毕业设计(论文)-基于单片机的LCD图片与汉字显示.doc
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1、 密级: 公开 NANCHANG UNIVERSITY 学 士 学 位 论 文 THESIS OF BACHELOR(2006 2010年)题 目 基于单片机的LCD图片与汉字显示 南 昌 大 学学士学位论文原创性申明本人郑重申明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期:学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并
2、向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密,在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。(请在以上相应方框内打“”)作者签名: 日期:导师签名: 日期:摘 要 基于单片机的LCD图片与汉字显示 专业:电子信息工程 学号:6102106078 学生姓名: 指导老师: 摘 要 本文回顾了目前的液晶显示技术并搭建硬件电路实现了液晶的图片与汉字显示,硬件电路的控制核心是AT89C51单片机,液晶显示部分是由基于控制器为ST7920的QY-12
3、864液晶模块构成,实现了在并行数据传输方式下控制液晶模块QY-12864显示一幅128x64图片和四行16x16的汉字。由于目前液晶显示的普遍性,而且本研究的硬件电路有很大的扩展空间,所得到的研究结果具有重要的应用意义。 关键词: 单片机; 液晶图片与汉字显示 ;控制器ST7920IIAbstract Microcontroller-based image and character LCD display Abstract This article briefly introduced modern LCD display technology and established a hard
4、ware circuit to fulfill an image and charters display.The hardware circuit control core is AT89C51, LCD controller is based on the part of the ST7920 for QY-12864 LCD module composition, realized in parallel data transmission mode control QY-12864 shows a picture of LCD module 128x64 pictures and fo
5、ur rows of 16x16 characters.Because of the universality that liquid crystal using at present, the hardware circuit studying originally has very big expansion space and the result has important application meaning.Keyword: MCU; Image and character display; Contronller ST7902目 录目 录摘 要IAbstractII第一章 概述
6、11.1 LCD显示原理11.2 LCD显示技术11.3 LCD优势21.4 本文所作的工作3第二章 硬件设计42.1方案设计与比较42.2主要芯片介绍52.2.1 单片机AT89C5152.2.2 液晶模块QY-1286452.3 模块电路设计92.3.1电源部分92.3.2晶振部分92.3.3复位电路102.3.4液晶模块10第三章 软件设计123.1 程序流程设计123.2 主要显示程序设计123.2.1 命令数据的写入123.2.2 命令数据的读出133.2.3 汉字的显示143.2.4 图片的显示143.2.5 液晶初始化163.3 图片数据的提取173.4 软件仿真测试173.5
7、PCB板的制作19第四章 硬件调试结果224.1显示控制信息224.2汉字显示234.3图片显示23总 结24参考文献(Perference)25致 谢26附录 程序代码27III第一章 概述第一章 概述1.1 LCD显示原理液晶的物理特性是:当通电时导通,排列变的有秩序,使光线容易通过;不通电时排列混乱,阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说,液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材,称为Substrates,中间夹著一层液晶。当光束通过这层液晶时,液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状,因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物,由长棒状的分子构成。在自然状
8、态下,这些棒状分子的长轴大致平行。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面,液晶分子会顺着槽排列,所以假如那些槽非常平行,则各分子也是完全平行的。液晶显示器(LCD/Liquid Crystal Display)的显像原理,是将液晶置于两片导电玻璃之间,靠两个电极间电场的驱动,引起液晶分子扭曲向列的电场效应,以控制光源透射或遮蔽功能,在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来,若加上彩色滤光片,则可显示彩色影像。在两片玻璃基板上装有配向膜,所以液晶会沿着沟槽配向,由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度,所以液晶分子成为扭转型,当玻璃基板没有加入电场时,光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转,通过下方偏光板,液晶面
9、板显示白色;当玻璃基板加入电场时,液晶分子产生配列变化,光线通过液晶分子空隙维持原方向,被下方偏光板遮蔽,光线被吸收无法透出,液晶面板显示黑色。液晶显示器便是根据此电压有无,使面板达到显示效果。1.2 LCD显示技术目前液晶显示器可分成三大种类,分别是扭转向列型(Twisted Nematic;简称TN)、超扭转向列型(Super Twisted Nematic简称STN)和彩色薄膜型(Thin Film Transistors;简称TFT)。 TN-LCD TN是继DSM型的液晶材料後,所发展的新液晶材料,TN-LCD的最大特点就如同其名称扭转向列一般,其液晶分子从最上层到最下层的排列方向恰
10、好是呈90度的3D螺旋状。TN-LCD的出现奠定了现今LCD发展的主要方式,但是由於TN-LCD具有两个重大缺点,那就是无法呈现黑、白两色以外色调,以及当液晶显示器越做越大时其对比会越来越差,使得各种新的技术陆续出现。 STN-LCD STN-LCD的出现是为了改善TN-LCD对比不佳的问题,最大差别点在於液晶分子扭转角度不同以及在玻璃基板的配合层有预倾角度,其液晶分子从最上层到最下层的排列方向恰好是180度至260度的3D螺旋状。但是,STN-LCD虽然改善了TN-LCD的对比问题,其颜色的表现依然无法获得较好的解决,STN-LCD的颜色除了黑、白两个色调外,就只有橘色和黄绿色等少数颜色,对
11、於色彩的表达仍然无法达到全彩的要求,因此仍然不是一个完善的解决方式。 TFT-LCD 为了改善对於色彩的要求,又发明了TSTN(Triple Super Twisted Nematic)和FSTN(Film Super Twisted Nematic)两种新技术。TSTN和FSTN的基本构造原理与STN相同,差别在於TSTN在两片玻璃上加上两片色补偿用薄膜,而FSTN则是加上一片色补偿用薄膜。TSTN和FSTN具有高解析度和全彩的优点,完全改善TN的比对问题和STN的色彩问题。但可惜的是,TSTN和FSTN却有液晶分子的反应较慢的问题,在放映数量较大的资料时,会造成无法负荷的缺点,因此也不是完
12、善的解决方式。1.3 LCD优势 1 低压、微功耗 液晶显示器的工作电压极低,而工作电流也仅几个微安,这是其他任何显示器件无法比拟的。要知道,只有低压、微功耗的显示器件才可能深入人间的每个角落,伴随人们生活和工作。在工作电压和功耗上液晶显示正好与大规模集成电路的发展相适应。从而使液晶与大规模集成电路结成了孪生兄弟。使电子手表、计算器、便携仪表、以至手提电脑、GPS电子地图等成为可能。 2 平板型结构 液晶显示器件的基本结构是由两片玻璃基板制成的薄形盒。这种结构最利于用作显示窗口,而且它可以在有限的面积上容纳最大量的显示内容,显示内容的利用率最高。此外,这种结构不仅可以做的很小,如照相机上所用的
13、显示窗,也可以做的很大,如大屏幕液晶电视及大型液晶广告牌。 此外,这种结构还便于大批量、白动化生产。目前液晶显示器件的生产大都采用自动化半自动化的集成化工艺生产,仅少量工人即可开动一条年产上千万片的生产线。 3 被动型显示液晶显示器件本身不能发光,它靠调制外界光达到显示目的。即它不像主动型显示器件那样,靠发光刺激人眼实现显示,而是单纯依靠对外界光的不同反射形成的不同对比度来达到显示目的的。被动显示更适合于人眼视觉,更不易引起疲劳。这个优点在大信息量、高密度、快速变换、长时间观察的显示时尤其重要。此外,被动显示还不怕光冲刷。所谓光冲刷,是指当环境光较亮时,被显示的信息被冲淡,从而显示不清晰。而被
14、动型显示,由于它是靠反射外部光达到显示目的的,所以,外部光越强,反射的光也越强,显示的内容也就越清晰。因此液晶显示不仅可以用于室外进行显示,而且可以在阳光等强烈照明环境下也可以显示得很清晰。 4 显示信息量大液晶显示在同样大小的显示窗面积内,比可以容纳更多的像素,显示更多的信息。这对于制作高清晰度电视、笔记本式电脑都非常有利。 5 易于彩色化 液晶本身虽然一般是没有颜色的,但它实现彩色化确很容易,方法很多。一般使用较多的是滤色法和干涉法。由于滤色法技术的成熟,使液晶的彩色化具有更精确、更鲜艳、更没有色失真的彩色化效果。 6 长寿命 液晶材料是有机高分子合成材料,具有极高的纯度,而且其他材料也都
15、是高纯物质,在极净化的条件下制造而成。液晶的驱动电压又很低,驱动电流更是微乎其微,因此,这种器件的劣化几乎没有,寿命很长。从实际应用考查。一般使用中,除撞击,破碎或配套件损坏外,液晶显示器件自身的寿命终结几乎没有可能。 7 无辐射,无污染液晶显示器件在使用时不会产生像CRT使用中产生的软X射线及电磁波辐射。这种幅射不仅污染环境还会产生信息泄露。而液晶显示不会产生这类问题。它对于人身安全和信息保密都是十分理想的。1.4 本文所作的工作 本课题的主要任务是实现液晶的图片与汉字显示,实现简单的人机交互。掌握和熟练使用相关软件,设计硬件电路并编写相应的程序实现相应功能。课题完成过程中,阅读了很多关于液
16、晶显示原理和单片机控制电路方面的文献。本设计是采用了QY-12864在并行方式下实现图片与汉字显示,应用Zimo21字模提取软件提取了128x64的图片显示数据和16x16的汉字数据,使用proteus软件进行仿真。应用DXP2004进行了电路原理图的和PCB板的制作。11第二章 硬件设计 第二章 硬件设计2.1方案设计与比较 方案一:一般51单片机有4K程序存储单元,128Byte的RAM,足以满足一般的控制需求,而且具有较高的性价比,所以选择AT89C51单片机作为控制单元.通过串行方式控制液晶模块,优点是串行方式节省端口,可利用其他端口进行另外的扩展。缺点是串行数据传输速度有限制,如果要
17、显示动态图片或者流畅的播放视频那么效果会比较差,而且串行数据控制比较复杂,因为要考虑到信号传输的同步问题。这也是串行方式方式数据传输比较慢的一个原因。 图2-1 串行连接方式 方案二:采用并行数据传输方式,优点数据传输速度较快可以克服串行显示动态图片显示效果不佳现象,控制方式也较串行简单。缺点占用较多的I/O口,8根数据线就需要8个I/O口。 图2-2 并行连接方式 由上边两个方案对比,由于本设计I/O较充足,故选择并行数据传输方式进行液晶控制,控制信号简单较容易设计实现。2.2主要芯片介绍 2.2.1 单片机AT89C51AT89C51是ALTEM公司的一种高效微控制器,它将多功能8位cpu
18、和闪烁存储器组合在单个芯片中,带有4k字节可编程可擦除只读存储器,有128Byte片内RAM。并且与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚想兼容,灵活运用于各种控制领域。 2.2.2 液晶模块QY-12864QY-12864液晶模块是128x64点阵的汉字图形液晶显示模块,可显示汉字及图片,内置国标GB2312码简体中文字库(16x16点阵)、128个字符(8x16点阵)及64x256点阵显示RAM。可与MCU直接接口,提供两种界面来连接微处理机:8位并行及串行两种连接方式。具有多种功能:光标显示、画面移位、睡眠模式等。QY-12864引脚图如表2-3所示: 12345678910VSSVDD
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