1、甘肅聯合大學學生畢業論文題 目： 基于pc機的LCD實時顯示控制系統設計作 者： 趙斌指導老師： 苑毅電子信息工程 學院 電子系 系電子信息工程技術 專業 10 級 三 年制 （1） 班2013年 3月 20日摘要本文圍繞設計以單片機作為LCD實時顯示系統控制器為主線，基于單片機8051，采用的實時顯示控制器的芯片是SED1520，主要實現中文顯示、滾屏以及左右移動功能。同時也對部分芯片和外圍電路進行了介紹和設計，并附以系統結構框圖加以說明，著重介紹了本系統應用的各硬件接口技術和各個接口模塊的功能及工作過程，并詳細闡述了程序的各個模塊。本系統是以單片機的匯編語言來進行軟件設計，指令的執行速度快

2、，節省存儲空間。為了便于擴展和更改，軟件的設計采用模塊化結構，使程序設計的邏輯關系更加簡潔明了。使硬件在軟件的控制下協調運作。其次闡述了部分程序的流程圖和實現過程。本文撰寫的主導思想是軟、硬件相結合，以硬件為基礎，來進行各功能模塊的編寫。最后對我所開發的用單片機實現LCD實時顯示器控制原理的設計思想和軟、硬件調試作了詳細的論述。關鍵字：單片機、實時顯示、8051、SED1520目錄1 緒論11.1 單片機實時顯示系統設計課題背景41.2 開發單片機實時顯示系統的意義41.3 課題完成的功能42 單片機與C8051F020單片機實驗系統42.1 單片機技術的發展特點i52.2 C8051F020

3、單片機實驗系統ii52.3 CIP-51CPU63 實時顯示控制器KS010873.1 KS0108的特點83.2 KS0108的時序493.2.1 KS0108與68系列微處理器直接接口的時序93.2.2 復位時序103.3 KS0108顯示RAM地址結構104 圖形動態顯示124.1 圖形點陣式實時顯示控制原理124.2程序流程145總結參考文獻15致謝151 緒 論1.1 單片機實時顯示系統設計課題背景單片機實時顯示系統主要是指單片機以及由單片機驅動的點陣式實時顯示屏所組成的一個顯示系統。實時顯示器與CRT（cathode-ray tube，陰極射線管)、LED (light-emitt

4、ing diode，發光二級管)或等離子顯示器相比是一種低功耗的平面顯示器件。它在車內廣告、在型智能廣告、可視電話、儀表盤、空調、洗衣機和其它低功耗電子產品中得到廣泛應用。1.2 開發單片機液晶顯示系統的意義我選擇的單片機實時顯示系統的開發，是基于KS0108實時顯示控制器，在C8051F020單片機實驗系統上實現。利用單片機控制實時顯示系統的原理，完成單片機實時顯示系統的設計。1.3 課題完成的功能所選的單片機實時顯示系統設計，是在C8051F020系統實驗設備上實現的。C8051F020中有內藏KS0108控制器的液晶模塊CGM12864B。KS0108，12864個點陣，與行控制器KS0

5、107配合使用，組成實時顯示驅動控制系統。我最主要是用KS0108來設計圖形動態顯示。2 單片機與C8051F020單片機實驗系統2.1 單片機技術的發展特點自單片機出現至今，單片機技術已走過了近20年的發展路程。縱觀20年來單片機發展里程可以看出，單片機技術的發展以微處理器（MPU，Microprocessor Unit）技術及超大規模集成電路技術的發展為先導，以廣泛的應用領域拉動，表現出比微處理器更具個性的發展趨勢。 單片機壽命長 一般說來，單片機開發的產品可以穩定可靠地工作10年、20年；另外，與微處理器相比，單片機的長壽命表現在它不會像386、486、586等MPU一樣，隨著半導體技術

6、的飛速發展，更新換代的速度越來越快，很短的時間內就被淘汰出局。傳統的單片機如68HC05、8051等年齡已有十幾年的歷史，但產量仍是上升的，這是因為它們在其對相應應用領域的適應性強，并且與之兼容的I/O功能模塊的擴展接口技術也層出不窮。 8位、16位與32位單片機共同發展 這是單片機技術發展的另一個動向。長期以來，單片機技術的發展是以8位機為主的。隨著移動通信、網絡技術、多媒體技術等高科技產品進入家庭，32位單片機應用得到了長足的發展，而16位單片機的發展無論從品種和產量方面，近年來也有較大幅度的增長。 單片機的速度越來越快 MPU發展中表現出來的速度越來越快是以時鐘頻率越來越高為標志的。而單

7、片機則有所不同，為提高單片機抗干擾能力，降低噪聲，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術發展之追求。一些8051單片機兼容廠商改善了單片機的內部時序，在不提高時鐘頻率的條件下，使運算速度提高了許多。 單片機還有低電壓與低功耗、低噪聲與高可靠性技術等特點。2.2 C8051F020單片機實驗系統C8051F020器件是完全集成的混合信號系統級MCU（微程序控制器）芯片，具有64個數字I/O引腳。下面列出了一些主要特性：高速、流水線結構的8051兼容的CIP-51內核(可達25MIPS（Million Instructions Per Second, 每秒百萬條指令)）全速、非侵入式的在系統調試

8、接口(片內)真正12位、100ksps的8通道ADC,帶PGA和模擬多路開關兩個12位DAC,可編程更新時序64K字節可在系統編程的FLASH存儲器4352(4096+256)字節的片內RAM可尋址64K字節地址空間的外部數據存儲器接口硬件實現的SPI、SMBus/I2C和兩個UART串行接口5個通用的16位定時器具有5個捕捉/比較模塊的可編程計數器/定時器陣列片內看門狗定時器、VDD監視器和溫度傳感器每個MCU都可在工業溫度范圍(-45+85)內用2.7V3.6V的電壓工作。端口I/O、/RST、和JTAG引腳都容許5V的輸入信號電壓。C8051020為100腳TQFP封裝(見圖2.1)。圖

9、2.1 C8051F020原理框架2.3 CIP-51CPU與8051完全兼容C8051F020系列器件使用Cygnal的專利CIP-51微控制器內核。CIP-51與MCS-51指令集完全兼容,可以使用標準803x/805x的匯編器和編譯器進行軟件開發。CIP-51內核具有標準8052的所有外設部件，包括5個16位的計數器/定時器、兩個全雙工UART、256字節內部RAM、128字節特殊功能寄存器(SFR)地址空間及8/4個字節寬的I/O端口。速度提高CIP-51采用流水線結構，與標準的8051結構相比指令執行速度有很大的提高。在一個標準的8051中，除MUL和DIV以外所有指令都需要12或2

10、4個系統時鐘周期，最大系統時鐘頻率為1224MHz。而對于CIP-51內核，70的指令的執行時間為1或2個系統時鐘周期，只有4條指令的執行時間大于4個系統時鐘周期。可編程計數器陣列除了5個16位的通用計數器/定時器之外，C8051F020 MCU系列還有一個片內可編程計數器/定時器陣列（PCA）。PCA包括一個專用的16位計數器/定時器時間基準和5個可編程的捕捉/比較模塊。時間基準的時鐘可以是下面的6個時鐘源之一：系統時鐘/12、系統時鐘/4、定時器0溢出、外部時鐘輸入（ECI）、系統時鐘和外部振蕩器源頻率/8。3 實時顯示控制器KS0108KS0108是一種帶有驅動輸出的點陣型實時顯示控制器

11、，它可直接與8位微處理器相連，它可與KS0107配合對實時顯示控制器進行行、列驅動，組成實時顯示驅動控制系統。3.1 KS0108的特點(1).內藏6464=4096位顯示RAM，RAM中每位數據對應LCD屏上一個點的亮、暗狀態；(2).KS0108是列驅動器，具有64路列驅動輸出；(3).KS0108讀、寫操作時序與68系列微處理器相符，因此它可直接與68系列微處理器接口相連；(4).KS0108的占空比為1/481/64；(5).具有專用指令集，可完成文本顯示或圖形顯示的功能設置，以及實現畫面滾動、光標、閃爍和位操作等功能；(6).KS0108可管理64KB顯示RAM。其中，圖形方式為64

12、KB；字符方式為4KB。KS0108的管腳見圖3.1所示：圖3.1 KS0108管腳圖KS0108的引腳功能見表1表1 引腳功能引腳符號狀態引腳名稱功能CS1，CS2，CS3輸入芯片片選端CS1和CS2低電平選通，CS3高電平選通E輸入讀寫使能信號在E下降沿，數據被鎖存（寫）入KS0108；在E高電平時，數據被讀出R/W輸入讀寫選擇信號R/W=1，為讀選通；R/W=0為寫選通RS（也習慣叫做D/I）輸入數據、指令選擇信號RS=1為數據操作RS=0為寫指令或讀狀態DB0-DB7三態數據總線RST輸入復位信號低電平有效，復位信號有效時，關閉液晶顯示，使顯示起始終不渝行為0，RST可跟MPU相連，由

13、MPU控制；也右直接接VDD，使之不起作用。3.2 KS0108的時序43.2.1 KS0108與68系列微處理器直接接口的時序各種信號波形對照見表2：表2 信號波形MPU讀時序見圖3.2：圖3.2 讀時序MPU寫時序見圖3.3：圖3.3 寫時序3.2.2 復位時序復位后，KA0108顯示關閉，顯存地址歸零。復位條件見表3和圖3.4：表3 復位條件項目符號最小值典型值最大值單位復位時間Trs1.0微秒上升時間Tr200納秒圖3.4 復位條件3.3 KS0108顯示RAM地址結構KS0108中的顯示RAM共有64行，64列，其結構見圖3.5圖3.5 顯示RAM地址結構4 圖形動態顯示4.1 圖形

14、點陣式液晶顯示控制原理C8051F020實驗板中使用的是內置實時顯示模塊CGM12864B的液晶屏。CGM12864B內部沒有振蕩器電路，它必須由外部提供一個時序發生器作為振蕩源方可工作，它由兩片帶有64列驅動控制器KS0108和一片帶有64行驅動控制器KS0107組合而成。另外還可以附加負壓發生電路。顯示是以一12864 個點的液晶屏顯示。圖形實時顯示模塊KS0108將顯示區分為左右半屏，整個屏從上到下64 行分為8 頁，每頁8 行，頁地址范圍為：B8HBFH。列地址范圍為：40H7FH。數據為縱向讀寫，即每頁的第一行對應D0 第八行對應D7。左、右半屏由CS1、CS2選擇。控制器KS010

15、8 的指令相對簡單，總共七條指令：顯示開關設定（3EH/ 3FH），顯示起始行設定（C0H /FFH），頁地址設定（B8H/ BFH），列地址設定（40H/ 7FH）狀態讀取，寫數據，讀數據。12864點陣式液晶模塊的邏輯圖見圖4.14圖4.1 液晶模塊邏輯圖4.2 液晶顯示模塊外部接口外部接口信號見表11表11 外部接口信號管腳號管腳名稱LEVER管腳功能描述1Vss0電源地2Vdd+0.5V電源電壓3V0液晶顯示器驅動電壓4D/IH/LD/I=“H”，表示DB7DB0為顯示數據D/I=“L”，表示DB7DB0為顯示指令數據5R/WH/LR/W=“H”，E=“H”數據被讀到DB0DB7R/W

16、=“H”，E=“HL”數據被寫到IR或DR6EH/LR/W=“L”，E信號下降沿鎖存DB7DB0R/W=“H”，E=“H”DDRAM數據讀到DB7DB07DB0H/L數據線8DB1H/L數據線9DB2H/L數據線10DB3H/L數據線11DB4H/L數據線12DB5H/L數據線13DB6H/L數據線14DB7H/L數據線15CS1H/LH：選擇芯片（右半屏）信號16CS2H/LH：選擇芯片（左半屏）信號17RSTH/L復位信號，低電平復位18Vee-10VLCD驅動負電壓19LED-LED背光板電源20LED+-LED背光板電源12864A接口定義及其與C8051F020的接口電路圖見圖4.2

17、圖4.2 接口電路KS0108采用8位數據傳送，間接控制方式。所謂間接控制方式就是通過單片機的并行接口與實時顯示模塊直接連接，單片機通過對這些接口的操作，實現對實時顯示模塊的控制，完成相應的顯示，可以顯示數字、字母、圖形符號及自定義符號。使用LCD做數據顯示，一旦數據寫入LCD，數據就會一直顯示在液晶屏上，不必像數碼管顯示那樣要定時掃描才能將數據顯示，其顯示效果遠遠超過數碼管顯示。4.3 程序流程程序流程見圖4.2和圖4.3初始化時鐘初始化定時器0初始化IO口初始化SPIO使能比較器1使能片內參考電壓使能DAC0開中斷調用顯示子程序開始結束圖4.2 主程序流程圖實現位圖左右移動靜態顯示文字實現

18、位圖上下滾動靜態顯示位圖字符從右向左移動字符從上到下移動開始5 總結實時顯示器（LCD）具有圖形顯示功耗低、體積小、質量輕、超薄等諸多其它顯示器無法比擬的優點，被廣泛用于智能型儀器和低功耗電子產品中。圖形點陣式LCD不僅可以顯示字符、數字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實現屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本特征顯示等功能，用途十分廣泛。本文介紹采用新華龍分司的內置兩片KS0108驅動控制器的點陣型實時顯示模塊CMG12864B與C8051F020接口的性能特點、硬件電路接口時序和接口軟件編程思路及其接口調試。DSP（數字信號處理）系統液晶模塊的使用，在硬件方面，關鍵要滿足實時的接口時序：在軟件方面，要正確進行初始化。這樣就可以隨心所欲顯示信息了。致 謝首先，我要感謝我的導師苑毅老師。我的論文自始至終都是在苑老師的關心和指導下完成的。苑老師嚴謹的研究作風，謙虛的工作態度深深地感染了我，讓我在畢業論文設計的路上始終能夠健康成長。在此，我對苑老師對我的培養、教育、關心和愛護表示我深深的謝意。 參考文獻1李朝青.單片機原理及接口技術M.北