR FIRST0_SECOND1_BIT ；左半屏列數(shù)標(biāo)志BIT=0
　　SJMP ALL_COLUMN
　　ASCII_YGE64： CLR C
　　SUBB A,#64
　　MOV COLUMN,A
　　MOV DPTR,#CWADR2 ；在右半屏?xí)r，選擇右半屏寫指令代碼地址
　　SETB FIRST0_SECOND1_BIT ；右半屏列數(shù)標(biāo)志BIT=1
　　ALL_COLUMN： MOV A,PAGE
　　ADD A,#10111000B ；設(shè)置頁地址命令
　　MOVX @DPTR,A
　　MOV A,COLUMN ；設(shè)置列地址命令
　　ADD A,#01000000B
　　MOVX @DPTR,A
　　MOV DPTR,DWADR1 ；根據(jù)左右半屏列數(shù)標(biāo)志，選擇寫顯示數(shù)據(jù)地址
　　JNB FIRST0_SECOND1_BIT,ALLMOV1
　　MOV DPTR,DWADR2
　　ALLMOV1： MOV R0,#28H
　　MOV_8BYTE1： MOV A,@R0
　　MOVX @DPTR,A ；寫顯示數(shù)據(jù)
　　NOP
　　INC R0
　　CJNE R0,#30H,MOV_8BYTE1；
　　MOV DPTR,#CWADR1
　　JNB FIRST0_SECOND_BIT,ALLMOV2
　　MOV DPTR,#CWADR2
　　ALLMOV2： MOV A,PAGE
　　INC A ；頁地址加1
　　ADD A,#10111000B
　　MOVX @DPTR,A ；設(shè)置頁地址命令
　　MOV A,COLUMN ；設(shè)置列地址命令
　　ADD A,#01000000B
　　MOVX @DPTR,A
　　MOV DPTR,DWADR1；根據(jù)左右半屏列數(shù)標(biāo)志，選擇寫顯示數(shù)據(jù)地址
　　JNB FIRST0_SECOND1_BIT,ALLMOV3
　　MOV DPTR,DWADR2
　　ALLMOV3： MOV R0,#30H
　　MOV_8BYTE2： MOV A,@R0
　　MOVX @DPTR,A ；寫顯示數(shù)據(jù)
　　INC R0
　　CJNE R0,#38H,MOV_8BYTE2；
　　POP COLUMN
　　RET

16×16漢字顯示子程序：16×16漢字顯示子程序與8X16字符顯示子程序基本相同。不同在于每次寫32字節(jié)顯示數(shù)據(jù)，可定義W78E58 內(nèi) RAM28H-RAM47H共32個(gè)字節(jié)存放16×16的點(diǎn)陣數(shù)據(jù),生成的16×16點(diǎn)陣庫文件存放在單片機(jī)W78E58存儲(chǔ)器中的首地址定義為 HZK_DOT16X16。具體程序略，讀者如需要可來函索取。

結(jié)語

本文在介紹液晶顯示模塊與單片機(jī)接口的同時(shí)，采用了新穎的改造方案以解決應(yīng)用中的問題。由于節(jié)省了單片機(jī)口線，使系統(tǒng)資源得到了充分利用。可顯示漢字、字符和圖形，使人機(jī)界面更為美觀、易讀。其它如8×8西文點(diǎn)陣字庫及圖形的建立和顯示可參照上面介紹的方法來編寫程序。由于各種液晶顯示模塊的接口基本相同，因此本文所討論的內(nèi)容也適用于其它型號(hào)的液晶顯示模塊。液晶顯示較其它顯示終端有許多優(yōu)點(diǎn)：功耗低且字型美觀、可用集成電池供電，便于攜帶等。相信它將得到越來越廣泛的使用。