/摘要本論文設計了一種基于單片機AT89S52的中壓同步開關控制器系統，并且應用于斷路器的智能化控制來提高電力設備的壽命和系統的穩定性。本文重點論述了中壓同步開關控制器控制單元的工作原理、主要器件選擇、電路單元設計。本設計以AT89S52單片機為控制核心，對斷路器參數信號進行采集，而后將信號傳給人機接口的微處理器SED1335，處理器之間通過串口通信把所反饋的各種數據傳輸后在LCD上進行顯示,然后通過鍵盤操作發出斷路器在既定相位分合閘命令，通過控制器對斷路器實現同步分合的控制操作，顯示單元采用DC-DC變換芯片34063AP1實現對液晶顯示屏對比度的調節。本設計采用特殊的器件和KeilC51進行編程以保證系統的功能穩定和準確，最終實現了在友好的人機對話平臺下對斷路器同步分合閘的智能控制。本文主要描述的是硬件部分的設計。關鍵詞：單片機，智能化控制，中壓同步開關控制器，SED1335，電路單元設計AbstractInthispaper,thedesignofasingle-chipAT89S52basedonthemediumvoltagesynchronousswitchingcontrollersystem,andintelligentcontrolofcircuitbreakersusedtoimprovethelifeofelectricalequipmentandsystemstability.Thisarticlefocusesonthemediumvoltagesynchronousswitchcontrollercontrolunitoftheworkingprinciple,themaindeviceselection,circuitdesignmodule.ThedesignusesasinglechipAT89S52forthecontrolofthecoreparametersofthecircuitbreakersignalacquisition,andwillsignalthemicroprocessortotheman-machineinterfaceSED1335,serialcommunicationbetweenprocessorsbyfeedbacktoavarietyofdatatransmissioncarriedoutintheLCDdisplay,andthensentthroughthekeyboardsub-phasecircuitbreakerswitchontheestablishedorder,throughthecontrollertoachievesynchronizationofthecircuitbreakercontroldivisionoperation,displayunitusingDC-DCconversionchipontheLCDscreentoachieve34063AP1contrastadjustment.ThespecialdesignofprogrammablelogicdevicesandtheKeilC51programmingsystemtoensurestableandaccurate,andtheeventualrealizationofthehuman-computerdialogueinafriendlyplatformonthecircuitbreakerswitchontheintelligentcontrol.Thispaperdescribesthedesignofhardware.Keywords:microcontroller,intelligentcontrol,mediumvoltagesynchronousswitchingcontroller,SED1335,circuitdesignmodule目錄摘要I第一章綜述41.1課題背景41.2課題目的和意義41.3課題任務51.4容概要6第二章方案選擇與論證72.1系統總體方案設計描述72.2單元模塊設計方案72.2.1鍵盤單元72.2.2微處理器MCU82.2.3顯示單元82.3單元模塊方案選擇策略82.3.1微處理器MCU的選擇92.3.2鍵盤訪問方式的選擇92.3.3顯示單元選擇9第三章主要元器件簡介103.1AT89S52單片機簡介103.1.1單片機的基本概念103.1.2AT89S52主要性能參數103.1.3AT89S52引腳圖113.1.4AT89S52功能特性概述113.1.5AT89S52方框圖113.2LCD顯示控制器SED1335簡介143.2.1SED1335功能簡介143.2.2SED1335硬件組成14第四章單元模塊設計164.1單片機外圍接口電路設計164.2鍵盤電路設計174.3LCD顯示控制模塊設計174.3.1MCU與LCD引腳連接關系194.3.2SED1335接口部分簡介194.3.3SED1335控制部分簡介204.3.4SED1335驅動部分簡介214.3.5SED1335控制命令簡介224.3.6SED1335屏幕結構304.4DC-DC轉換器設計324.4.1DC-DC轉換器的概念324.4.2LCD對比度控制設計32第五章軟件設計335.1軟件結構設計335.2軟件設計流程335.3軟件調試34第六章總結與展望34致35參考文獻36附錄37附一：電路原理圖37綜述1.1課題背景進入21世紀，單片機已滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以與程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。

單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理與過程控制等領域。1.2課題目的和意義本案例是單片機在智能化控制領域的具體應用。用單片機可以構成形式多樣的控制系統、數據采集系統。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統，與計算機聯網構成二級控制系統以與本文介紹的中壓同步開關人機接口系統等。傳統的中壓斷路器的操作機構主要采用電磁機構和彈簧機構等，傳統的操作機構通常是由復雜的傳動機構組成的機械系統，運動時間分散性大，運動可控性差、響應速度慢，因而難以實現機械運動的精確控制，而利用永磁機構可以提高操作精度，達到微秒量級，實現同步分合得目的。同步分合技術是指斷路器動靜觸頭在控制系統控制下，在系統電壓波形的指定相角處關合，使得空載變壓器、電容器和空載電路等電力設備在對自身和系統沖擊最小的情況下投入電力系統的一種智能控制技術。同步分合技術可以降低分合閘操作過程中的過電流和過電壓，從而可以提高電力設備的壽命和系統的穩定性。同步分合技術的概念已經提出許多年了。由于補償電容器投切時的暫態過程與系統電壓和電流的相交密切相關，所以選擇相分、合閘可以有效抑制這一過程中的過電壓和涌流。這就要求投切電容器的開關分、合閘時間穩定，分散性必須小于1ms，且三相都有各自的操動機構。傳統操動機構傳動環節多，累計運動公差大，使其響應動作時間分散性很大，無法實現分合閘時刻電壓或電流相角的準確定位，從而制約了同步分合技術的發展。近年來，隨著電力電子、微電子、數據處理、光電傳感技術的飛速發展，尤其是永磁操動機構的應用，為同步開關的研制提供了有利條件。永磁機構將電磁機構和永久磁鐵有機地組合起來，無需傳統的機械脫扣，鎖扣裝置，所以零部件少，動作時間分散性小，特別是它可以由電子電路（控制器）進行驅動，動作準確度可達1ms并能通過軟件實現在任何目標相位上的分合閘操作。同步操作一般是在零電壓時關合，零電流時分斷（電流自然過零，而不是強迫過零時分斷），如果能做到這一點，斷路器的分斷能力就可以大大提高，同時對電網造成的過電壓也可大大降低。如一臺低成本得負荷開關若能保證在電流接近零時快速分開出頭，就可以分斷相當大的短路電流；在關合電容器組時，如果能選相合閘，就可以避免系統的不穩定，克服容性負載的合閘涌流與過電壓。中壓同步開關控制器最主要的操作就是同步分、合閘，而這些事件都需要微控器來記錄，并且顯示出來。同步開關控制器得微處理器負責采集分、合信號與記錄參數，并同時采集波形信號，然后傳給人機接口的微處理器，這個過程就需要微處理器之間的通信。處理器之間通過串口通信把我們所需要的數據傳輸后在顯示單元上顯示出來。同時，操作用戶不僅需要看到所記錄的數據與波形，還需要對同步開關控制器進行某些參數的設置。這就涉與到數據的雙向傳輸。所以，設計出人機接口單元是整個控制系統成功的關鍵。本設計就針對中壓同步開關控制器系統，設計其人機接口單元，實現同步開關控制器的動作控制、操作顯示，同時對其進行數據的收發、控制、顯示。為用戶提供一個良好的人機操作界面。當用戶在所需要的菜單下對其進行操作時，只要在控制面板上按下相應的按鍵進行操作時，顯示單元就會顯示出相應的容。并且對控制器發送指令，進行控制操作。用戶不必知道控制器到底是如何操作得就可以完全進行控制，由于有良好的人機接口，用戶更不需要知道具體操控過程。1.3課題任務中壓同步開關控制器人機接口單元設計的要求如下：實現同步開關控制器的動作控制、操作顯示。能進行數據的收發、控制和顯示。設計一個良好的人機操作界面。顯示界面實現菜單的翻頁與滾動條的上下移動。1.4容概要本文共分為五章：第一章綜述主要講訴了中壓同步開關的發展歷程和發展趨勢，第二章主要介紹了方案的設計和器件的選擇，第三章對本設計所要用到主要器件的參數進行了簡要的介紹，作為本論文的重點，第四章對本設計中中壓同步開關控制器硬件部分各單元模塊功能和其具體實現過程進行了詳細的描述，同時給出了具體的版圖設計，本文的最后一章，也就是第五章是總結和展望，主要對整個設計過程中的收獲進行簡短的總結，并提出設計有待改進之處以與單片機相關領域發展趨勢的展望。第二章方案選擇與論證2.1系統總體方案設計描述人機接口需要人為地輸入控制命令，經過MPU處理，最后在顯示單元把需要的東西顯示出來。用戶選擇所需要的命令選項，MCU就實時執行相應的處理程序。同時，還需要通過按鍵修改參數值，具體做法是：按一下增加按鍵，數字從當前顯示值自動加1，當按下減少按鍵時，當前數字就自動減1.MCU:MCU(MicroControllerUnit)中文名稱為微控制單元。通過分析，對系統總體方案的設計可以做出以下框圖，如圖2-1所示圖2-1總體設計框圖從系統框圖可以看出，本系統主要由三大模塊組成：鍵盤模塊：完成控制命令輸入。MCU模塊：完成運算和信號處理。顯示模塊：顯示數據和過程2.2單元模塊設計方案2.2.1鍵盤單元由于要進行顯示的翻頁處理、滾動條的上下移動、數字的增減操作，因此只需要上、下、左、右、確定、取消操作，僅僅6個鍵，如果采用矩陣鍵盤形式，就是2×3矩陣，需要5個I/O口；如果采用獨立式鍵盤形式，就需要6個I/O口。在此采用獨立式鍵盤形式。最主要的是采用什么樣的訪問方式。方案一：程序掃描方式。當處理器完成對顯示單元的初始化后，就一直在掃描鍵盤，等待用戶進行處理。方案二：采用鍵盤中斷方式。當處理器完成對顯示單元的初始化后，處理器就不進行任何操作，一直等待中斷發生，然后再處理相應的鍵盤程序。鍵盤的工作方式：在單片機應用系統中，鍵盤掃描只是CPU的工作容之一。CPU對鍵盤的響應取決于鍵盤的工作方式，鍵盤的工作方式應根據實際應用系統中CPU的工作狀況而定，其選取的原則是既要保證CPU能與時響應按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時間。通常，鍵盤的工作方式有三種，即編程掃描、定時掃描和中斷掃描。2.2.2微處理器MCU方案一：采用低檔處理器MCS-51單片機，采用一款我們十分熟悉的單片機AT89S52，完成鍵盤與顯示的處理功能。方案二：采用中高檔處理器，如：PSD、DSP、FPGA等，這些處理器的處理速度快，可靠性高。2.2.3顯示單元由于需要對菜單進行操作，同時還需要顯示漢字字符，所以根本就不可能用LED數碼管來顯示，可以采用LCD顯示，也可以采用CRT顯示方式。方案一：采用LCD進行顯示。如果直接使用處理器對其進行控制，程序的編寫就十分麻煩，可以采用相應的LCD顯示控制器，此控制器受控于微處理器。方案二：采用CRT顯示。CRT顯示十分直觀，可以顯示我們所需要的容。2.3單元模塊方案選擇策略LCD:LCD液晶顯示器是LiquidCrystalDisplay的簡稱，LCD的構造是在兩片平行的玻璃當中放置液態的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產生畫面。比CRT要好的多，但是價錢較其貴。CRT:CRT是一種使用陰極射線管(CathodeRayTube)的顯示器，主要有五部分組成：電子槍(ElectronGun)，偏轉線圈(Deflectioncoils)，蔭罩(Shadowmask)，熒光粉層(Phosphor)與玻璃外殼。它是目前應用最廣泛的顯示器之一，CRT純平顯示器具有可視角度大、無壞點、色彩還原度高、色度均勻、可調節的多分辨率模式、響應時間極短等LCD顯示器難以超越的優點，而且現在的CRT顯示器價格要比LCD顯示器便宜不少。分析了各設計單元的各種設計方案，接下來進行論證，并且確定最終的設計方案。2.3.1微處理器MCU的選擇設計的系統不僅需要完成人機接口的功能，同時還涉與到數據的串行收發，將收到的數據顯示出來，并且把預置數發送出去。由于所要完成的功能簡單，僅僅需要低檔型號的微處理器就能滿足要求，根本就不需要高檔型號的微處理器。所以，選擇方案一，采用ATMEL公司的MCS-51單片機AT89S52。2.3.2鍵盤訪問方式的選擇由于程序掃描方式需要單片機一直工作，所以，這種方案不妥當，而采用中斷方式，就不需要耗費單片機的資源，僅僅在發生中斷時，才執行相應的操作。很明顯是要采用方案二（鍵盤中斷方式）。但是，由于剛開始設計時，在焊接控制電路板時做的是掃描式鍵盤，為了不改動電路板，就采用掃描式鍵盤。而最終還是需要換成中斷方式的。2.3.3顯示單元選擇根據中壓開關控制器的使用場所，選擇LCD顯示。對于CRT顯示，需要完成其相應的顯示驅動程序，而且底層驅動程序復雜。而采用LCD顯示方便、簡單。所以，選擇方案一（采用LCD顯示）。選擇好各個模塊的方案設計，完成總體設計框圖如圖2-2所示。圖2-2總體設計框圖下面需要對各部分電路進行具體的設計，最終設計出總電路圖。第三章主要元器件簡介3.1AT89S52單片機簡介3.1.1單片機的基本概念單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、存、部和外部總線系統，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現在最強大的單片機系統甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器（Microcontroller），是因為它最早被用在工業控制領域。單片機由芯片僅有CPU的專用處理器發展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，它的所有功能部件都是集成在一塊芯片上，所以稱之為單片機（Single-ChipMicrocomputer），基于這個理念，使計算機系統更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。本設計中用到的單片機AT89S52就是Atmel公司生產的89系列單片機中的一款。3.1.2AT89S52主要性能參數與MCS-51單片機產品兼容8K字節在系統可編程Flash存儲器1000次擦寫周期全靜態操作：0Hz~33Hz三級加密程序存儲器32個可編程I/O口線三個16位定時器計數器八個中斷源全雙工UART串行通道低功耗空閑和掉電模式掉電后中斷可喚醒看門狗定時器雙數據指針圖3-1AT89S52引腳圖掉電標識符功能特性描述3.1.3AT89S52引腳圖AT89S51的引腳分布圖（圖3-1）3.1.4AT89S52功能特性概述AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能：8k字節Flash,256字節RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個216位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片晶振與時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。AT89S52方框圖圖3-2AT89S52方框圖AT89S52引腳功能描述VCC:電源GND:地P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數據復用。在這種模式下，P0具有部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節；在程序校驗時，輸出指令字節。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數器2的外部計數輸入（P1.0/T2）和定時器/計數器2的觸發輸入（P1.1/T2EX），具體如表3-1所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節。表3-1P1口特殊功能表引腳號第二功能P1.0T2（定時器/計數器T2的外部計數輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數器T2的捕捉/重載觸發信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統編程用）P1.6MISO(在系統編程用）P1.7SCK（在系統編程用）P2口：P2口是一個具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器（例如執行MOVXDPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的部上拉發送1。在使用18位地址（如MOVXRI）訪問外部數據存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的容。在Flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3-2所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。表3-2P3口特殊功能表引腳號第二功能P3.0RXD(串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2IEQ\*jc2\*"Font:宋體"\*hps18\o\ad(\s\up17(—),N)EQ\*jc2\*"Font:宋體"\*hps18\o\ad(\s\up17(—),T)EQ\*jc2\*"Font:宋體"\*hps18\o\ad(\s\up17(—),O)（外部中斷0）P3.3IEQ\*jc2\*"Font:宋體"\*hps18\o\ad(\s\up17(—),N)EQ\*jc2\*"Font:宋體"\*hps18\o\ad(\s\up17(—),T)EQ\*jc2\*"Font:宋體"\*hps18\o\ad(\s\up17(—),O)（外部中斷0）P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6EQ\*jc2\*"Font:宋體"\*hps18\o\ad(\s\up17(—),W)EQ\*jc2\*"Font:宋體"\*hps18\o\ad(\s\up17(—),R)（外部數據存儲器寫選通）P3.7EQ\*jc2\*"Font:宋體"\*hps18\o\ad(\s\up17(—),R)EQ\*jc2\*"Font:宋體"\*hps18\o\ad(\s\up17(—),D)（外部數據存儲器寫選通）RST:復位輸入。晶振工作時，RST腳持續2個機器周期高電平將使單片機復位。看門狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態下，復位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數據存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執行模式下無效。PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當AT89S52從外部程序存儲器執行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數據存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執行部程序指令，EA應該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和部時鐘發生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.2LCD顯示控制器SED1335簡介3.2.1SED1335功能簡介SED1335是日本SEIKOEPSON公司出品的液晶顯示控制器它在同類產品中是功能最強的其特點:1.有較強功能的I/O緩沖器。2.指令功能豐富。3.四位數據并行發送最大驅動能力為640×256點陣。3.2.2SED1335硬件組成SED1335引腳圖SED1335具有兩種封裝（QFP5-60Pin和QFP6-60Pin）圖3-3為SED133560個引腳分布圖。圖3-3SED1335引腳分布圖SED1335電路原理框圖（圖3-4）但是，僅僅有元器件的引腳還不行，還得看看芯片部的結構，明確其外圍器件的接口，即每一部分接口所具有的相應功能。如圖指出了SED1335的部結構與其原理框圖。通過它的接口圖，我們就可以實現SED1335與LCD與其控制器MCU的硬件連接。圖3-4SED1335原理框圖第四章單元模塊設計本設計系統主要是人機接口界面的設計，包括鍵盤輸入與LCD顯示。對于鍵盤的設計，沒有什么特殊的設計技術，設計難點是在LCD顯示設計方面。本設計所選用的LCD是320×240點陣。在硬件方面，不僅要完成MCU與LCD的接口，同時還要完成控制器電路SED1335與LCD板的外圍接口電路設計，其主要的外圍接口就是LCD背光源設計和LCD對比度調整電路設計（DC-DC變換器）。在設計中，LCD背光源采用CCFL（冷陰極）背光方式，硬件采用模塊電路QPY-L10A，產生1000V左右的交流驅動電壓（頻率約32kHz）。而LCD對比度調整電路（DC-DC變換器）則采用Motorola芯片34063AP1來實現+5到-30V的DC-DC變換。4.1單片機外圍接口電路設計AT89S52單片機外圍接口主要包括：晶振電路復位電路直流電源單片機復位采用按鍵高電平復位，而單片機在平時則復位端為低電平0.晶振電路也采用外部無源晶振，具體設計如圖4-1所示。圖4-1AT89S51外圍接口電路圖4.2鍵盤電路設計采用獨立式掃描鍵盤，按鍵的一端接地，另一端接單片機的P1口。同時保證在沒有按下鍵盤的時候，P1口處于高電平狀態，而在按下鍵盤的時候，相應的P1位就變成了低電平。此時，通過鍵盤掃描，就可以知道是哪一個按鍵按下了。相應的鍵盤將接口電路圖如圖4-2所示。圖4-2鍵盤接口電路圖4.3LCD顯示控制模塊設計本模塊采用的LCD控制器是日本SEIKOEPSON公司出品的液晶顯示控制器SED1335。它在同類產品中是很有代表性的。因其具有較強功能的I/O緩沖器、豐富的指令集和四位數據并行發送裝置，使其功能強大，操作靈活，應用較廣。其強大的功能主要表現在兩個方面：（1）MCU訪問SED1335不需判斷其忙標志，SED1335隨時準備接收MCU的訪問并在部時序下與時把MCU發來的指令和數據傳輸就位。（2）SED1335在接口部設置了適配8080系列和6800系列MCU的兩種操作時序電路，通過引腳的電平設置，可選擇二者之一，本模塊用8080系列接口。LCD顯示屏采用MGLS320240，其點陣是320×240，它的背光燈采用1000V（7mA）交流冷陰極背光電路，在本設計中采用QPY-L10A模塊。LCD對比度調整采用34063AP1芯片來完成DC-DC電壓的變換，其輸出最大可以達到-30V，當調整其精密可變電阻時，可以調整LCD顯示屏上顯示字符的對比度。另外，還要對SED1335外擴展數據緩沖區（本設計采用兩塊62256）實現LCD顯示屏字符、數據的緩存。單片機直接訪問SED1335的電路圖如圖4-3所示。圖4-3單片機訪問SED1335電路圖在實際的顯示中，LCD需要顯示一定的菜單，其所要完成的菜單功能，即顯示容如圖所示，當開機時顯示漢字“同步開關控制器”，延時一段時間后，LCD顯示第一層菜單，同時掃描按鍵，按下相應按鍵，移動滾動條，當選擇了某一項時，按下確定按鈕，微處理器就執行相應的命令，同時顯示相應的下一級子菜單。圖4-4LCD顯示菜單項示意圖4.3.1MCU與LCD引腳連接關系與AT89S52單片機單元接口表表4-1AT89S52單元接口表管腳符號有效電平作用MCU接口1，2GND0V電源地3Vcc+5V正電源4Vadj負顯示對比度調整5Vee負負電源6/WR低寫信號P3.67/RD低讀信號P3.78/CE低片選信號P2.79A0高/低高寫命令字或讀數據低寫數據參數或讀狀態P2.610NC-無連接11/RST低復位信號12~19DB0~DB7高/低數據線P020NC-無連接SED1335與LCD硬件接口表表4-2SED1335與LCD硬件接口表LCD管腳SED1335符號有效電平功能1FLM高幀起始信號2LP高低數據鎖存信號3CP高低數據移位信號4M高/低交流驅動信號5Vadj負對比度調整信號6Vcc+5V正電源7Vss0V電源地8Vee負負電源9~12D0~D3高/低顯示數據線13Doff低高正常、低關顯示14NC—無連接4.3.2SED1335接口部分簡介SED1335接口部具有功能較強的I/O緩沖器。功能較強表現在兩個方面：MPU訪問SED1335不需判其“忙”，SED1335隨時準備接收MPU的訪問并在部時序下與時的把MPU發來的指令、數據傳輸就位。2.SED1335在接口部設置了適配8080系列和M6800系列MPU的兩種操作時序電路，通過引腳的電平設置，可選擇二者之一。SED1335接口部由指令輸入緩沖器、數據輸入緩沖器、數據輸出緩沖器和標志寄存器組成。這些緩沖器通道的選擇是由引腳A0和讀、寫操作信號聯合控制。忙標志寄存器是一位只讀寄存器，它僅有一位“忙”標志位BF。當BF=1時，表示SED1335正在向液晶模塊傳送有效顯示數據。在傳送完一行有效顯示數據到下一行傳送開始之間的間歇時間BF=0。當大屏上大量顯示數據修改時，在BF=0傳送不會影響屏的顯示效果。SED1335接口部所屬的引腳如下：表4-3SED1335引腳功能表符號狀態名稱功能DB0-DB7三態數據總線可直接掛在MPU數據總線上/CS輸入片選信號當MPU訪問SED1335時將其置為低電平。A0輸入I/O緩沖器選擇信號A0=1寫指令代碼和讀數據，A0=0寫數據，參數和讀忙標志/RD輸入讀操作信號：使能信號：適配8080系列MPU接口適配6800系列MPU接口/WR輸入寫操作信號：讀/寫選擇信號適配8080系列MPU接口適配6800系列MPU接口/RES輸入硬件復位信號當重新啟動SED1335時還需用指令SYSTMSETSEL1,SEL2輸入接口時序類型選擇信號見下表其中SEL1、SEL2為6800與8080系列單片機的讀寫接口方式。設置SEL1、SEL2不同的邏輯電平，將分別決定不同系列單片機的硬件接口，如表所示：表4-4SEL1,SEL2電平決定單片機接硬件口表SEL1SEL2方式/RD/WR008080方式/RD/WR106800方式ER/W*1無效4.3.3SED1335控制部分簡介SED1335控制部是SED1335的核心。它由振蕩器、功能邏輯電路、顯示RAM管理電路、字符庫與其管理電路以與產生驅動時序的時序發生器。振蕩器工作頻率可在1MHz~10Mhz圍選擇。SED1335能在很高的工作頻率下迅速地解譯MCU發來的指令代碼，將參數置入相應的寄存器，并觸發相應的邏輯功能電路運行?？刂撇靠梢怨芾?4KB顯示的RAM管理藏的字符發生器與外擴的字符發生器CGRAM或EXCGROM.SED1335將64KB顯示RAM分成以下幾種顯示特區：1.文本顯示特性具有次特性的現實RAM區專用于文本方式顯示，在該顯示RAM區中每個字節的數據都認為是字符代碼。SED1335將使用該字符代碼確定字符庫中字符首地址，然后將相應的字模數據傳送到液晶顯示模塊上。在液晶屏上出現該字符的8*8點陣塊。也就是文本顯示RAM的一個字節對應顯示屏上的8×8點陣。2.圖形顯示特性具有此特性的現實RAM區專用于圖形方式顯示，在該顯示RAM區中每個字節的數據直接被送到液晶顯示模塊上。每個位的電平狀態決定顯示屏上一個點顯示狀態，“1”為顯示，“0”為不顯示。所以圖形顯示RAM的一個字節對應顯示屏上的8×1點陣。3.字符發生器SED1335管理藏字符發生器CGROM,在此字符發生器固化了160種5*7點陣字符的字模。SED1335還能外擴字符發生器。這種外擴字符發生器有用RAM區開辟的CGRAM，也可用EPROM固化字庫來取代SED1335部字符發生器。由于SED1335僅能處理8位字符代碼，所以一次最多只能顯示與建立256種字符。在SED1335的字符表中給出了部字符發生器的全部容。同時也給出了外擴字符發生器的字符代碼圍：80H~9FH和E0H~FFH共64種?？刂撇克鶎俚囊_有：表4-5SED1335控制部引腳表符號狀態名稱說明XG,XD部振蕩器的輸入和輸出可接1M-10MHz的晶振VA0-VA15輸出管理顯示RAM的地址總線VD0-VD7三態顯示RAM的數據總線VR/W輸出顯示RAM的讀、寫操作信號VR/W=0為寫顯示RAMVR/W=1為讀顯示RAMVCE輸出顯示RAM的片選信號低電平有效TEST1,2,#測試端VDD邏輯電源+5VVSS邏輯電源地4.3.4SED1335驅動部分簡介SED1335驅動部具有各顯示區的合成顯示能力，傳輸數據的組織功能與產生液晶顯示模塊所需要的時序。SED1335向液晶顯示模塊傳輸數據的方式為4位并行方式。其所屬引腳功能如下：表4-6SED1335驅動部引腳表符號狀態名稱說明XD0-XD3輸出列驅動器數據線XSCL輸出列驅動器的位移時鐘信號等效CP信號XECL輸出列驅動器使能信號LP輸出數據鎖存信號等效LP信號WF輸出交流驅動波形等效M信號YSCL輸出行驅動器的移位脈沖信號YD輸出幀信號等效FLM信號YDIS輸出液晶顯示驅動電源關信號YDIS=0為關顯示4.3.5SED1335控制命令簡介表4-7SED1335指令表功能指令操作碼說明參數量系統控制SYSTEMSETSLEEPIN40H53H初始化，顯示窗口設置空閑操作8-顯示操作DISPON/OFFSCROLLCSRFORMCGRAMADRCSRDIRHDOTSCROVLAY59H/58H

44H5DH50H4CH-4FH5AH5BH顯示開/關，設置顯示方式設置顯示區域，卷動設置光標形狀設置CGRAM起始地址設置光標移動方向設置點單元卷動位置設置合成顯示方式11022-11繪制操作CSRWCSRR46H47H設置光標地址讀出光標地址22存貯操作MWRITEMREAD42H43H數據寫入顯示緩沖區從顯示緩沖區讀數據若干若干MPU把指令代碼寫入指令輸入緩沖器（即A0=1），指令的參數則隨后通過數據輸入緩沖器（A0=0）寫入。帶有參數的指令代碼的作用之一就是選通相應參數的寄存器，任一條指令的執行（除SLEEPIN、CSRDIR、CSRR和MREAD外）都產生在附屬參數的輸入完成之后。當寫入一條新的指令時，SED1335將在舊的指令參數組運行完成后等待新的參數的到來。MPU可用寫入新的指令代碼來結束上一條指令參數的寫入。此時已寫入的新參數與余下的舊參數有效地組合成新的參數組，需要注意的是雖然參數可以不必全部寫入，但所寫的參數順序不能改變，也不能省略。表4-7列出了SED1335的所有指令，并且指出了其相應的操作功能，但是必須注意：每一個命令參數的輸入將改變SED1335的部寄存器的值。參數唄輸入前必須輸入命令，并且命令后的參數必須按順序輸入。但MCU在優勢可以不跟全部參數，不跟的參數必須從后向前省略，不能從前或從中間省略。在參數輸入，寄存器數值改變后，寄存器的值將保持不變，知道下一次參數輸入。二字節參數。CSRW，CSRR的參數的每個字節是獨立的，MCU可以將只讀參數的低字節作為光標的地址。SYSTEMSET,SCTOLL,CGRAMADR的參數的兩個字節是一個整體，如果命令后只跟一個參數，這個參數將無效。APL和APH是兩字節參數，但系統將其作為一字節參數處理下面針將對以上指令作詳細說明：1、SYSTEMSET指令代碼：40H該指令是SED1335軟件初始化指令，在MPU操作SED1335與其控制的液晶顯示模塊時，必須首先要寫入這條指令，如果該指令之設置出現錯誤，則顯示必定不正常，該指令帶有8個參數。P100B1W/SM2M1M0B：調整負向顯示字符時的屏面邊界，反向顯示的最好方法是以全顯圖形層為背景與字符異或顯示。由于反向顯示時屏幕左邊與頂部沒有背景色，而降低了顯示可讀性，所以SED1335利用B使字符向下偏移一行，用屏幕水平滾動（HDOTSCR）使字符可向右滾動1~7個像素，來提高反顯的可能性。通常B=1B=0：畫面首行為邊界；B=1：無邊界。W/S：選擇LCD驅動方式。本模塊屬于單屏驅動。W/S=0為單屏結構LCD的驅動系統；W/S=1為雙屏結構LCD的驅動系統。M2：選擇外部字符發生器的字符點陣格式；M2=0：8×8點陣字體；M2=1：8×16點陣字體。M1：選擇外部發生器CGRAM的字符代碼圍：M1=0：為CGRAM1區80H~9FH。此時，CGRAM1和CGRAM2地址是不連續的，CGRAM1的地址空間作為字符發生器RAM，CGRAM2的地址空間作為字符發生器ROM。M1=1：為CGRAM1+CGRAM2區80H~9FH和E0H~FFH。此時CGRAM1和CGRAM2地址是連續的，地址空間都作為字符發生器RAM。M0=0為部字符發生器有效；M0=1為外部字符發生器有效，此時部字符發生器被屏蔽，字符代碼全部供給外部字符發生器使用。P2WF0000FXWF：選擇液晶交流驅動波形周期。，WF=0：每16行交流驅動波形反轉一次。WF=1：每兩個幀周期交流驅動波形反轉一次。通常WF=1FX：顯示字符的寬度，FX=字符高+字間距，FX=0-7H，字符寬度為（FX+1）。如果設8<FX<16，則可用8*8字體字符，此時相當于在兩個字符間加了（FX-8）個空像點。但此時字符的每行必須用兩個字節來表示，而在顯示時第二個字節的多余部分將不顯示，即不在世紀顯示屏上占有像點。這也同樣適用于第二層。在圖形方式下，假如使用多于8的FX，則每個FX的第二個字節的多余部分也將不顯示。P30000FYFY：設置顯示字符高度(點行數）。FY=字符行高+間距，FY取值為0~FH字符高度為FY+1C/R：設置每一顯示行所占顯示存的單元數，即實際使用寬度，則多部分將不顯示。C/R的取值可以比實際屏幕小，但不能小于8個單元，如果多于實際使用寬度，則多的部分將不顯示。C/R是每一顯示行的字節數，不是每行的字符數。例如在512×128點陣模塊上設FX=10，則512/10=51余2，但此時C/R應為51×2=102而不是51。因此此時字符的每行需兩個字節表示。P4C/RC/R：設置每一顯示行所占顯示存的單元數，即實際使用寬度，則多部分將不顯示。C/R的取值可以比實際屏幕小，但不能小于8個單元，如果多于實際使用寬度，則多的部分將不顯示。C/R是每一顯示行的字節數，不是每行的字符數。例如在512×128點陣模塊上設FX=10，則512/10=51余2，但此時C/R應為51×2=102而不是51。因此此時字符的每行需兩個字節表示。P5TC/RTC/R：設置顯示的掃描時間常數，將晶振頻率Fosc轉換成LCD工作頻率的時間常數。TC/R必須大于C/T+4，且TC/R≈Fosc/[9×（L/F）×Ffr].其中Fosc為控制器工作頻率，L/F為顯示屏幕的點行數，Ffr為顯示器的掃描頻率。當出現以下現象（垂直掃描停止和水平行出現高對比度、全顯或全不顯、LP輸出不正常、不能顯示），檢查TC/R的值是否正確。將晶振頻率fosc轉換成LCD工作頻率的時間常數，TC/R由公式：fosc≥TC/R×9×L/F×FRTC/R≥C/R+4聯合求解。一般情況下的簡便計算，以C/R+4的值設置即可。其中L/F為掃描點行數，FR為LCD驅動頻率，通常FR=70HzP6L/FL/F：LCD的點行數，取值在00H-FFH圍。P7APLP8APHAP：顯示屏一行所占顯示緩沖區的字節數，AP為雙字節參數：APH高8位，APL低8位。通常?。篈P=C/R+12、SLEEPIN：顯示器進入休眠狀態（操作碼：53H，沒有參數）該指令使顯示區為空白，關閉控制器所有的操作（包括振蕩器），關斷液晶顯示器驅動電源，但保持顯示存數據和控制碼不變。用SYSTEMSET指令帶P1參數可使顯示器退出休眠狀態。在下一次顯示時，應當送“開顯示”命令。在進入休眠狀態后，SED1335的部時鐘停止，但是加在LCD上的DC電壓還存在，為延長液晶壽命，應預先考慮在SLEEPIN命令前給LCD斷電。因在接到SLEEPIN命令后，YDIS將變為低電平“一”到“兩”個幀周期，所以YDIS可以被用作關斷LCD電源信號，使LCD在空白顯示的同時斷掉LCD的有關電源。雖然在進入休眠狀態后，數據線將進入高阻狀態，但上拉和下拉電阻將強迫它們進入已知狀態。3、DISPON/OFF：顯示開/關，光標與顯示區閃爍控制（操作碼：59H/58H）該指令用于開59H/關58H顯示并在參數P1中規定各顯示區與光標的顯示方式在關顯示狀態下顯示RAM區的容不變。P1FP5FP4FP3FP2FP1FP0FC1FC0第三第二、四第一光標顯示區顯示區顯示區0，00，11，01，1關閃爍FR/32Hz閃爍FR/64Hz閃爍關顯示開顯示圖4-4顯示區狀態圖?注意：A.假如第四顯示區（SAD4）被W/S激活，則FP3和FP2控制第二、四顯示區（SAD2、SAD4）。B.四顯示區（SAD2、SAD4）不能單獨設置。C.畫面閃爍的亮暗周期比為7：3.4、SCROLL：（操作碼44H）該指令設置了顯示RAM區中各顯示區的起始位置與所占有的顯示行數，它與SYSTEMSET中AP參數結合將可確定顯示區所占的字節數，該指令帶有10個參數，如表5.9所示。SAD1:顯示一區的首地址，SAD1L為低字節，SAD1H為高字節。SL1為顯示一區顯示行數（點行數）取00H~（L/F）H，實際為SL1+1行。SAD2:顯示二區的首地址，SAD2L為低字節，SAD2H為高字節。SL2為顯示一區顯示行數（點行數）取00H~（L/F）H，實際為SL2+1行。P1SAD1LP2SAD1HP3SL1這一組確定了第一顯示區的首地址SAD1與其占有顯示屏上的點行數SL1。P4SAD2LP5SAD2HP6SL2這一組確定了第二顯示區的首地址SAD2與其占有顯示屏上的點行數SL2。P7SAD3LP8SAD3HP9SAD4LP10SAD4HP7、P8、P9、和P10分別確定了第三顯示區和第四顯示區的起始地址SAD3和SAD4。它們分別是第一顯示區和第二顯示區的補充。在顯示屏為雙屏結構時第一顯示區和的第三顯示區分別管理顯示屏的上半屏和下半屏的顯示，從而組成同性質的顯示區。第二顯示區和第四顯示區分別管理顯示屏的上半屏和下半屏，從而組成同一性質的顯示區，此時SL1和SL2應該為半屏的點行數。SAD3:顯示三區的首地址，SAD3L為低字節，SAD3H為高字節。SAD4:顯示四區的首地址，SAD4L為低字節，SAD4H為高字節。SL3、SL不需設置，由L/F確定。SAD、SL和AP在單屏結構和雙屏結構時的關系如表4-8和4-9：表4-8SAD、SL和AP單屏結構關系表1SADSAD+1…SAD+C/RSAD+C/R+1…SAD+AP-12…SLSAD+AP………有效顯示不顯示表4-9SAD、SL和AP雙屏結構關系表1SAD1SAD1+1…SAD1+C/RSAD1+C/R+1…SAD+AP-12…SLSAD1+AP…SAD1+SL*AP……上半屏1SAD3SAD3+1…SAD3+C/RSAD3+C/R+1…SAD3+AP-12…SLSAD3+AP…SAD3+SL*AP……下半屏有效顯示不顯示SAD、SL、C/R、AP之對應關系（圖形方式）5、CSRFORM，指令代碼：5DH該指令設置了光標的顯示方式與其形狀，有兩個參數。P100000CRXP2CM000CRYCRX：設置光標的水平點數，CRX取值為0~FH（1~16個點），且≤FX。CRY：光標的垂直點列數在1~FH（2~16行）圍取值CM=0時，表示線狀光標在字中的位置。CM=1時，表示塊狀光標的垂直點數，塊大小為CRX×CRY點。CM：設置光標的顯示方式，CM=0時為線狀光標，CM=1時為塊狀光標。CM=1時光標是陰影塊顯示方式，陰影塊大小由CRX×CRY確定。CM=0光標為底線顯示方式，底線光標位置由CRY確定。6、CSRDIR：設置光標自動移動方向（操作碼：4CH~4FH）該指令規定了光標地址指針自動移動的方向。SED1335所控制的光標地址指針實際也是當前顯示的RAM地址指針。SED1335在執行完讀寫數據操作后，將自動修改光標地址指針。這種修改有四個方向，這是其他液晶顯示控制器所沒有的。4CH：向右移動；4DH向左移動；4EH：向上移動；4FH：向下移動。4EH-AP+4DH-1+14CH++AP4FH圖4-5光標移動方向示意圖7、OYLAY，指令代碼：5BH該指令規定畫面重疊顯示的合成方式與顯示一、三區的顯示屬性，指令帶有一個參數。P1000OVDM2DM1MX1MX0DM1：顯示一區（SAD1)的屬性。DM1=0，文本方式，DM1=1圖形方式。DM2：顯示三區（SAD3)的屬性。DM2=0，文本方式，DM2=1圖形方式。OV:合成方式，OV=0，二重合成；OV=1，三重合成。MX1,MX0的關系見下表，1，2，3區只有在圖形方式下才可以重合。表4-10MX1,MX0關系表MX1MX2功能00或邏輯01異或邏輯10與邏輯11優先迭加8、CGRAMADR，指令代碼：5CH該指令設置CGRAM的起始地址SAG。SAG是用戶自定義的字符庫。但SAG僅是相對地址，實際CGRAM地址應由下列公式確定：SAG：（CGRAM邏輯地址）A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0字符代碼D7D6D5D4D3D2D1D0行地址指針+）R2R1R0V15V14V13V12V11V10V9V8V7V6V5V4V3V2V1V0自定義字符代碼為80H-9FH和E0H-FFH。在SED1335控制部中，對E0H-FFH字符代碼做了與40H異或的邏輯運算，從而轉換成A0H-BFH。因此80H-9FH和EOH-FFH兩個不連續的代碼域在建立字符庫時是連續建立的。該指令帶兩個參數。P1SAGLP2SAGH9、HDOTSET，指令代碼：5AH該指令設置以點為單位的顯示畫面水平移動量，相當于一個字節的卷動（SCROLL），該指令帶一個參數。P100000D其中，D=0-7H。當D由0H有規律地遞增至7H時，顯示左移；當D由7H有規律地遞減至0H時，顯示右移。10、CSRW，指令代碼：46H該指令設置了光標地址CSR。該地址有兩個功能：一是作為顯示屏上光標顯示的當前位置；二是作為顯示緩沖區的當前地址指針。如果光標地址值超出了顯示屏所對應的地址圍，光標將消失。光標地址在讀、寫數據操作后將根據CSRDTR指令的設置自動修改。光標地址不受卷動操作的影響。該指令帶有兩個參數。P1CSRLP2CSRH11、CSRR，指令代碼：47H該指令讀出當前的光標地址值。在指令寫入后，MPU使用兩次讀數據操作，就可以把CSRL和CSRH依次讀出。12、MWRTTE，指令代碼：42H該指令允許MPU連續地把顯示數據寫入顯示區，在使用指令之前要首先設置好光標地址和光標移動方向的參數。在寫入數據后，光標地址即根據光標移動方向參數自動修改光標地址。寫功能將在下一條指令代碼的寫入時中止。13、MREAD，指令代碼：43H該指令輸入后，SED1335將光標地址所確定的單元的數據送至數據輸出緩沖器供MPU讀取。同時光標地址根據光標移動方向參數自動修改。讀功能將在下一條指令代碼輸入時中止。4.3.6SED1335屏幕結構SED1335的基本屏幕結構是單屏文本顯示或文本字符混合顯示。在文本顯示方式下每個字節代表一個字符，在圖形顯示方式下每一個字節代表8×1個像點。若用8×8字符則圖形顯示緩沖區是文本顯示緩沖區的8倍SED1335掃描顯示緩沖區的方式與CTR顯示器一樣。每行掃描從左向右到地址增加C/R。掃描從上到下。在圖形方式下，每一行像素的起始地址是上一行像素的起始地址加AP。SED1335支持虛擬屏幕（顯示緩沖區）大于實際屏幕（AP>C/R）SED1335的第一層可以看作是存中虛擬屏幕的一個窗口，而每個窗口又可分為兩個區（一、三區或二、四區），每一區顯示虛擬屏幕的一部分。在雙屏驅動顯示時，第一行和第（L/F)/2+1行顯示是在一個周期，即一次一行上下屏交替顯示。光標控制①光標寄存器功能SED1335光標地址寄存器既為光標顯示位置的地址寄存器，又作為被訪問顯示緩沖區的地址寄存器。當訪問實際顯示緩沖區以外的存時，訪問前必須保存地址寄存器，訪問后回復地址寄存器。如果光標地址在顯示屏外逗留多余幾百毫秒，則光標將在顯示區消失。光標移動功能每一次對顯示緩沖區的訪問后，光標地址寄存器將根據CSRDIR的設置，自動移動光標到希望到的地方。②光標在層間的顯示雖然SED1335能顯示到第三層，但光標只能在它們中的一層顯示。兩層結構在第一層顯示；三層結構在第三層顯示。若光標移在在它的各層緩沖區外，光標將不顯示如果需要顯示光標在非當前光標層，可以交換層或在顯示緩沖區移動光標層。雖然光標一般顯示在字符方式下，但SED1335可在圖形字符方式下顯示一個假光標，這僅在文本區關顯示，圖形區開顯示，微處理器產生光標控制地址時能實