基于51單片機(jī)的TFT液晶顯示設(shè)計(jì)分析

李夢(mèng)

摘 要：近年來，隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、軟件等技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的儀器設(shè)備開始朝向智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。新的儀器設(shè)備顯示終端的圖文、數(shù)據(jù)變得更加精準(zhǔn)，同時(shí)也更加方便查看。該文主要分析了基于51單片機(jī)的TFT液晶顯示的設(shè)計(jì)，分別重點(diǎn)從顯示器的硬件設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面來進(jìn)行，同時(shí)結(jié)合實(shí)際的數(shù)據(jù)和具體的設(shè)計(jì)圖標(biāo)分析，進(jìn)行了詳細(xì)而綜合性的相關(guān)闡述。

關(guān)鍵詞：51單片機(jī) TFT液晶顯示 設(shè)計(jì) 分析

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（b）-0040-03

我國(guó)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)在不斷加強(qiáng)，極大地推動(dòng)了以電子元件為主體的銷售市場(chǎng)。而51單片機(jī)作為一種非常常見的單片機(jī)，盡管在內(nèi)部資源的存儲(chǔ)和相關(guān)數(shù)據(jù)的處理速度上遠(yuǎn)不及一些最新的高度單片機(jī)，但是以其廉價(jià)和適用范圍廣泛的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)受到廣大開發(fā)者的一致好評(píng)。其中51單片機(jī)是最常用的TFT液晶顯示的方法，故該文主要探討的就是基于51單片機(jī)的TFT液晶顯示設(shè)計(jì)。通過對(duì)于硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最小系統(tǒng)、TFT液晶顯示、時(shí)鐘、溫度采集以及電路設(shè)置的分析，還有軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析，包括主程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)顯示子程序設(shè)計(jì)以及芯片子程序設(shè)計(jì)等，進(jìn)一步了解整個(gè)液晶顯示的設(shè)計(jì)過程。

1 硬件設(shè)計(jì)分析

基于51單片機(jī)的TFT液晶顯示設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件電路中，大致包含單片機(jī)最小系統(tǒng)、TFT液晶顯示電路、設(shè)置電路、時(shí)鐘電路和溫度采集電路等幾個(gè)重要的組成部分，如圖1所示。

1.1 51單片機(jī)的最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包含了外部晶振和電源，以及復(fù)位電路等，在這些基本條件的共同作用下，就能夠保證整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)了，也更加方便控制整個(gè)系統(tǒng)。從DS18B20的實(shí)際芯片溫度數(shù)據(jù)中，可以將DS1302的芯片數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取或?qū)懭?，形成日歷和時(shí)鐘數(shù)據(jù)，經(jīng)過相應(yīng)的檢測(cè)程序來檢驗(yàn)是否需要進(jìn)行按鍵或者相應(yīng)的一些操作。最后在顯示驅(qū)動(dòng)芯片中寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，就可以在整個(gè)TFT液晶顯示屏幕上將所需的內(nèi)容全部顯示出來了。

1.2 TFT液晶顯示電路

根據(jù)調(diào)查和相應(yīng)的研究表明，TFT液晶顯示的芯片可以有很多種不同的選擇，該文當(dāng)中筆者所采用的一種ILI9325的芯片，這個(gè)芯片可以支持320×240（QVGA）的實(shí)際分辨率，同時(shí)在它的內(nèi)部安置了173 kB的RAM，所以它的最高顯示能夠達(dá)到26萬(wàn)色。其中ILI9325所支持的一種接口方式是8/9/16/18位i80的系統(tǒng)總線，SPI總線、RGB和VSYNC的接口。通常情況下會(huì)將外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用總線式接口的電路的液晶顯示器進(jìn)行代替，在實(shí)際的工作過程中，可以將訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單元和訪問液晶顯示器看成一樣，從而將51單片機(jī)的總線的讀寫功能發(fā)揮到最佳的優(yōu)勢(shì)程度上，以便于更好、更快地?cái)U(kuò)展和升級(jí)。

1.3 時(shí)鐘顯示電路

時(shí)鐘顯示電路主要是由DS1302芯片構(gòu)成的，它是一種充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)部包含了實(shí)時(shí)時(shí)鐘或日歷以及31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過不同單片機(jī)的接口進(jìn)行通信。利用芯片可以獲取秒、分、時(shí)和日、月、年等具體的時(shí)間信息，系統(tǒng)可以按照實(shí)際每月的天數(shù)甚至閏年的實(shí)際天數(shù)來進(jìn)行不同的計(jì)算，時(shí)間可達(dá)2100年，使用起來非常方便，而且系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行過程中所需要消耗的功量也比較低，不需要額外進(jìn)行電容或者電阻的接入。

1.4 溫度采集電路

該文中的溫度采集電路主要使用的是DS18B20數(shù)字溫度計(jì)，這個(gè)芯片的電路設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單而且體積也非常小，因此所組合而成的測(cè)溫系統(tǒng)線路也是非常簡(jiǎn)單的類型，僅僅需要簡(jiǎn)單的通信線就能夠?qū)⒍鄠€(gè)DS18B20數(shù)字溫度計(jì)進(jìn)行很好的連接，不但用一個(gè)端口就能完成所有數(shù)據(jù)的讀取和寫入，同時(shí)每個(gè)芯片都有一個(gè)專屬的序列號(hào)，可以掛載多個(gè)芯片。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，數(shù)字溫度計(jì)的實(shí)際溫度一般控制在-55 ℃～125 ℃的范圍內(nèi)，需要注意的是一定要設(shè)定告警溫度，將其實(shí)際的分辨率設(shè)定為9～12位。該芯片與實(shí)際的單片機(jī)的電路連接。

1.5 電路設(shè)置

電路設(shè)置的最主要功能就是能夠把時(shí)間和日期與當(dāng)前的實(shí)際情況同步，使得最終的時(shí)間和日期能夠反應(yīng)當(dāng)下的基本情況，這樣才能更加有利于用戶的使用。在此次基于51單片機(jī)的液晶顯示設(shè)計(jì)中，主要是通過3個(gè)按鍵來完成這一功能的。第一次按鍵可以設(shè)定為主要內(nèi)容的更改，當(dāng)時(shí)鐘停止并出現(xiàn)某一個(gè)指示符時(shí)，可以將系統(tǒng)依次更改為秒、分、時(shí)、日、月、年和星期等，這樣在實(shí)際的使用過程中自行調(diào)整系統(tǒng)時(shí)間。當(dāng)?shù)谝淮卧O(shè)置結(jié)束以后，可以再次按下第二個(gè)按鍵，時(shí)鐘又會(huì)恢復(fù)繼續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)，而且指示符也會(huì)消失，這樣用戶可以更加靈活地進(jìn)行時(shí)間的調(diào)節(jié)了。但是需要特別注意的是，只有在調(diào)節(jié)狀態(tài)下才能按下“+”或者“-”的按鈕，否則是無法起到任何效果的。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)成主要包含了顯示子程序和DS1302芯片子程序、DS8B20芯片子程序，同樣還包含按鍵處理主程序有子程序。其中按鍵處理主程序被用來進(jìn)行設(shè)備的初始化，然后通過鍵盤掃描的程序，在同時(shí)進(jìn)行時(shí)間以及溫度的顯示，最后再調(diào)用顯示的子程序。主要利用DS1302芯片子程序來讀取在內(nèi)部存儲(chǔ)中的時(shí)間和日期，在鍵盤相應(yīng)時(shí)將實(shí)際的數(shù)據(jù)存放到內(nèi)部存儲(chǔ)器中，需要注意的是期間會(huì)有一定的時(shí)間間隔。

2.1 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)

在主程序完成了對(duì)各種不同器件的初始化之后，開始執(zhí)行鍵盤掃描，將芯片數(shù)據(jù)和顯示程序中的內(nèi)容進(jìn)行全面讀取，主程序的整個(gè)設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)顯示程序的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)顯示程序的設(shè)計(jì)在總體設(shè)計(jì)過程中存在一定的難點(diǎn)，首先，一般情況下顯示驅(qū)動(dòng)芯片的寄存器中相對(duì)比較復(fù)雜，如ILI9325的寄存器要超過40個(gè)，這些寄存器不單會(huì)被初始化程序使用，同樣也會(huì)被其他的程序用到，在實(shí)際的數(shù)據(jù)寫入過程中要進(jìn)行范圍確定。其次，在顯示屏上輸入的內(nèi)容都是要通過手動(dòng)的方式進(jìn)行編寫，如在1602液晶和12864液晶顯示屏幕上輸入一些英文字母、數(shù)字或者中文的一些內(nèi)容等，都是需要利用現(xiàn)有指令錄入，然而實(shí)際的ILI9325卻沒有字庫(kù)，因而該文中所采用的是字模軟件。通過軟件來生成任意大小字塊并進(jìn)行圖片取模，型號(hào)字母尺寸在40×46，而數(shù)字的大小為16×31，在不同的索引程序條件判斷中明確區(qū)分。

2.3 DS1302子程序和按鍵處理子程序的設(shè)計(jì)

由于DS1302的時(shí)鐘日期芯片的實(shí)際子程序中，已經(jīng)自定義讀取了寫入數(shù)據(jù)的實(shí)際函數(shù)，利用這一數(shù)據(jù)函數(shù)可以將芯片中實(shí)際的顯示日期和時(shí)間函數(shù)進(jìn)行合理化設(shè)置。再通過鍵盤掃描程序的利用，使得主函數(shù)中的實(shí)際讀取函數(shù)可以被有效地使用。利用按鍵來進(jìn)行子程序的處理，一個(gè)很重要的目的就是為了可以依次判斷按鈕是否被有效地按下了，只有明確了第一鍵已經(jīng)被有效地按下去了，從而正常開啟第二或者第三鍵。在這里我們需要特別注意的就是當(dāng)開始按動(dòng)了第一個(gè)功能鍵，那么一定要將DS1302的讀寫功能關(guān)閉，與此同時(shí)要將實(shí)際的保護(hù)功能打開。

2.4 DS18B20芯片子程序的設(shè)計(jì)

DS18B20芯片實(shí)際上是一種用于溫度采集的芯片。在實(shí)際的溫度采集工作過程中，同樣需要按照不同的流程來有秩序地進(jìn)行。第一，可以將芯片總體進(jìn)行初始化，第二，進(jìn)行ROM的不同操作，當(dāng)存儲(chǔ)器發(fā)出了具體的操作指令以后，才能夠完整地將總體的溫度讀取出來。在具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，所使用的是定時(shí)器0中斷，在每過去一秒鐘的時(shí)候?qū)⒖傮w的溫度讀取一次，這樣就能夠基本上滿足人們的日常生活需求了。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文主要論述的是在51單片機(jī)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了TFT液晶顯示設(shè)計(jì)的需求，使得具體的日期和時(shí)間，以及實(shí)際的溫度變化情況都能夠很好地被顯示出來。通過對(duì)于硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最小系統(tǒng)分析、TFT液晶顯示分析、時(shí)鐘分析、溫度采集分析以及電路設(shè)置的分析，還有軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析，包括主程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)顯示子程序設(shè)計(jì)以及芯片子程序設(shè)計(jì)等，進(jìn)一步清晰了整個(gè)液晶顯示的設(shè)計(jì)過程。在實(shí)際的操作過程中，我們可以看到的是如果利用TFT液晶顯示，就可以更加靈活而生動(dòng)地展現(xiàn)所要顯示的具體內(nèi)容，同時(shí)這在很大程度上也滿足了未來的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]紀(jì)松波，侯婷.智能液晶觸摸顯示終端與單片機(jī)接口的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（33）：16-18.

[2]丁昊，宋杰，關(guān)鍵.基于TFT彩屏液晶的便攜數(shù)字存儲(chǔ)示波器[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（33）：166-169.

[3]許思達(dá).基于51單片機(jī)的TFT液晶顯示設(shè)計(jì)[J].電子元器件應(yīng)用，2010（12）：38-40，44.

[4]陳一鳴.基于51單片機(jī)的圖形液晶顯示器漢字顯示方法分析[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2011（6）：70-71.

[5]周莉，馬秉偉.MCS51單片機(jī)與DSP的串行通信及液晶顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2014（4）：51-52.

[6]何運(yùn)田，黃繼攀，郭振義，等.環(huán)境參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)及其液晶顯示設(shè)計(jì)[J].南開大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014（2）：30-33.

[7]張霞，周克，何威，等.基于MCS-51單片機(jī)的液晶顯示設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代機(jī)械，2014（3）：71-74.

[8]張志霞，苑璐，郭帥.基于單片機(jī)控制的液晶彩屏TFT顯示原理及應(yīng)用[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2014（33）：33-37，57.

[9]高潮.TFT液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路與電源優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J].深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（2）：14-18.