單片機C8051F020在液晶顯示控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
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在單片機系統(tǒng)設(shè)計中,LCM(液晶顯示模塊)人機交互界面的設(shè)計往往是很重要的一個環(huán)節(jié)。LCM可以用于智能儀器上的顯示設(shè)定參數(shù)、狀態(tài)提示符、檢測結(jié)果和待輸入?yún)?shù)等功能。本文結(jié)合電解質(zhì)分析儀的設(shè)計要求,采用液晶顯示模塊YXD—12864A2LCM,研究并實現(xiàn)了以單片機C8051F020為基礎(chǔ)的液晶顯示的接口電路和程序設(shè)計,添加了按鍵系統(tǒng),從而達到方便用戶使用的目的。
1電解質(zhì)分析儀簡介
本系統(tǒng)所設(shè)計的電解質(zhì)分析儀(Electrolyte Analyzer)是一種具有高分辨率和高精度的儀器,可以與多種離子選擇電極配套使用,可用自動方法測定樣品中鉀、鈉、氯、鈣離子的濃度和pH值。其結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。儀器采用單片機C8051F020為核心芯片進行設(shè)計,在測量室內(nèi)由化學傳感器采集電解質(zhì)的電位信號傳送給信號調(diào)理電路,經(jīng)過信號調(diào)節(jié)后送給主電路板進行A/D轉(zhuǎn)換,然后輸出顯示到LCM上,LCM參數(shù)、測量結(jié)果的顯示等都可由鍵盤操作。與上位機的通信上,采用RS 232通信方式傳輸數(shù)據(jù)。本儀器的特點是可以單機使用、也可以與上位機連接使用,與上位機連接后通過界面操作可以幫助用戶完成病人信息的查詢、存儲、儀器工作情況的實時檢測等功能。
圖1電解質(zhì)分析儀結(jié)構(gòu)方框圖
系統(tǒng)顯示部分采用圖形液晶顯示模塊YXD-12864A2LCM,安裝在儀器的表面,用來顯示參數(shù)設(shè)置、測量結(jié)果、定標、質(zhì)控等的情況。界面顯示與參數(shù)設(shè)定及翻頁等功能通過按鍵的控制來實現(xiàn)。
2 YXD-12864A2LCM
2.1模塊介紹
YXD-12864A2LCM是一種圖形點陣液晶顯示模塊,它主要由行驅(qū)動器、列驅(qū)動器及128x64全點陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示,也可以顯示4x8個(16×16點陣)漢字。YXD-12864A2模塊共有20個引腳。其中,第1腳VSS接系統(tǒng)地;第2腳VDD接電源電壓;第3腳V0接液晶顯示器驅(qū)動電源;第4腳D/I接數(shù)據(jù)指令選擇信號;第5腳R/W接讀寫選擇信號;第6腳接讀寫使能信號,E為高時,數(shù)據(jù)被讀出,而在E的下降沿到來時,數(shù)據(jù)被鎖存到DB0~DB7;第7~14腳接三態(tài)數(shù)據(jù)總線;第15、16腳接片選信號;第17腳接復位信號;第18腳Vout接內(nèi)部負壓發(fā)生器輸出電壓端;第19腳接LED背光電源正極;第20腳接LED背光電源負極。
2.2接口電路
接口電路圖和原理圖如圖2,圖3所示,C8051F020的P3口作為數(shù)據(jù)口與液晶模塊DB口相連;P2.0為復位引腳控制端;P2.1、P2.4、P2.5作為普通的I/O口使用,分別接液晶模塊的使能端E、寄存器選擇引腳D/I、讀寫引腳R/W;P2.2、P2.3分別接片選信號左或者右,對顯示進行定位。
圖2 LCM接口電路圖
圖2的電路圖中,R28和R41為上拉電阻,因為它每個端口是與單片機相連的,對于顯示器而言工作電壓是5 V,而C8051F020工作電壓是3.3 V,要使C8051F020輸出能更好地驅(qū)動5 V輸入的LCM,就要將每個端口通過一個上拉電阻接到5 V電源,這樣就可以保證C8051F020的邏輯“1”輸出能被提升到5 V.
圖3接口電路原理圖
2.3軟件設(shè)計
顯示字符:從屏幕指定的位置開始顯示指定的字符串。此LCM是128x64位的液晶顯示屏,每個字符所占用的點陣是8x8.顯示位置由兩個坐標參數(shù)據(jù)決定,橫坐標x表示“行”,取值范圍為0~7;第0行對應(yīng)屏幕最上邊的一行,第7行對應(yīng)最下面一行??v坐標y表示“列”,取值范圍為0~15,第0列對應(yīng)屏幕最左邊的一列,第15列對應(yīng)屏幕最右邊的一列。
假設(shè)要從第4行第8列的位置顯示字符“K”,則程序段如下:
;entrancd:C(left,right),R4(X),R5(Y),DPTR,R6(length)
data_to_lcd:
SETB CS1_LCD
CLR CS2_LCD
JNC data_to_lcd2
CLR CS1_LCD
SETB CS2_LCD
data_to_lcd2:
MOV A,R4
LCALL display_X_line
MOV A,R5
LCALL display_Y_line
MOV A,R6
MOV R7,A
LCALL write_LCD_bytes
MOV A,R4
INC A
LCALL display_X_line
MOV A,R5
LCALL display_Y_line
MOV A,R6
MOV R7,A
INC DPTR
LCALL write_LCD_bytes
CLR CS2_LCD
CLR CS1_LCD
RET
SETB C;片選的設(shè)定
MOV R4,#04H;位置行號
MOV R5,#08H;位置列號
MOV DPTR,#K;字符內(nèi)容
MOV R6,#08;定義字符的長度
LCALL data_to_lcd;調(diào)用輸出字符的子程序
漢字的顯示與字符類似,只是漢字所占的點陣為16×16的形式,因此在本LCM中,漢字只可以顯示4行8列。第一行漢字的坐標為00H~07H,第二、三、四行坐標依次為10H~17H、20H~27H、30H~37H.漢字的顯示要先將漢字的坐標起始位置作為命令寫入,把漢字的字模作為數(shù)據(jù)寫入,連續(xù)寫入多個漢字可用查表法。
3按鍵系統(tǒng)
按鍵系統(tǒng)的硬件設(shè)計可以采用獨立方式和矩陣方式兩種。
(1)獨立式中每一個鍵單獨占用一根I/O口線,每一根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線上的狀態(tài),一般應(yīng)用于按鍵數(shù)量較少的場合;
(2)矩陣式的按鍵排列為行列式矩陣結(jié)構(gòu),4行4列共16個鍵,只占用8根I/O口線,因此當按鍵數(shù)目較多時,可以使用這種方式節(jié)省I/O口線。
本儀器共定義了8個按鍵,考慮到C8051F020上的I/O接口非常豐富,因此采用了獨立式。在儀器上共設(shè)計了“Yes”、“No”、“↑(上)”、“↓(下)”、“←(左)”、“→(右)”、“復位”和“打印”8個按鍵,除“復位”鍵(其按下后直接復位)不通過鍵盤信息處理程序處理外,其余的7個鍵的按下處理均由鍵盤信息處理程序在主循環(huán)程序中完成。對于獨立式按鍵,CPU可以通過直接讀取I/O口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值,根據(jù)這個值可直接進行按鍵識別。每個鍵的編碼值如表1所示。
按鍵的具體定義如下:
(1)“↑(上)”、“↓(下)”、“←(左)”、“→(右)”:移動光標或切換不同內(nèi)容的屏目、數(shù)據(jù)修改、完成口令輸入等;
(2)“Yes”:確認所做的操作,包括確認所選擇的菜單項或數(shù)據(jù)、確認所輸入的口令、確認被修改的數(shù)據(jù)等;
(3)“No”:可取消輸入的口令值或被修改的數(shù)據(jù);
(4)“復位”:軟復位系統(tǒng);
(5)“打印”:控制打印機打印輸出。
按鍵的工作方式分為編程控制方式和中斷控制方式兩種。本儀器采用中斷控制方式,流程圖如圖4所示。此方式可以提高CPU的效率,當有鍵按下時,便向CPU申請中斷,CPU響應(yīng)中斷后,在中斷服務(wù)程序中進行鍵盤掃描、查鍵值與處理等工作。而編程控制方式是指在一個工作周期內(nèi),利用完成其他任務(wù)的空余時間,調(diào)用按鍵掃描子程序。經(jīng)程序查詢,若無鍵操作,則返回;若有鍵操作,則進而判斷是哪個鍵,并執(zhí)行相應(yīng)的鍵處理程序。這樣對CPU的使用效率就受到了影響。因此選用中斷控制方式。
圖4中斷法控制流程圖
本儀器采用的按鍵的開關(guān)為機械彈性開關(guān)。從按鍵按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過數(shù)毫秒的抖動時間,松開時也有這樣的問題。抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定,一般為5~10 ms.這樣就會引起一次按鍵多次讀取,對于抖動問題可以采用軟件方法。可以通過延時去抖動的方法避免,即檢測出按鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序產(chǎn)生20 ms的延時,讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài),如果仍保持閉合狀態(tài)電平則確認為真正有鍵按下。當檢測到按鍵釋放后,也要給20 ms的延時,待后沿抖動消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。
4結(jié)語
利用YXD-12864A2圖形液晶顯示模塊設(shè)計電極質(zhì)分析儀的顯示界面,采用8位并型模式傳遞數(shù)據(jù),主要是因為雖然占用了較多的I/O引腳,但與串行模式相比,編程簡單的多;而且C8051F020有8個8位I/O端口、64個數(shù)字I/O引腳,非常豐富,所以也不用考慮引腳不夠的問題。通過添加按鍵系統(tǒng),使顯示的內(nèi)容可以由用戶來操作,非常方便。