電子產(chǎn)品液晶顯示屏應(yīng)用技術(shù)探討

蘇錫鋒

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004）

0 引言

液晶顯示屏(LCD)由于具有可編程驅(qū)動(dòng)、接口控制方便、體積小、功耗低、重量輕、超薄等許多其他諸多優(yōu)點(diǎn)及良好的可視化人機(jī)界面，近幾年來被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)控制的智能化電子產(chǎn)品，尤其是便攜式儀器儀表中，LCD 已成為當(dāng)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)中最重要的信息顯示方式之一。 液晶顯示屏按其功能可分為3 類：筆段式液晶顯示屏、字符點(diǎn)陣式液晶顯示屏和圖形點(diǎn)陣式液晶顯示屏。 前2種可顯示數(shù)字、字符和符號(hào)等，而圖形點(diǎn)陣式液晶顯示屏還可以顯示漢字和任意圖形，達(dá)到圖文并茂的效果。 電子產(chǎn)品應(yīng)按功能要求使用不同類別的液晶顯示屏，本文試分類闡明液晶顯示屏與單片機(jī)的硬件接口電路。

1 筆段式液晶顯示屏與單片機(jī)接口技術(shù)

筆段式液晶顯示器是一種最簡單的液晶顯示器。 它只能顯示數(shù)字和符號(hào)，其控制信號(hào)包括一個(gè)公共端和若干個(gè)段控制信號(hào)。 值得注意的是，在段控制信號(hào)與公共端之間，必須是交流電壓，如果加直流電壓，顯示會(huì)在幾秒后失效。 所以公共端不能簡單地連接電源的負(fù)極或正極，而要連接單片機(jī)的一個(gè)輸出口，并定時(shí)將公共端和段控制電壓在高電平與低電平之間進(jìn)行切換。

下面通過一個(gè)數(shù)字顯示例子來說明單片機(jī)與段式液晶顯示屏的接口技術(shù)。 這里用了一個(gè)能顯示3 位數(shù)字的段式液晶顯示屏，該顯示屏分3 部分，每部分由7 條線段組成，這7 條線段拼成一個(gè)“8”字，每條線段連接一個(gè)控制信號(hào)。 當(dāng)線段與公共端之間有交流電壓時(shí)，該線段顯示，否則不顯示。 這樣通過幾個(gè)線段的組合顯示，就可顯示某個(gè)數(shù)字或其他符號(hào)。 某個(gè)符號(hào)的控制信號(hào)排列稱為7 段碼。 使用單片機(jī)AT89S51 進(jìn)行計(jì)數(shù)，并產(chǎn)生7 段碼。 其硬件電路如圖l 所示， 使用了AT89S51 的P0、Pl 和P2 口，分別輸出數(shù)字的百、十、個(gè)位的7 段碼，用P1.8 口控制公共端。

圖1 單片機(jī)與段式液晶顯示屏接口電路Fig.1 Interface circuit of SCM and zone LCD screen

在圖1 中，電路使用了單片機(jī)與液晶顯示屏直接相連的方式，可以充分利用單片機(jī)的資源，節(jié)約系統(tǒng)成本。 如果系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大，單片機(jī)I／O 口不夠用時(shí)，也可使用間接相連的方式，在單片機(jī)與液晶顯示屏之間加一個(gè)液晶控制器。

2 字符點(diǎn)陣式顯示屏與單片機(jī)接口技術(shù)

字符型液晶顯示屏主要用來顯示英文、數(shù)字和其他常用符號(hào)等，它由液晶顯示屏、字符庫和字符控制器組成。 只要按照給定的指令和時(shí)序輸入字符的ASCII 碼即可顯示該字符。 常用的字符點(diǎn)陣式顯示器有內(nèi)含中文字庫與不內(nèi)含中文字庫之分，內(nèi)含中文字庫的在型號(hào)最后加上字庫縮寫字母ZK。 下面以LCMl2864ZK 液晶顯示模塊為例來說明單片機(jī)與字符點(diǎn)陣式液晶顯示屏的接口技術(shù)。

2.1 LCMl2864ZK 液晶顯示模塊

LCMl2864ZK 是一款內(nèi)含中文字庫的128×64點(diǎn)陣液晶顯示控制模塊，其字形ROM 內(nèi)含8192 個(gè)16×16 點(diǎn)陣中文字形和128 個(gè)16×8 半寬的字母符號(hào)字形。 繪圖顯示畫面提供一個(gè)64×256 點(diǎn)的繪圖區(qū)域GDRAM， 內(nèi)含的CGRAM 提供4 組軟件可編程的16×16 點(diǎn)陣造字功能。 該模塊可提供多種與單片機(jī)的接口模式：并行8 位/4 位，串行3 線/2 線，供使用者靈活掌握。

該模塊可實(shí)現(xiàn)漢字、ASCII 碼、點(diǎn)陣圖形的同屏顯示，并具有清屏、光標(biāo)顯示、閃爍控制命令。 模塊內(nèi)部提供顯示驅(qū)動(dòng)負(fù)電壓，內(nèi)置升壓電路和背光源簡化了用戶的電路設(shè)計(jì)。

LCMl2864ZK 模塊內(nèi)部顯示存儲(chǔ)器分3 個(gè)區(qū)：字符區(qū)(DDRAM)、繪圖區(qū)(GDRAM)、字符生成區(qū)(CGRAM)。 要顯示漢字只需向DDRAM 相應(yīng)地址寫入漢字碼即可，LCM 會(huì)根據(jù)該編碼找到相應(yīng)字模信息，并將其顯示到液晶屏的相應(yīng)位置。 繪圖存儲(chǔ)器提供64×32 字節(jié)空間。 模塊可控制256×64 點(diǎn)的二維繪圖區(qū)， 只需向確定的地址寫入圖形點(diǎn)陣信息，控制器即在顯示屏與地址對(duì)應(yīng)的位置顯示所需圖形。在CGRAM 區(qū)，用戶可向其中寫入自定義字符集的編碼點(diǎn)陣字模，LCM 會(huì)根據(jù)字符編碼及該區(qū)首地址找到該字符的字模點(diǎn)陣信息，并顯示出來。 由于該信息存入RAM，因此每次系統(tǒng)重啟都需重新建立自定義字符集。 該區(qū)首地址需用戶自己指定。

2.2 LCMl2864ZK 與單片機(jī)的接口

LCMl2864ZK 可以通過并行或串行模式接收來自單片機(jī)的數(shù)據(jù)。 當(dāng)工作于并行模式下時(shí)，單片機(jī)不僅可以向顯示RAM 寫數(shù)據(jù)，以刷新液晶顯示的內(nèi)容，也可以通過數(shù)據(jù)總線讀取顯示內(nèi)存的內(nèi)容；當(dāng)工作于串行模式下時(shí)，單片機(jī)只可以向顯示RAM寫數(shù)據(jù)，不可以讀取顯示RAM 的內(nèi)容。LCMl2864ZK 僅使用兩條傳輸線傳送串行數(shù)據(jù)，其控制系統(tǒng)將配合傳輸同步時(shí)鐘(SCLK)，接收來自串行數(shù)據(jù)線(SID)的數(shù)據(jù)。

在片選CS 設(shè)為高電平時(shí)，同步時(shí)鐘線(SCLK)輸入的信號(hào)才會(huì)被接收，如果為低電平，傳輸中的數(shù)據(jù)將被中止清除，并將傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)計(jì)數(shù)重新設(shè)回第一位；CS 腳可被固定接到高電平。 VR 是LCD亮度調(diào)整端，外接可調(diào)電阻；LED+和LED－分別接到4.4V 電源的正、負(fù)極(可由+5V 電源串聯(lián)一個(gè)可調(diào)電阻器得到)，引腳PSB、NC、RST 均懸空未用，引腳R／W 和E 分別作為串行數(shù)據(jù)輸入腳(SID)和串行脈沖輸入腳(SCLK)，可接至單片機(jī)的任意兩個(gè)I/O 引腳（本例中接到P3.2 和P3.3）。

2.3 LCMl2864ZK 和AT89S52 的硬件接口電路

LCMl2864ZK 與AT89S52 的硬件接口電路如圖2 所示。

圖2 LCMl2864ZK 與AT89S52 的硬件接口電路Fig.2 Hardware interface circuit of LCMl2864ZK and AT89S52

3 圖形點(diǎn)陣式液晶顯示屏MGLS240128T與單片機(jī)接口技術(shù)

3.1 MGLS240128T 圖形液晶顯示模塊結(jié)構(gòu)

MGLS240128T 圖形液晶顯示模塊由控制器T6963C、列驅(qū)動(dòng)器T6A39、行驅(qū)動(dòng)器T6A40 以及與外部設(shè)備的接口等幾部分組成。它既能顯示字符(包括中文和西文字符)，又能顯示圖形，還能夠?qū)⒆址c圖形混合顯示。

MGLS240128T 圖形液晶顯示模塊的引腳說明如表1 所示。 該模塊對(duì)液晶顯示的控制和驅(qū)動(dòng)都由模塊內(nèi)部的芯片及電路來完成，因此它與外部的連接只有數(shù)鋸線和控制線。主控CPU 通過這些數(shù)據(jù)線和控制線來設(shè)置所需要的顯示方式，其他功能均由模塊自動(dòng)完成。

MGLS240128T 圖形液晶顯示模塊本身內(nèi)藏控制器T6963C，它的最大特點(diǎn)是具有獨(dú)特的硬件初始設(shè)置功能。 由于顯示驅(qū)動(dòng)所需的參數(shù)(如占空比系數(shù)、驅(qū)動(dòng)傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)／行以及字符的字體選擇等)均由引腳電平來沒置，T6963C 的初始化在上電時(shí)就已基本設(shè)置完成。 除此之外，它還具有很強(qiáng)的軟件控制能力，也就是由主控CPU 通過接口寫入液晶模塊的指令來實(shí)現(xiàn)模塊控制。 軟件控制主要集中于顯示功能的設(shè)置上。

表1 MGLS240128T 模塊的引腳功能Table 1 Pin function of MGLS240128T module

3.2 MGLS240128T 圖形液晶顯示模塊與單片機(jī)接口電路

MGLS240128T 圖形液晶顯示模塊與計(jì)算機(jī)的接口時(shí)序采用Inter8080 時(shí)序。 下面以AT89S52 單片機(jī)為例說明其接口方法。 它與單片機(jī)的接口方法分為直接訪問方式和間接控制方式。 直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲(chǔ)器接在CPU 的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線上，同時(shí)把它的數(shù)據(jù)總線接在AT89S52 的P0口上， 片選以及寄存器選擇信號(hào)線由P2口提供，讀寫操作由單片機(jī)的讀寫操作信號(hào)控制。 這種方式是以訪問存儲(chǔ)器的方式訪問液晶顯示模塊的，具體連接如圖3 所示。

圖3 MGLS240128T 圖形液晶顯示模塊與單片機(jī)直接訪問方式接口電路Fig.3 Interface circuit of MGLS240128T graphic LCD module and SCM direct-access way

間接控制方式則不使用單片機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的I/0 口來實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。 即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的P0口連接，作為數(shù)據(jù)總線，另外3 根時(shí)序控制信號(hào)線通常利用AT89S 52 的P3口中未被使用的I/O 口來控制。這種訪問方式不占用CPU 的存儲(chǔ)器空間，它的接口電路與時(shí)序無關(guān)，時(shí)序完全靠軟件編程實(shí)現(xiàn)（其接口方式如圖4所示）。

圖4 MGLS240128T 圖形液晶顯示模塊與單片機(jī)間接訪問方式接口電路Fig.4 Interface circuit of MGLS240128T graphic LCD module and SCM indirect-access way

MGLS240128T 圖形液晶顯示模塊是一種性能價(jià)格比較高的液晶顯示模塊，其內(nèi)部具有適配89 系列的操作時(shí)序電路。 該模塊與單片機(jī)的接口十分方便。 由于它不僅能很方便地進(jìn)行大信息量的各種字符顯示，且能實(shí)現(xiàn)圖形及曲線的顯示，這就使人機(jī)接口更加友好。 因此，可為單片機(jī)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用提供十分簡單、方便，功能強(qiáng)大的LCD 顯示功能。

4 結(jié)語

以實(shí)例的形式說明筆段式液晶顯示屏、字符點(diǎn)陣式液晶顯示屏和圖形點(diǎn)陣式液晶顯示屏與單片機(jī)之間的硬件接口技術(shù)。 不同型號(hào)的液晶顯示模塊功能不同，但與單片機(jī)的硬件接口方法相同，不同的是模塊的引角順序。 用戶使用與本文實(shí)例型號(hào)不同的液晶顯示模塊時(shí)，只需按引角功能與實(shí)例接口電路一致的原則行事，就能完成與單片機(jī)的硬件接口電路。 軟件編程部分可參閱有關(guān)資料。

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