图形点阵液晶显示模块与单片机的接口设计
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图形点阵液晶显示模块与单片机的接口设计
摘要：本文介绍以AT89S52单片机为控制核心，以LCD12864液晶作为屏幕的显示模块。
简述了显示模块的制作工艺过程，采用C语言编程，驱动液晶模块实现并行传输的字符、汉字以及图形显示，阐述了LCD12864液晶显示模块与单片机AT89S52的并行接口电路和软件编程方法，通过protel连接电路制成PCB板，在经过C语言驱动液晶显示，从而显示制作者所要显示的内容。
该模块硬件结构简单、功能齐全，工作稳定，可完成目前绝大部分设备的显示工作。
关键字：AT89S52单片机 LCD12864液晶显示模块 protel电路设计软件
中图分类号：TN141.9
1. 引言
在电子行业中，越来越多的产品开始重视人机信息交换的输入输出设备。
其中高像素液晶屏也越来越被广泛的采用。
手机、GPS、PDA等电子设备均已使用320*240或更高像素的18位色屏幕。
而目前大学生设计电子产品或毕业论文中常采用的显示电路却是LED数码管，显然已跟不上时代的发展。
文本设计的LCD12864液晶显示模块可提供大部分电子产品及电器的显示功能。
MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。
虽然目前51系列单片机已无法满意目前某些功能或环境的要求，但是51系列的单片机仍旧是最为成功的单片机芯片，它的影响力仍旧延续到现在，以致于被越来越多的人所认识。
而从目前市场价格及普及程度等多方面因素考虑，本文采用AT89S52单片机作为显示模块的控制核心。
目前众多电子类产品用于显示功能常用到数码管LED与液晶LCD。
虽然数码管LED的结构简朴、显示方便，但是功能比较单一，已无法满意科技进步而产生的显示要求。
并且LED 常用到动态显示，在复杂的系统中十分耗费系统资源，已逐渐被淘汰。
而在LCD方面，常见的有LCD1602，LCD12232，LCD12864等。
LCD1602可以在LCD显示屏上完整显示32个英文字符和日文等一些字符适合显示英文文字信息量较小的地方。
可以应用在计算器、频率计、时钟等产品上。
LCD12232也只适合文字量较少的场合。
而LCD12864的分辨率达到了128*64，对于16*16的字体可显示4行8列，已能满意大部分设备显示的要求。
LCD12864在市场上主要分为两种，一种采用st7920控制器，它一般带有中文字库字模，价格略高一点。
另一种是采用KS0108控制器，它只是点阵模式，不带字库。
而本文无需专门显示文本，且菜单文字比较简朴。
因此采用常见的KS0108控制器的LCD12864来完成显示模块的设计。
2．实验仪器设备
液晶显示模块12864、52驱动系统、直流电压源（+5V，内正外负）、电烙铁等
3. LCD12864的显示
3.1 点阵LCD的显示原理
液晶屏上如何显示一些汉字或图画，这也许是所有LCD12864初学者都最先思索的一个问题。
在数字电路中，所有数据都是由0和1保存的，同样LCD也利用了这一方法。
在点阵LCD上显示的只有两种颜色，因此可利用0和1来表示这两种颜色。
假设空格是由16*16个0组成的，在显示16*16的字体时，将其中某些点置为1便可在视觉上形成一个汉字，这些
二进制数称为代位码。
而这些由0和1转换而成的16进制数据便是字模。
不同的汉字有不同的字模，相同的汉字不同的字体也有不同的字模。
而将字模设为16*16像素是因为这样基本可以将汉字显示清晰准确，更高像素则更为清晰准确，但是却更多地占用了LCD的面积。
与汉字不同的是，一个字符只需要16*8的像素便即可。
如何将这16*16或者16*8个0、1保存下来是初学者所需要了解的，假设要在 LCD12864屏幕上准确准确的显示出汉字，则需要将16*16的汉字分为两行，每行由16列组成，这16列每列存在8个点，用2位16进制数（8位二进制数）表示这8个点，16个16进制数可表示1行，32个16进制数则能表示整个汉字。
通过LCD12864，则可将这些字模信息还原成汉字或图像。
3.2 LCD的硬件连接
LCD12864的管脚共有20个之多，但是连接的电路并不复杂。
但是需要注重的是LCD的电源共有2组，一组是用于驱动LCD显示，另一组用于背光显示。
可将这两组连在一起或者背光电源省略。
另外有个输入管脚V0需要接入LCD调整电压来调节对比度。
通常刚使用液晶时的问题是由此引起的，对比度过高于或过低均会使屏幕无法正常显示。
它可接10K-20K 电位器的调整端，电位器两端分别接至VDD与VEE。
目前市场上某些LCD12864的对比度可由单片机操作其寄存器调节，可根据不同的条件进行选择。
其余的端口均连接至单片机。
本文将IO口DB0-DB7连接至P2口，RS、RW、E分别连接至P1.0至P1.2，如图1。
图1 12864-单片机硬件接口连接图
3.3 LCD12864的显示
使用LCD12864时，需要对其寄存器以及功能器件有所了解。
寄存器包括指令寄存器以及数据寄存器。
通过对这两个寄存器的操作可改变LCD的显示方式和显示内容。
在LCD12864中存在行地址、列地址、以及页地址，而这些地址是由LCD中的地址计数器记录的。
如果需要在屏幕上第二行开头空两格显示多个汉字，则先要向指令寄存器写入这几个字的位置，然后将其字模按序存入。
前面提到过，一个字由两行数据组成，而这每一行所在的地址则是页地址，LCD12864共有8个页地址。
因此屏幕上第二行显示汉字则需要将页地址设置为2（页地址0和1分别为第一行字的所在的上下部分），显示这些汉字的上半部分，然后再设置为3显示下半部分。
行地址绝大部分情况下设置为0，它的作用是设置屏幕显示的起始行，实现屏幕的上下滚动功能可循环设置这一地址。
也可直接设置行地址来控制字体上下的位置。
开头空两格则可设置列地址来完成，可将列地址设置为32。
而这一行文字的其余列的列地
址并不需要手动设置，LCD中的Y地址计数器可自动加1。
对应页地址计数的还有X地址计数器与对应行地址计数的Z地址计数器。
XY地址计数器是一个9位计数器，高3位是X地址计数器，低6位为Y地址计数器，是作为DDRAM的地址指针，X地址计数器为DDRAM的页指针，Y地址计数器为DDRAM的Y地址指针。
而这里的DDRAM是存储图形显示数据的，用于存储单片机送入的点阵信息。
另外同样重要的还有液晶的指令系统与时序。
只有了解了指令系统才能准确的设置读与写操作，才能准确的设置行地址、列地址以及页地址。
而时序的设置直接决定了显示能否成功。
不同的晶振需要不同的延时来保证时序的准确（本文采用24M晶振）。
相关的指令代码与时序图这里不再展开。
3.4 12864显示模块单片机硬件制作工艺过程
图二为PCB板的制作过程：
图二 12864显示模块单片机硬件制作工艺流程
4. 软件设计
4.1 LCD底层接口驱动程序
底层驱动主要包含4个子程序，分别为LCD的初始化子程序init，写指令子程序inst，写数据子程序wdata，判断忙子程序bf。
LCD的初始化包含对LCD的复位与关开显示，其他读写子程序大同小异，其中对液晶操作的三个延时子程序；语句以确保时序的准确性。
对于液晶的读写均用到空闲状态检测以保证液晶的正常显示。
程序流程图如图2。
图2 程序流程图
5. 调试的结果
5.1 显示结果
通过单片机硬件的设计与制作及C语言的驱动以及取膜软件的取膜，最后可以得到所需要的图形和文字：
6．总结
在单片机与液晶的接口设计中，关键是要满足液晶的时序要求实现液晶的显示，软硬件同等重要。
在软件编程中，关键是要进行正确的初始化、操作及写入显示内容的代码，以上的接口电路和相应的程序已通过调试，并在实际中得到应用。
同时硬件要合理设计电路，电路布线合理正确，同时在焊接的过程中避免出现虚焊，焊接不良等不正确不合理的焊接，这样才能得到所显示的内容，同时由于12864液晶显示的诸多优点，如12864液晶显示屏不仅
能显示连续的汉字、字符，而且能读取GDRAM中的内容实现图形和曲线的显示等，人机接口更加友好，图形显示更加流畅，因此其应用也将越来越广泛。
参考文献
【1】刘银春.平板显示技术课程设计实验指导书福建农林大学出版社.
2010
【2】李广第.单片机基础. 北京:北京航空航天大学出版社.1994.
【3】远飞基于单片机和MGLS12864显示模块的液晶显示系统设计电子元器件应用2009年第1期。
