基于单片机的lcd驱动程序设计大学毕设论文.docx
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基于单片机的lcd驱动程序设计大学毕设论文
毕业论文(设计)
GRADUATION THESIS (DESIGN)
论文(设计)题目
TitleOfThesis(Design)
基于单片机的LCD驱动程序设计
分院(系别)
Department
信息与电子工程学院
专 业
Speciality
电子信息工程
基于单片机的LCD驱动程序设计
英文题目
2010年5月7日
May7th,2010
指导教师对毕业论文(设计)的评语
Advisor’sCommentsonGraduationThesis(Design)
评语:
指导教师(签章)
SignatureofAdvisor
日期
Date
评阅人意见
评阅人姓名:
职称:
选项标准:
A很同意B同意C基本同意D不同意
分
项
评
价
评价项目
A
B
C
D
选
题
质
量
1
选题符合专业培养目标,体现综合训练基本要求
2
题目难易适度
3
题目工作量适当
4
有理论意义或实际价值
能
力
水
平
5
查阅文献资料能力强
6
综合运用知识能力强
7
研究方案的设计能力强
8
研究方法和手段的运用能力强
9
外文应用能力强
成
果
质
量
10
文题相符
11
写作水平高
12
写作规范
13
篇幅适度
14
成果有理论或实际价值
总体评价:
优□良□中□及格□不及格□
评阅人评语
评阅人签字:
年月日
答辩(评审)委员会意见
AppraisalofDefenceCommission
答辩(评审)成绩
MarkofDefence
鉴定意见
Appraisal&Comments
主任(签章)
SignatureofDean
日期
Date
基于单片机的LCD驱动程序设计
[摘要]本文用单片机驱动液晶显示器YM12864R实现多种显示功能。
首先,进行系统分析,介绍液晶显示器的分类以及系统功能。
其次,进行系统总体设计,描述液晶显示器YM12864R的功能和特性。
然后,进行系统详细设计,重点讲解实现LCD显示功能的串口通讯和编程算法。
最后,借助uVision软件进行编程实践,对软硬件调试过程中遇到的问题提出解决方案。
液晶显示器显示内容包含:
显示汉字、字符、图形和图像;显示字符移动动画;显示指定位置的点、线、矩形、圆;
[关键字]点阵液晶显示屏驱动程序汉字显示字符显示点阵图像显示图形绘制
AdesignabouttheLCDdriverprogrammingbasedonSCM
[Abstract]ManyfunctionsofdisplayhavebeenmadesucsessfullyusingsinglechiptodrivetheLCDscreenofYM12864Rinthisthesis.Firstly,dosystemanalysis.WeintroducestheclassificationofLCDandthefuctionofthissystem.Secondly,dotheoveralldesign.thefunctionandcharacteristicofYM12864Risintroduced.Then,dothedetaileddesign.Wedescribetheserialdatatransferandalgorithmoftheprogramforthedisplayoflcdscreenparticularly.Finally,programsaredevelopedusingthesoftwareofuVision.Wealsoproposesolutionsfortheproblemsencounteredduringcommissioningthesoftwareandhardware.ThecontentswewanttheLCDtodisplayasfollows:
DisplayChinesecharacters、chars、graphicsandtheimageofthedotmatrix;Displaythecartoonofcharsmoving;Displaypoint,line,rectangle,circleattheappointedlocation;
[Keywords]LiquidCrystalDisplayscreenofdotmatri;Lcddriverprogramming;Charsdisplay;Imageofdotmatrixdisplay;Graphdrawing
引言
液晶显示是通过液晶和彩色过滤器过滤光源,在平面面板上产生图像的一种显示技术,液晶显示技术被广泛的应用于便携式电子产品中。
为了满足用户的需求,LCD生产厂家研制和生产了各种性能和规格的LCD显示模块,厂家把显示器和显示屏集成在一个模块上,用户只要把模块上的LCD控制器接口和微处理器简单连接,并按不同LCD控制器的指令系统编写驱动程序,即可完成系统显示功能。
液晶显示器分为内嵌字库和不带字库的显示器。
显示字库中没有的内容,可以满足我们的特定要求,灵活运用驱动程序编制自己的字库,这样可以显示一般字库没有的文字、图形甚至图片,使显示的内容更加丰富而多样化。
在很多情况下,我们只需显示简单的汉字、图形,不必选择带字库的屏,这时自制驱动程序就很有意义。
点阵图形液晶显示模块的特点是点阵像素连续排列,行和列在排列中没有间隔。
因此可以显示连续、完整的图形。
由于它也是由点阵像素构成的,所以除显示图形外,还可以显示字符。
用软件驱动程序驱动点阵图形液晶显示器可以实现多种功能:
清屏、显示西文字符、显示汉字、显示图形、图像;运用取模工具,按照个人意愿显示不同字体的汉字、显示字库中没有的图形,显示点阵图像;并自制绘点程序,基于绘点实现绘直线、矩形框、实心矩形、圆形、实心圆;制作整屏移动西文字符;实现整屏图像动态显示。
第一章绪论
1.1研究背景
1888年澳洲植物学家F.Reinitzer首先发现液态晶体(Liquidcrystals)或称结晶液体(Crystallineliquids)(简称液晶)的存在,并开启之后相关的基础研究与发展[1]。
1968年美国RCA公司科学家G.H.Heilmeier根据动态散射(Dynamicscattering)效应,将液晶做成显示器,液晶显示器(Liquidcrystaldisplay,LCD)产业开始成形。
虽然美国企业是LCD技术的原始推动者,但日本却是最先将此技术商品化的国家。
1973年,日本Sharp公司成功开发出以LCD为显示面板的计算器与手表,并带动许多厂商(如Hitachi、NEC、Toshiba等)加入LCD产品开发生产行列。
1995年,韩国厂商进入TFT(Thinfilmtransistor)LCD生产,延续其在半导体产业的发展经验,于90年代底迅速达到超越市场占有率30%,并取代日本成为此产业的领先者。
而同时在这时候,台湾也掀起一股TFT-LCD投资热潮,短短四、五年间有七家平均投资金额为新台币250亿元之TFT-LCD新厂设立。
1993年,在日本掌握TFT-LCD的生产技术后,液晶显示器开始向两个方向发展:
一方向是朝着价格低、成本低的STN-LCD显示器方向发展,随后又推出了DSTN-LCD(双层超扭曲阵列);而另一方向却朝高质量的薄膜式电晶体TFT-LCD发展。
尽管在当时TFT相对于DSTN具有极大的优势,但是由于技术上的问题,TFTLCD在响应时间、亮度及可视角度上与传统的CRT显示器还有很大的差距,加上极低的成品率导致其高昂的价格,使得桌面型的TFTLCD成为遥不可及的尤物。
不过,随着技术的不断发展,良品率不断提高,加上一些新技术的出现,使得TFTLCD在响应时间、对比度、亮度、可视角度方面有了很大的进步,拉近了与传统CRT显示器的差距。
日本在1997年开发了一批以550×670mm为代表的大基板尺寸第三代TFT-LCD生产线,并使1998年大尺寸的LCD显示屏的价格比1997年下降了一半。
1996年以后,韩国和中国台湾都投巨资建第三代的TFT-LCD生产线,准备在1999年以后与日本竞争。
从TFT生产线的规格发展来看,从第一代生产线发展到第三代生产线,经历了约10年左右的时间,从第三代发展到第四代也用了约4年时间,而在业界第四代生产线刚刚稳定批量生产之时,业界就提出并投资建设了第五代生产线,六代甚至七代生产线也已经在面板厂的规划之中了[1]。
目前日本已经完全放弃了三代线的投产,全部转向四代线,夏普等厂商甚至跳过五代线打算直接投产六代线,争取在大屏幕的领域取得先机。
1.2研究现状和发展趋势
点阵图形方式LCD以其显示汉字与曲线的优势,摆脱了对控制器设计、加工、制作等一系列工作。
高科技含量LCD强调人机界面的直观形象,在菜单方式下进行人机交互。
现今更多厂商对LCD外观重视,华硕和明基是国内显示市场的领头羊,华硕MS246H以其独特巧妙设计以及奢华精湛的做工获“2009年中国IF设计大奖”,明基V2400Eco围绕绿色环保和不对称的巧妙外观设计[3]。
2009年的国际显示市场,“响应时间”和“动态对比度”已不再是焦点,而“LED”和“广视角”取而代之,成为消费者在现实性能方面新的关注点。
日本已研制特殊膜提高视角范围,采用新的合成技术(多硅薄膜晶体管)满足高速显示要求,将驱动器直接制作在显示平板上以取代外部驱动电路及减少外部连线数研制金属——绝缘——金属技术,以实现较高的性价比优势。
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。
目前市面上还没有专为桌面型液晶显示器所设计的色彩调校软件,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。
1.3本文结构内容安排
本文正文内容安排如下:
第二章系统分析,明确要完成的显示任务,详细分析过程主要包括系统概述,系统功能和系统设计原则。
第三章系统总体设计,根据系统分析所得出的单片机驱动LCD显示系统,对其进行模块设计,对选择的51单片机ST89C52RC和液晶显示模块YM12864R的功能简介。
进行基本的连线设计。
第四章系统详细设计,主要分三个方面来进行总体设计:
硬件电路设计;单片机与显示模块通讯的基本构架;汉字字符显示模块、图像模块、点模块,线模块、图形模块、动态模块的算法设计。
第五章系统实现。
借助程序下载烧录软件和系统编程软件实现软硬件调试,最终实现显示任务。
另外还要对点阵取模工具功能和用法做简要说明。
并陈述设计过程中遇到的问题和解决办法。
第二章系统分析
本章对单片机驱动液晶显示器系统进行分析,明确要完成的显示任务,详细分析过程主要包括系统概述,系统功能和系统设计原则。
2.1系统概述
液晶显示器按驱动方式不同分为静态驱动、单纯矩阵驱动以及主动矩阵驱动3种。
其中,被动矩阵型又可分为扭转式向列型、超扭转式向列型及其他被动矩阵驱动液晶显示器,主动矩阵型可分为薄膜式晶体管型和二端子二极管型。
按控制电路,图形液晶显示模块可分为行、列驱动型,行、列驱动控制型,行列控制型。
按显示器件结构,图形液晶显示模块可分为TN、STN、TFT三种;每一种又有常温、宽温、有背光和无背光以及颜色模式之分[1]。
液晶显示模块从结构上分类,可分为字符型和点阵型液晶显示模块两种类型。
字符型液晶显示模块是由点阵字符液晶显示器件和专用的行、列驱动器、控制器及必要的连接件,结构件装配而成的,可以显示数字和西文字符。
这种点阵字符模块本身具有字符发生器,显示容量大,功能丰富。
点阵图形液晶显示模块特点是点阵像素连续排列,行和列在排列中没有间隔。
因为可以显示连续、完整的图形。
由于它也是由点阵像素构成的,所以除显示图形外,还可以显示字符。
设计中显示点阵图形,需要选择点阵图形液晶显示模块。
从控制电路角度介绍点阵液晶显示模块的类别和它们的不同。
行列驱动型是一种必须外接专用控制器的模块,该模块只装配有通用的行、列驱动器;行列驱动控制型是一种可以直接与计算机接口,依靠计算机直接控制驱动器的模块;行、列控制型是一种内藏控制器型的点阵图形模块,这种模块不仅装行、列驱动器,而且也装配有专用控制器,这种控制器是液晶驱动器与计算机的接口,它以最简单的方式受控于计算机,接受并反馈计算机的各种信息,经过自己独立的信息处理实现对显示缓冲区的管理,并向驱动器提供所需要的各种信号、脉冲,操纵驱动器实现模块的显示功能。
2.2系统功能
在单片机设计系统中,对每个用户的需求,都必须有相应的用户程序去完成用户功能要求。
就用户程序而言,一般都由用户开发完成。
高级语言功能强,且比较近似于人们日常生活用语习惯,因此比较容易用它编写用户程序。
选择串口通讯方式,只用简单的几根线就可以实现驱动任务,不只可以用51单片机来驱动,改变很少接口设置,就可以用别的单片机来驱动,程序可移植性很强。
本设计要完成的显示内容如下:
显示屏是带字库的,编程实现字库中汉字(宋体16X16)、字符(8X16)、和特殊符号(如:
笑脸、五角星等);
显示自造字(火星文、楷体、黑体等)和自造图形(圆环、笑脸、十字、墙壁);
显示整屏字符移动动画;
用图片取模工具取点阵数据,显示整屏图像;
绘制显示屏任意点;
绘制直线、矩形框、圆形、填充矩形和填充圆形;
创建显示窗口,在窗口内显示规定位置的点、线、矩形、圆;
窗口动态实现画面卷动效果;
全屏点阵显示直线、矩形、圆及椭圆和圆角矩形。
2.3系统设计原则
1.实现用户功能上的需求,用户的需求是系统设计的依据,用户在功能上的需求必须予以实现,系统设计首先要明确的是设计的任务,本文为显示屏要的内容。
2.系统的操作性能要好且便于实现,对嵌入式系统来说,与通用型计算机一样,希望人机界面友好、操作方便,从使用者的角度来说,系统的操作使用越简单越好。
3.低成本、低功耗,使系统具有尽可能高的性价比,这是每一个设计者所追求的目标。
4.可靠性高,系统应用于工业企业的现场,一旦出现故障,有可能使整个生产过程混乱,甚至产生更严重的后果,可靠性是系统设计最重要、最突出的基本要求。
5.通用性好且便于扩展,当某一个系统设计好投入使用后,若遇到后续的类似系统,则可在前面系统设计的基础上增加和减少某些部件,构成新的系统。
第三章系统总体设计
根据系统分析所得出的单片机驱动LCD显示系统,对其进行模块设计,对选择的51单片机ST89C52RC和液晶显示模块YM12864R的功能简介。
进行基本的连线设计。
3.1ST89C52RC单片机简介
简单介绍ST89C52RC单片机的引脚,主要对用到的P1口介绍,对单片机内存空间做简略说明,为写驱动程序时,程序存储区存放点阵图片数据数组和数据区存放屏幕点映射数组奠定基础。
并分析选择51系列单片机的优缺点。
3.1.1功能概述
ST89C52RC是与MCS-51单片机产品兼容的芯片,有32个可编程I/O口线。
P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口,用于传输低8位地址,当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用;
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时,P2口送出高八位地址;
P3口:
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,用于双向传输数据,P3口亦作为特殊功能(第二功能)使用;
RST:
复位输入,晶振工作时,RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位;
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平,对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用,作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
ST89C52RC具有以下标准的内存空间:
8k字节Flash,256字节RAM,2k字节的ROM。
设计中在数据存储区主要用于存放动态变量和屏幕点映射的数组,用户程序存储区用于存放程序和点阵图像数组。
工作电压:
5.5V~3.4V(5V单片机)。
5V单片机频率0~80MHZ,选用晶振频率11.0592MHZ。
3.1.2选型优缺点分析
ST89C52RC是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容[3]。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash使得ST89C52RC为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
该系列产品种类多,兼容性强(外部引线、内部结构、指令系统),在低端应用中还会应用很长时间。
接口复用少,片上集成度比较低,这样控制起来灵活,便于理解。
另外大学课程安排的是8051单片机。
以上为我选择芯片的优势。
在较为复杂的系统中,不宜选用本系列芯片,ST89C52RC运算速度一般,存储容量小,造成对显示屏上所有点做数组映射时出现问题。
3.2液晶显示YM12864R简介
对显示模块引脚进行说明,重点描述串口通讯引脚和通讯方式。
简单介绍设计中用到的指令系统。
深入探讨显示屏地址定义方式,并对这种定义方式如何实现数据传输来达到我们显示效果进行详细阐述,并对地址分配方式优缺点进行分析。
3.2.1模块概述
YM12864R点阵液晶显示模块,可显示汉字及图形,内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。
主要技术参数和显示特性:
电源:
VDD3.3V~+5V(内置升压电路,无需负压);
显示内容:
128列×64行;
LCD类型:
STN;
与MCU接口:
8位或4位并行/3位串行。
3.2.2模块引脚说明
表2.1YM12864R引脚说明一览表
引脚号
引脚名称
方向
功能说明
1
VSS
—
模块的电源地
2
VDD
—
模块的电源正端
3
V0
—
LCD驱动电压输入端
4
RS(CS)
H/L
并行的指令、数据选择信号;串行的片选信号
5
R/W(SID)
H/L
并行的读/写选择信号;串行的数据口
6
E(CLK)
H/L
并行的片选信号;串行同步时钟信号
7~14
DB0~DB7
H/L
并行数据口
15
PSB
H/L
并串口接口选择:
H—并行,L—串行
16
NC
空脚
17
/RET
H/L
复位低电平有效
18
NC
空脚
19
LED_A
—
背光源正极
20
LED_K
—
背光源负极
3.2.3串行通讯
图2.1串行通讯时序
3.2.4部分指令集
指令是实现驱动的基础,显示模块的用户指令集包括基本指令集和扩展指令集[2],本节简单介绍设计过程中用到的指令。
1、清楚显示(01H)
CODE:
RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
L
L
L
L
L
L
L
L
L
H
功能:
清楚显示屏幕,把DDRAM位地址计数器调整为“00H”
2、显示状态开/关
CODE:
RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
L
L
L
L
L
L
H
D
C
B
功能:
D=1:
整体显示ONC=1:
游标ONB=1:
游标位置ON
3、功能设定
CODE:
RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
L
L
L
L
H
DL
X
0RE
X
X
功能:
DL=1(必须设为1)RE=1:
扩展指令集动作RE=0:
基本指令集动作
4、设定CGRAM位址
CODE:
RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
L
L
L
H
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
功能:
设定CGRAM位址到位址计数器(AC)
5、设定DDRAM位址
CODE:
RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
L
L
H
AC6
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
功能:
设定DDRAM位址到位址计数器(AC)
6、读取忙碌状态(BF)和位址
CODE:
RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
L
H
BF
AC6
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
功能:
读取忙碌状态(BF)可确认内部动作是否完成,可以读出位址计数器AC值
7、扩充功能设定
CODE:
RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
L
L
L
L
H
H
X
1RE
G
L
功能:
G=1:
绘图显示ONG=0:
绘图显示OFF
8、设定绘图RAM位址
CODE:
RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
L
L
L
H
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
功能:
设定GDRAM位址到位址计数器(AC)
3.2.5显示坐标关系
图形图像显示坐标:
水平方向X——以字节为单位;垂直方向Y——以位为单位。
汉字显示坐标:
表2.2汉字坐标关系一览表
X坐标
Line1
80H
81H
82H
83H
84H
85H
86H
8
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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