低成本的單片機(jī)系統(tǒng)中液晶顯示技術(shù)的研究

1.引言

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使得電子電路的設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜，單片機(jī)因?yàn)榫哂懈呒啥?、高穩(wěn)定性和成本低廉等特點(diǎn)，因而在電子設(shè)計(jì)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。在很多場(chǎng)合需要顯示單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。一般情況下使用數(shù)碼顯示管或者CRT、彩色液晶顯示器，但是，這幾種顯示方式都各有利弊。

第一，使用數(shù)碼顯示管雖然成本低廉，但是顯示內(nèi)容非常有限且單一，不能滿足越來越多的顯示需求;第二，使用CRT或者彩色液晶顯示器可以顯示更多的內(nèi)容，但是存在著設(shè)計(jì)復(fù)雜化、提高設(shè)計(jì)成本和浪費(fèi)資源等弊端。因此，實(shí)際工作中迫切需要一種簡(jiǎn)單實(shí)用，成本低廉，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的顯示其產(chǎn)品。

2.基本原理LC0811-SL由液晶顯示器控制器和液晶顯示器面板以及發(fā)光二極管背光三部分組成。其中液晶顯示器顯示控制器是整個(gè)顯示器的核心部分。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 電源

液晶顯示器使用5V直流電源，電源供給示意圖如圖2所示。

2.2 管腳功能定義

LC0811-SL具有16個(gè)管腳(PIN)，具體功能定義如表1、表2所示。

2.3 寄存器

LCD控制器有2個(gè)8位寄存器，指令寄存器(IR)和數(shù)據(jù)寄存器(DR)。

指令寄存器(IR)是一個(gè)只寫寄存器，既用于存儲(chǔ)指令代碼如清顯示或者光標(biāo)移位，又用來存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)RAM(DD RAM)地址或者字符發(fā)發(fā)生器RAM(CG RAM)地址。

數(shù)據(jù)寄存器(DR)是一個(gè)讀寫寄存器，用于暫存對(duì)DD RAM或CG RAM讀/寫的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)寫入DR是通過一個(gè)顯示控制器的內(nèi)部操作自動(dòng)寫入到DD RAM或CG RAM.同時(shí)，DR也用來存儲(chǔ)從DD RAM或CG RAM讀出的數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)刂沸畔懭隝R,通過一個(gè)內(nèi)部操作從DD RAM或CG RAM讀出數(shù)據(jù)到DR,此時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸完全通過讀DR來完成。執(zhí)行完一個(gè)從DR的讀操作后，數(shù)據(jù)保存在DD RAM或CG RAM,下一地址送到DR,為下一個(gè)讀周期做準(zhǔn)備，如表2所示，寄存選擇器(RS)信號(hào)決定兩個(gè)寄存器中的哪一個(gè)被選中。

2.4 忙標(biāo)志(BF)

當(dāng)忙標(biāo)志位是1(即高)時(shí)執(zhí)行一個(gè)內(nèi)部操作并且下一個(gè)指令是不能被接受的。

當(dāng)RS=0并且執(zhí)行完一個(gè)讀操作時(shí)，忙標(biāo)志位輸出到DB7,下一個(gè)指令只有在忙標(biāo)志位為0(即低)時(shí)才能夠被寫入。

2.5 地址計(jì)數(shù)器(AC)

地址計(jì)數(shù)器分配地址給D D R A M或C GRAM,當(dāng)一個(gè)指令的地址寫入IR,地址信息從IR送到AC,這個(gè)指令同時(shí)決定DD RAM或CGRAM的選擇。從DD RAM或CG RAM完成一次讀/寫操作后，地址計(jì)數(shù)器(AC)自動(dòng)減1或者加1,當(dāng)RS=0并且讀操作完成后，AC中的內(nèi)容輸出到DB0DB0~DB7.

2.6 顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(DD RAM)

DD RAM用8位字符代碼的形式來存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)，容量是80*8或者80字節(jié)，DD RAM不用于顯示時(shí)，可用作通用的數(shù)據(jù)R A M.

DD RAM地址是用AC來設(shè)置并且用16進(jìn)制表示，這個(gè)地址計(jì)數(shù)器可以通過“Set DD RAMAddress”指令進(jìn)行寫操作，用“Read BusFlag and Address”指令進(jìn)行讀操作。如圖3所示，在讀/寫時(shí)，數(shù)據(jù)位DB0~DB6代表DDRAM地址，DB7為忙標(biāo)志位。

2.7 字符發(fā)生器ROM(CG ROM)

字符發(fā)生器ROM(CG ROM)從8位字符代碼產(chǎn)生5×7點(diǎn)陣或者5×10點(diǎn)陣字符圖形，能夠產(chǎn)生等于192種5×7點(diǎn)陣字符圖形和32種5×10點(diǎn)陣字符圖形。

2.8 字符發(fā)生器(CG RAM)

CG RAM是一個(gè)64×8位的RAM,可以對(duì)其編程自定義字符圖形，在5×7點(diǎn)陣下，可以寫8種類型的字符圖形，在5×10點(diǎn)陣下，可以寫4種類型的字符圖形。可以使用字符代碼00H~07H,從CG RAM寫字符程序到DDRAM,不使用CG RAM存儲(chǔ)單元時(shí)可以用作普通的RAM.

例如：寫一個(gè)5×7字符圖形程序到CGRAM存儲(chǔ)單元(如01H)步驟如下：

a)用“Set DD RAM Address”指令置CGRAM指針到字符代碼01H的第一行;

b)用“Read Bus Flag and Address”指令寫自定義字符的嘴上一行;

c)如果I/D位在“Entry Mode Set”命令中已經(jīng)置位，CG RAM地址自動(dòng)增加，然后，再繼續(xù)回到b)，寫完字符的所有行;

d)寫完所有7行數(shù)據(jù)，用“Set DD RAMAddress”指令將地址計(jì)數(shù)器恢復(fù)到一個(gè)DDRAM存儲(chǔ)單元。

e)顯示寫入的自定義字符，在DD RAM地址里用“Write Data to CG or DD RAM”指令顯示01H這個(gè)字符。[!--empirenews.page--]

2.9 控制器

a)LCD控制器具有4位或者8位模式，當(dāng)使用4位模式時(shí)，數(shù)據(jù)傳送使用數(shù)據(jù)位D B 4~D B 7進(jìn)行兩個(gè)4位操作，DB0~DB3不使用，在時(shí)令周期完成之前， 數(shù)據(jù)傳送兩次， 先傳送高四位(DB4~DB7的數(shù)據(jù)，假設(shè)接口數(shù)據(jù)是8位字長(zhǎng))，然后傳送低四位(DB0~DB3的數(shù)據(jù)，假設(shè)接口數(shù)據(jù)是8位字長(zhǎng))，4 位數(shù)據(jù)傳送完成后， 檢查忙標(biāo)志(BF)，兩個(gè)四位操作后接著傳送忙標(biāo)志位和地址計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù);b)當(dāng)使用8位模式時(shí)，數(shù)據(jù)傳送使用完整的8位散居據(jù)總線DB0~DB7.

2.10 初始化

2.10.1 復(fù)位電路初始化

打開電源，顯示器可以通過內(nèi)部電路進(jìn)行初始化，進(jìn)入初始化后，可以開始執(zhí)行指令，直到初始化結(jié)束忙標(biāo)志)(BF)位保持忙狀態(tài)，VCC電壓升高到4.5V后，忙標(biāo)志(BF)保持10ms有效。

1)清顯示

2)功能設(shè)置

DL=1:8位接口操作

N=0:一行顯示

F=0:5×7點(diǎn)陣字符顯示

3)顯示開/關(guān)控制

D=0:顯示關(guān)

C=0:光標(biāo)關(guān)

B=0:閃爍關(guān)

4)入口模式設(shè)置

I/D=0:+1(增量模式)

S=0:不顯示移位操作

如果內(nèi)部電源可提供的復(fù)位時(shí)間不能滿足(0.1ms

2.10.2 軟件初始化

軟件初始化一般在內(nèi)部電路不能滿足條件，無法正常初始化的情況下使用，軟件初始化流程如圖3所示。

3.應(yīng)用實(shí)例

單片機(jī)系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線直接與顯示器進(jìn)行連接，可以很方便的組成單片機(jī)顯示系統(tǒng)，基本原理圖如圖4所示。

這是一個(gè)典型的單片機(jī)顯示系統(tǒng)電路，具有較強(qiáng)的通用性，可以廣泛的應(yīng)用于電子工程設(shè)計(jì)中?？紤]到使用上的方便快捷和通用性，可以把單片機(jī)系統(tǒng)和顯示器的接口用標(biāo)準(zhǔn)接插件進(jìn)行擴(kuò)展，單片機(jī)系統(tǒng)部分采用插座XS1,液晶顯示器部分使用插頭XP1.這樣，使系統(tǒng)的通用性和簡(jiǎn)捷性得到加強(qiáng)。

4.結(jié)語

實(shí)際使用中，LC0811-SL液晶顯示器能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)提供良好的人機(jī)界面。由于它本身具有比較完善的字符顯示能力，可以顯示大量字符圖形，突破了普通數(shù)碼顯示管只能顯示數(shù)字和簡(jiǎn)單英文的局限性，能充分滿足單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息的顯示。