段新燕

(長(zhǎng)沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程系，湖南長(zhǎng)沙 410000)

單片機(jī)液晶顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

段新燕

(長(zhǎng)沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程系，湖南長(zhǎng)沙 410000)

以C8051F單片機(jī)和液晶顯示控制器KS0108為核心，設(shè)計(jì)了單片機(jī)控制的液晶顯示系統(tǒng)。重點(diǎn)研究了圖形的動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)，介紹了液晶顯示模塊的硬件、軟件特性。文中設(shè)計(jì)的電路在C8051F020單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

單片機(jī);液晶顯示器;圖形動(dòng)態(tài)顯示;KS0108;C8051F020

單片機(jī)液晶顯示系統(tǒng)主要是指單片機(jī)控制的點(diǎn)陣型液晶顯示器(LCD)所組成的顯示系統(tǒng)。點(diǎn)陣型LCD不僅可顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，且可以實(shí)現(xiàn)屏幕畫面滾動(dòng)、分區(qū)開窗口、反轉(zhuǎn)、閃爍、位操作等功能，可以顯示用戶自定義的任意符號(hào)及曲線、圖形等，是信息處理、信息輸出的重要手段，具有廣泛的應(yīng)用前景。文中所闡述的單片機(jī)液晶顯示系統(tǒng)，是在C8051F系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的。該仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所使用的液晶顯示控制器為KS0108。

1 液晶顯示控制器KS0108

KS0108是帶顯示存儲(chǔ)器的液晶顯示列驅(qū)動(dòng)控制器。其特點(diǎn)是內(nèi)置64×64位的顯示存儲(chǔ)器，顯示屏上各像素點(diǎn)的顯示狀態(tài)與顯示存儲(chǔ)器的各位數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，顯示存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)直接作為圖形顯示在驅(qū)動(dòng)信號(hào)上。顯示數(shù)據(jù)為1，相應(yīng)的像素點(diǎn)就作顯示;顯示數(shù)據(jù)為0，相應(yīng)的像素點(diǎn)就不作顯示。同時(shí)KS0108配備了一套顯示存儲(chǔ)器的管理電路與計(jì)算機(jī)接口電路，允許計(jì)算機(jī)直接訪問顯示存儲(chǔ)器，即KS0108可以直接與計(jì)算機(jī)的總線連接。但KS0108不能獨(dú)立工作，因?yàn)槠浔旧聿荒苌娠@示時(shí)序，所以KS0108需要與相應(yīng)的帶振蕩器和顯示時(shí)序發(fā)動(dòng)器的行驅(qū)動(dòng)器KS0107配套才能形成一個(gè)完整的液晶驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)。

1.1 液晶顯示原理

在小規(guī)模點(diǎn)陣液晶顯示模塊上使用液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器組成液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是非常有益的。這使得液晶顯示模塊的硬件電路簡(jiǎn)單化，從而降低模塊成本。但同時(shí)也提高了對(duì)軟件功能的要求，許多顯示功能都需要由軟件編制而成。KS01087就是這類液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器的套件。

1.2 KS0108的電路特性

液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電顯示為黑色，這樣即可顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示等特點(diǎn)，目前已廣泛用于便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等領(lǐng)域。

(1)KS0108的主要特性如下。內(nèi)藏64×64=4 096位顯示RAM，RAM中每位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)LCD屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)。KS0108是列驅(qū)動(dòng)器，具有64路列驅(qū)動(dòng)輸出。KS0108讀、寫操作時(shí)序與68系列微處理器相符，可直接與68系列微處理器接口相連。KS0108的占空比為1/48～1/64。KS0108可管理64 kB顯示RAM。其中，圖形方式為64 kB。字符方式為4 kB;工作溫度:－20～+60℃，存儲(chǔ)溫度:－30～+70℃。

(2)KS0108的操作時(shí)序圖，如圖1所示。

圖1 KS0108的操作時(shí)序

1.3 液晶顯示模塊的軟件特性

了解KS0108圖形液晶顯示模塊的電路特性后，要使用內(nèi)置KS0108圖形液晶顯示模塊還需要了解其軟件特性，即KS0108的指令功能，才能較好地應(yīng)用內(nèi)置KS0108圖形液晶顯示模塊。KS0108共有7條指令。KS0108的指令系統(tǒng)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，以表1所示讀狀態(tài)指令的詳細(xì)解釋其功能如下。

該指令用來查詢KS0108的狀態(tài)，各參量含義如下。

BUSY:1－內(nèi)部在工作;0－正常狀態(tài)。

ON/OFF:1－顯示關(guān)閉;0－顯示打開。

REST:1－復(fù)位狀態(tài);0－正常狀態(tài)。

在BUSY和REST狀態(tài)時(shí)，除讀狀態(tài)指令外，其余指令均未對(duì)KS0108產(chǎn)生作用。在對(duì)KS0108操作之前要查詢BUSY狀態(tài)，以確定是否可對(duì)KS0108進(jìn)行操作。

2 液晶顯示模塊12864的應(yīng)用

內(nèi)置KS0108點(diǎn)陣型液晶顯示模塊與單片機(jī)的連接方式有兩種，一種為直接訪問方式，另一種為間接控制方式。下面以間接控制為例，描述其硬件電路和驅(qū)動(dòng)程序。

2.1 硬件電路

間接控制方式是單片機(jī)通過自身的并行接口與液晶顯示模塊連接。通過對(duì)接口的操作，以達(dá)到對(duì)液晶顯示模塊的控制。實(shí)現(xiàn) KS0108液晶顯示模塊與C8051F020的接口電路圖，如圖2所示。

圖2 液晶顯示模塊接口電路圖

2.2 程序設(shè)計(jì)

(1)圖形編碼。一般常用點(diǎn)陣液晶顯示模塊的字模是直接從系統(tǒng)字庫中提取的，然后經(jīng)過格式上的調(diào)整和轉(zhuǎn)換，可得到欲顯示的字模。在設(shè)計(jì)中，所用的顯示部分不是從字庫中提取字模，而是采用一個(gè)字模軟件來取模，將圖形點(diǎn)陣轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)內(nèi)部顯示緩沖單元的數(shù)據(jù)。在使用KS0108圖形方式時(shí)，顯示緩沖區(qū)單元與顯示屏的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示。

圖4所示的顯示格式與本身的習(xí)慣正好相反，如想在顯示屏上顯示10010110，則須向RAM中寫入01101001。這適應(yīng)人的習(xí)慣，在字模軟件取模時(shí)設(shè)置字節(jié)倒序。在取模時(shí)，須設(shè)置取模參數(shù)，縱向取模、字節(jié)倒序。例如圖4是128×64個(gè)像素的圖形。

圖3 顯示緩沖區(qū)單元與顯示屏的關(guān)系

圖4 圖形128×64個(gè)像素

(2)圖形動(dòng)態(tài)顯示。

在圖形動(dòng)態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)中，以圖形從左向右移動(dòng)為例。圖形從左向右移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，圖形從左向右移出的思想是左右兩片KS0108分開驅(qū)動(dòng)，根據(jù)左邊的起始列地址，推算出右邊的第一列對(duì)應(yīng)圖形字模中數(shù)據(jù)地址。先驅(qū)動(dòng)左邊的KS0108列起始地址0xB8+i(0≤i＜64)，再驅(qū)動(dòng)右邊的 KS0108。當(dāng) i≥64時(shí)，不需要驅(qū)動(dòng)左邊KS0108，只需驅(qū)動(dòng)右邊的KS0108，右邊的KS0108列起始地址為0xB8+i－64。

(3)程序流程。主程序和圖形顯示測(cè)試程序流程圖分別如圖5和圖6所示。

圖5 主程序流程圖

3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真

系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是在C8051F020單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行的仿真。在確認(rèn)連線已連接時(shí)，接通仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電源，將撥碼開關(guān)S1和S2置于ON位置。在IDE(Integrated Development Environment)中建立一個(gè)新的項(xiàng)目文件，將程序加到這個(gè)項(xiàng)目文件中，編譯連接后，將程序下載到C8051F020中。打開RAM觀察窗口，運(yùn)行程序。程序運(yùn)行時(shí)，可單步執(zhí)行或在送數(shù)指令后加斷點(diǎn)觀察RAM存儲(chǔ)單元的變化，觀察結(jié)果是否正確。

圖6 LCD測(cè)試流程圖

C8051F020單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的液晶顯示屏的點(diǎn)陣是128×64點(diǎn)。在C8051F020系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱上的液晶顯示屏上，其實(shí)現(xiàn)了這些圖形動(dòng)態(tài)顯示，特設(shè)計(jì)了幾個(gè)顯示場(chǎng)景，這里以從左向右移動(dòng)為例;圖7是用數(shù)碼相機(jī)抓拍的圖形動(dòng)態(tài)顯示效果畫面。在這個(gè)場(chǎng)景中，圖形是從左向右推出的，一直移動(dòng)到顯示屏最右端。仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果完全達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)。

圖7 圖形動(dòng)態(tài)顯示效果

4 結(jié)束語

就C8051F單片機(jī)和液晶顯示控制器KS0108為核心，設(shè)計(jì)了單片機(jī)控制的液晶顯示系統(tǒng)。重點(diǎn)研究了圖形的動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)，介紹了液晶顯示模塊的硬件和軟件特性。所設(shè)計(jì)的電路在C8051F020單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

［1］李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1999.

［2］吳金戌.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2001.

［3］徐飛.單片機(jī)接口技術(shù)及其在工業(yè)控制中的應(yīng)用［M］.西安:陜西電子編輯部，1991.

［4］薛棟梁.MCS－51/151/251單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［5］劉樂善.微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2000.

［6］冀誠電子有限公司.KS0108使用手冊(cè)［EB/OL］.(2005－01－18)［2012－04－10］http://www.gemtech－h(huán)b.com.

Design of a Liquid Crystal Display System for the Single Chip Microcomputer

DUAN Xinyan
(Department of Engineering，Changsha Vocational and Technical Collage，Changsha 410000，China)

This article introduces the C8051F single-chip micro-computer and the LCD controller KS0108.U-sing them as the core，we have designed the single-chip micro-computer LCD system.In the thesis，we put emphasis on the technology of graphic dynamic display，and describe the LCM's hardware and software features.The circuit that we have designed is emulated in the C8051F020 single-chip micro-computer emulation experiment system.That experimental result shows that we have achieved the expected goal in the design.

single-chip micro-computer(SCM);LCD;graphic dynamic display;KS0108;C8051F020

TN873+.93

A

1007－7820(2012)08－013－04

2012-05-04

段新燕(1974—)，女，講師。研究方向:機(jī)電一體化。