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1、任务5.4 显示器接口电路的设计与制作,知识能力,5.4.1 液晶显示器概述 在小型的智能化电子产品中，普通的7段LED数码管只能用来显示数字，若遇到要显示英文字母或图像、汉字时，则必须选择使用液晶显示器(简称LCD)。LCD显示器的应用很广，简单的如手表、计算器上的液晶显示器，复杂如笔记本电脑上的显示器等，都使用LCD。在一般的商务办公机器上，如复印机和传真机，以及一些娱乐器材、医疗仪器上，也常常看见LCD的足迹。 LCD可分为两种类型，一种是字符模式LCD，另一种为图形模式LCD。这里要介绍的LCD为字符型点阵式LCD模组(Liquid Crystal Display Module，LCM
2、)，或称字符型LCD。市场上有各种不同厂牌的字符显示类型的LCD，但大部分的控制器都是使用同一块芯片来控制的，编号为HD44780，或是兼容的控制芯片。,字符型液晶显示模块是一类专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。在显示器件的电极图形设计上，它是由若干个5*7或5*11等点阵字符位组成。每一个点阵字符位都可以显示一个字符。点阵字符位之间空有一个点距的间隔起到了字符间距和行距的作用。 目前常用的有16字*1行、16字*2行、20字*2行和40字*2行等的字符模组。这些LCM虽然显示的字数各不相同，但是都具有相同的输入输出界面。,5.4.2 1602字符型液晶模块介绍 1602液晶
3、模块的正反面照片如图5-36所示。,图5-36 1602液晶模块实物照片,1. 16*2字符型液晶显示模块(LCM)特性 1)+5V电压，反视度(明暗对比度)可调整。 2)内含振荡电路，系统内含重置电路。 3)提供各种控制命令，如清除显示器、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。 4)显示用数据DDRAM共有80个字节。 5)字符发生器CGROM有160个5*7点阵字型。 6)字符发生器CGRAM可由使用者自行定义8个5*7的点阵字型。 2. 16*2字符型液晶显示模块(LCM)引脚及功能 1脚(Vdd/Vss)：电源5V或接地。 2脚(Vss/Vdd)：接地或电源5V。 3脚(VO)：对比
4、度调整。使用可变电阻调整，通常接地。 4脚(RS)：寄存器选择。高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。,5脚(R/W)：读/写选择。高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。 6脚(E)：使能操作。高电平时LCM可做读写操作；低电平时LCM不能做读写操作。 7脚(DB0)：双向数据总线的第0位。 8脚(DB1)：双向数据总线的第1位。 9脚(DB2)：双向数据总线的第2位。 11脚(DB3)：双向数据总线的第3位。 11脚(DB4)：双向数据总线的第4
5、位。 12脚(DB5)：双向数据总线的第5位。 13脚(DB6)：双向数据总线的第6位。 14脚(DB7)：双向数据总线的第7位。,15脚(Vdd)：背光显示器电源+5V。 16脚(Vss)：背光显示器接地。 说明：由于生产LCM厂商众多，使用时应注意电源引脚1、2的不同。LCM数据读写方式可以分为8位及4位2种，以8位数据进行读写则DB7DB0都有效，若以4位方式进行读写，则只用到DB7DB4。 3. 液晶显示控制驱动集成电路HD44780特点 l)HD44780不仅作为控制器而且还具有驱动40*16点阵液晶像素的能力，并且HD44780的驱动能力可通过外接驱动器扩展360列驱动。 2)HD
6、44780的显示缓冲区及用户自定义的字符发生器CGRAM全部内藏在芯片内。,3)HD44780具有适用于M6800系列MCU的接口，并且接口数据传输可为8位数据传输和4位数据传输两种方式。 4)HD44780具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动、闪烁等显示功能。 HD44780的内部组成结构如图5-37所示。 由于HD44780的DDRAM容量所限，HD44780可控制的字符为每行80个字。也就是5*80=400点。HD44780内藏有16路行驱动器和40路列驱动器，所以HD44780本身就具有驱动16*40点阵LCD的能力，(即单行16个字符或两行8个字符)。如果在外部加一个HD441
7、00外扩展多40路/列驱动，则可驱动16*2LCD。,图5-37 HD44780的内部组成结构,4. HD44780工作原理 (1)DDRAM数据显示用RAM DDRAM是数据显示用RAM(Data display RAM， DDRAM)。DDRAM用来存放我们要LCD显示的数据，只要将标准的ASCII码送入DDRAM，内部控制电路会自动将数据传送到显示器上，例如要LCD显示字符A，则我们只须将ASCII码41H存入DDRAM即可。DDRAM有80B空间，共可显示80个字(每个字为一个bytes)，其存储器地址与实际显示位置的排列顺序与LCM的型号有关。1602液晶屏的RAM地址映射图如图5-
8、38所示。,图5-38 1602液晶屏的RAM地址映射图,(2)CGROM字符产生器ROM CGROM是字符产生器ROM(Character Generator ROM，CGROM)。CGROM储存了192个5*7的点矩阵字型，CGROM的字型要经过内部电路的转换才会传到显示器上，仅能读出不可写入。字型或字符的排列方式与标准的ASCII码相同，例如字符码 31H为 l字符，字符码41H为A字符。如我们要在LCD中显示A，就是将A的ASCII代码41H写入DDRAM中，同时电路到CGROM中将A的字型点阵数据找出来显示在LCD上。字符与字符码对照表见表5-7。,表5-7 字符与字符码对照表,(3
9、) CGRAM字型、字符产生器RAM CGRAM是字型、字符产生器RAM(Character Generator RAM，CGRAM)。CGRAM是供使用者储存自行设计的特殊造型的造型码RAM，CGRAM共有 512bits(64字节)。一个5*7点矩阵字型占用8*8bit，所以CGRAM最多可存8个造型。 (4) IR指令寄存器 IR是指令寄存器(Instruction Register，IR)。IR寄存器负责储存MCU要写给LCM的指令码。当MCU要发送一个命令到IR寄存器时，必须要控制LCM的RS、R/W及E这三个引脚，当RS及R/W引脚信号为0，E引脚信号由1变为0时，就会把在DB0D
10、B7引脚上的数据送入IR寄存器。,(5) DR数据寄存器 DR是数据寄存器(Data Register，DR)。DR寄存器负责储存MCU要写到CGRAM或DDRAM的数据，或储存MCU要从CGRAM或DDRAM读出的数据，因此DR寄存器可视为一个数据缓冲区，它也是由LCM的RS、R/W及E等三个引脚来控制。当RS及R/W引脚信号为l，E接脚信号由1变为0时，LCM会将DR寄存器内的数据由DB0DB7输出以供MCU读取；当RS接脚信号为l，R/W接脚信号为0，E接脚信号由1变为0时，就会把在DB0DB7引脚上的数据存入DR寄存器。 (6) BF忙碌标志信号 BF是忙碌标志信号(Busy Flag
11、，BF)。BF的功能是告诉MCU，LCM内部是否正忙着处理数据。当BF=1时，表示LCM内部正在处理数据，不能接受MCU送来的指令或数据。LCM设置BF的原因为MCU处理一个指令的时间很短，只需几微秒左右，而LCM得花上40微秒1.64亳秒的时间，所以MCU要写数据或指令到LCM之前，必须先查看BF是否为0。,(7) AC地址计数器 AC是地址计数器(Address Counter，AC)。AC的工作是负责计数写到CGRAM、DDRAM数据的地址，或从DDRAM、CGRAM读出数据的地址。使用地址设定指令写到IR寄存器后，则地址数据会经过指令解码器(Instruction Decoder)，再
12、存入AC。当MCU从DDRAM或 CGRAM存取资料时，AC依照MCU对LCM的操作而自动的修改它的地址计数值。 5. LCD控制器的指令 用MCU来控制LCD模块，方式十分简单，LCD模块其内部可以看成两组寄存器，一个为指令寄存器，一个为数据寄存器，由RS引脚来控制。所有对指令寄存器或数据寄存器的存取均需检查LCD内部的忙碌标志BF，此标志用来告知LCD内部正在工作，并不允许接收任何的控制命令。而此位的检查可以令RS=0，用读取DB7来加以判断，当此DB7为0时，才可以写入指令或数据寄存器。LCD控制器的指令共有11组，以下分别介绍。,(1)清除显示器,指令代码为01H，将DDRAM数据全部
13、填入“空白” 的ASCII代码20H，执行此指令将清除显示器的内容，同时光标移到左上角。,(2) 光标归位设定,指令代码为02H，地址计数器被清0，DDRAM数据不变，光标移到左上角。*表示可以为0或1。,(3) 设定字符进入模式,(4) 显示器开关,D：显示器开启或关闭控制位，D=1时，显示器开启；D=0时，则显示器关闭，但显示数据仍保存于DDRAM中。 C：光标出现控制位，C=1时，则光标会出现在地址计数器所指的位置；C=0则光标不出现。 B：光标闪烁控制位，B=1光标出现后会闪烁；B=0，光标不闪烁。,(5) 显示光标移位,*表示可以为0或1。,(6) 功能设定,*表示可以为0或1。 D
14、L:数据长度选择位。DL=1时为8位(DB7DB0)数据转移；DL=0时则为4位数据转移，使用DB7DB4位，分2次送入一个完整的字符数据。 N:显示器为单行或双行选择。N=1为双行显示；N=0则为单行显示。 F:大小字符显示选择。当F=1时，为5*10字形(有的产品无此功能)；当F=0时，则为5*7字型。,(7) CGRAM地址设定,设定下一个要读写数据的CGRAM地址(A5A0)。 (8) DDRAM地址设定,设定下一个要读写数据的DDRAM地址(A6A0)。,(9) 忙碌标志BF或AC地址读取,LCD的忙碌标志BF用以指示LCD目前的工作情况，当BF=1时，表示正在做内部数据的处理，不接
15、受MCU送来的指令或数据。当BF=0时，则表示已准备接收命令或数据。当程序读取此数据的内容时，DB7表示忙碌标志，而另外DB6DB0的值表示CGRAM或DDRAM中的地址，至于是指向那一地址则根据最后写入的地址设定指令而定。,(10) 写数据到CGRAM或DDRAM中,先设定CGRAM或DDRAM地址，再将数据写入DB7DB0中，以使LCD显示出字形。也可将使用者自创的图形存入CGRAM。,(11) 从CGRAM或DDRAM中读取数据,先设定CGRAM或DDRAM地址，再读取其中的数据。,6. 控制器接口时序说明(HD44780及兼容芯片) 控制LCD所使用的芯片HD44780其读写周期约为1
16、S左右，这与8051MCU的读写周期相当，所以很容易与MCU相互配合使用。 （1） 读操作时序，其时序图如图5-39所示。,图5-39 读操作时序图,（2）写操作时序，其时序图如图5-40所示。,图5-40写操作时序图,（3）时序参数,7. 通常推荐的初始化过程 延时15ms 写指令38H (不检测忙信号) 延时5ms 写指令38H (不检测忙信号) 延时5ms 写指令38H (不检测忙信号) 延时5ms (以后每次写指令、读/写数据操作之前均需检测忙信号) 写指令38H：显示模式设置 写指令08H：显示关闭 写指令01H：显示清屏 写指令06H：显示光标移动设置 写指令0CH：显示开及光标设置,技能能力,5.4.3 工作任务描述 1)根据给出的图5-41，在Proteus中画出电路图；编写程序控制1602液晶模块输出显示数字和英文字符。 2)利用Proteus的仿真功能对其进行仿真测试，观察液晶模块的显示状态。 3)根据图5-41，搭接硬件电路，进行硬件验证。,图5-41 1602液晶模块显示控制电路,4)程序范例： ; 功能：
