基于ATmega8535型單片機(jī)和T6963C控制器實(shí)現(xiàn)圖形點(diǎn)陣式液晶顯示設(shè)計(jì)

引言

根據(jù)顯示方式和內(nèi)容的不同，常用于儀器儀表上的液晶顯示模塊有筆段型和點(diǎn)陣型兩類。前者可用于顯示有限個(gè)簡(jiǎn)單符號(hào)，控制也較為簡(jiǎn)單。后者又可分成兩種：字符型液晶顯示模塊和圖形液晶顯示模塊。點(diǎn)陣液晶顯示模塊顯示的信息多，可顯示字符、漢字，也可以顯示圖形和曲線，且容易與微處理器接口，因此經(jīng)常用在機(jī)械設(shè)備控制和自動(dòng)生產(chǎn)線中顯示設(shè)備的工作參數(shù)，或者用圖形方式顯示設(shè)備和生產(chǎn)線的工作過(guò)程。

本文從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，在簡(jiǎn)單介紹了基于T6963C控制器的HY-240128M-201圖形點(diǎn)陣式液晶顯示模塊的組成和工作原理之后，重點(diǎn)闡述此款液晶顯示模塊的使用方法，給出了用ATmega8535型單片機(jī)設(shè)計(jì)軟/硬件的思路和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

圖1 HY-240128M-201與ATmega8535單片機(jī)接口電路圖

液晶顯示模塊簡(jiǎn)介

HY-240128M-201是北京博汶迪（BALDWIN）電子技術(shù)有限公司推出的240×128點(diǎn)陣液晶顯示模塊。雖然液晶顯示模塊的內(nèi)部電路工作原理較為復(fù)雜，但是顯示模塊只留一個(gè)接口與外部通信，LCM可以通過(guò)這個(gè)接口接收顯示命令和數(shù)據(jù)，并按照命令和數(shù)據(jù)的要求進(jìn)行顯示；外部電路也是通過(guò)這個(gè)接口讀出顯示模塊的工作狀態(tài)和顯示數(shù)據(jù)的。使用者只需要了解LCM外部引腳的功能和模塊的顯示原理即可。此款LCM提供兩種接口：并行和串行方式傳輸數(shù)據(jù)命令接口。并行方式采取8位傳輸，即一次傳輸8位命令或數(shù)據(jù)；而串行方式采用4位數(shù)據(jù)總線傳輸。為了使液晶顯示模塊有較穩(wěn)定的顯示，在實(shí)際應(yīng)用中常常采用并行傳輸方式。

HY-240128M-201液晶顯示模塊主要由1片LCM控制器T6963C、2片行驅(qū)動(dòng)器T6A40、3片列驅(qū)動(dòng)器T6A39、1片8kB的顯示存儲(chǔ)器6264和1塊240×128點(diǎn)陣液晶顯示屏組成。6A40是與T6963C相配套的68路行驅(qū)動(dòng)器，它將來(lái)自T6963C的串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)液晶顯示屏上相應(yīng)的行。此模塊有128行點(diǎn)陣，因此用了2片T6A40，其中第2片只用了60路。T6A39是與T6963C配套的80路列驅(qū)動(dòng)器，它將來(lái)自T6963C的串行列信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行信號(hào)，以此驅(qū)動(dòng)液晶顯示屏上相應(yīng)的列。HY-240128M-201有240列點(diǎn)陣，因此用了3片T6A39。

單片機(jī)與液晶顯示模塊的接口和控制

由于T6963C接口適用于8080系列和Z80系列MPU，所以可以直接用8031的/RD、/WR作為液晶顯示模塊的讀、寫(xiě)控制信號(hào)，液晶顯示模塊VDD接+5V電壓，/RESET接RC復(fù)位電路。/CE信號(hào)可由地址線譯碼產(chǎn)生。C/D信號(hào)由地址線中某一個(gè)引腳A*提供，A* = 1為指令口地址；A* = 0為數(shù)據(jù)口地址。間接控制方式則是通過(guò)MPU的I/O并行接口，按照模擬模塊時(shí)序的方式，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶顯示模塊的控制。這種訪問(wèn)方式不占用CPU的存儲(chǔ)器空間，它的接口電路與時(shí)序無(wú)關(guān)，其時(shí)序完全靠軟件編程實(shí)現(xiàn)。

LCM與ATmega8535單片機(jī)的接口連接

由于ATmega8535的總線讀寫(xiě)周期為50ns，是51系列單片機(jī)的上百倍。對(duì)于此種高速M(fèi)PU來(lái)說(shuō)，采用間接方式較好，即采用模擬液晶控制器時(shí)序的方式與液晶控制器通信?；陂g接方法的實(shí)用性較強(qiáng)且接口方式簡(jiǎn)單，下面給出HY-240128M-201型LCM與AVR系列中ATmega8535型單片機(jī)的接口方法，電路如圖1所示。

LCM電源電路

HY-240128M-201需要三種供電電源：邏輯電源、驅(qū)動(dòng)電源和背光電源。其中邏輯電源通過(guò)VSS和VDD兩個(gè)引腳來(lái)提供；驅(qū)動(dòng)電源通過(guò)V0和VEE提供；背光電源通過(guò)LEDA和LEDK提供。

VSS和LEDK可直接接地，VDD和LEDA接+5V；V0通過(guò)電位計(jì)接地，VEE接滑動(dòng)端來(lái)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)低時(shí)，屏幕無(wú)顯示，過(guò)高時(shí)屏幕全黑。注意電位計(jì)的最大阻值應(yīng)該在10KW-20KW之間。

LCM的復(fù)位電路

復(fù)位引腳為16-/RST，高電平時(shí)為正常狀態(tài)，低電平時(shí)為復(fù)位狀態(tài)，它將行、列計(jì)數(shù)器和顯示寄存器清零。復(fù)位電路部分可通過(guò)對(duì)+5V接4.7KW電阻，對(duì)地接4.7μF電容來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可直接與單片機(jī)I/O口相連，通過(guò)軟件來(lái)控制，注意，LCM上電后/RST引腳保持低電平5個(gè)時(shí)鐘周期才能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

LCM指令控制接口

HY-240128M-201型LCM外部面板提供了5個(gè)命令接口，15引腳（/CE）為使能信號(hào)端，低電平有效；4引腳（C/D）為通道選擇信號(hào)，1為指令通道，0為數(shù)據(jù)通道，同時(shí)通過(guò)控制/RD和/WR的輸入信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)指令和數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。

LCM字體選擇

18引腳FS用于選擇字體，T6963C規(guī)定：此引腳為低電平時(shí)，字體為8×8點(diǎn)陣形式，反之為8×6點(diǎn)陣形式。注意，此引腳不能懸空，如果所用到的字體是8×8的，則可以將此引腳接地，或者接MPU的I/O引腳并通過(guò)軟件來(lái)設(shè)置顯示字體。

控制軟件設(shè)計(jì)

軟件采用ICCAVR-C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，它具有很強(qiáng)的軟件控制能力，也就是由主控CPU通過(guò)接口向液晶模塊寫(xiě)入指令來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊控制。程序的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分，一是設(shè)計(jì)液晶讀寫(xiě)指令或數(shù)據(jù)、初始化及清屏等通用子程序，其中，初始化設(shè)置主要包括以下幾方面：設(shè)置文本顯示緩沖區(qū)、圖形顯示緩沖區(qū)和CGRAM區(qū)各自的首地址和區(qū)域?qū)挾?，設(shè)置LCM工作模式和顯示模式以及選擇光標(biāo)形狀等。另一部分是漢字和圖形的顯示模塊程序，顯示操作就是將欲顯示的字符或圖形的點(diǎn)陣信息寫(xiě)入顯示緩沖區(qū)中的指定位置。要顯示的內(nèi)容由初始化中顯示方式設(shè)置部分決定，有了通用子程序，就可以構(gòu)造出各種顯示程序。當(dāng)采用圖形顯示方式時(shí)，與字符、漢字和菜單圖形顯示的原理類似，關(guān)鍵在字模庫(kù)的建立，在網(wǎng)上可以下載專門(mén)的漢字圖形點(diǎn)陣信息提取軟件（如zimo21或Image2Lcd等），它們可以提取8×16或16×16等在匯編或C語(yǔ)言狀態(tài)下的點(diǎn)陣信息，以及各種圖片的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。當(dāng)采用ATmega8535型單片機(jī)控制液晶顯示模塊時(shí)，由于是間接訪問(wèn)方式，所以要對(duì)讀/寫(xiě)操作時(shí)序十分了解。

T6963C控制器時(shí)序

當(dāng)數(shù)據(jù)指令設(shè)置位C/D為高，使能位/CE為低，寫(xiě)狀態(tài)位/WR為高，讀狀態(tài)位/RD為低時(shí)，可以從并行數(shù)據(jù)口讀取內(nèi)部控制器的狀態(tài)。

當(dāng)數(shù)據(jù)指令設(shè)置位C/D為高，使能位/CE為低，寫(xiě)狀態(tài)位/WR為低，讀狀態(tài)位/RD為高時(shí)，可以通過(guò)并行數(shù)據(jù)口向內(nèi)部控制器寫(xiě)指令。

當(dāng)數(shù)據(jù)指令設(shè)置位C/D為低，使能位/CE為低，寫(xiě)狀態(tài)位/WR為低，讀狀態(tài)位/RD為高時(shí)，可以通過(guò)并行數(shù)據(jù)口向內(nèi)部控制器寫(xiě)數(shù)據(jù)。

設(shè)計(jì)液晶讀寫(xiě)指令或數(shù)據(jù)通用子程序

LCD狀態(tài)檢測(cè)子函數(shù)

在寫(xiě)數(shù)據(jù)或?qū)懨钪?，?yīng)先檢查L(zhǎng)CM的狀態(tài)，即狀態(tài)寄存器中命令就緒（STA0）和數(shù)據(jù)就緒（STA1）需要同時(shí)檢查，只有這兩位同時(shí)為“1”（LCM空閑狀態(tài)）時(shí)，才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的寫(xiě)操作，通常情況下，可以設(shè)計(jì)一個(gè)讀狀態(tài)子函數(shù)，用以判斷兩個(gè)標(biāo)志位的空/忙狀態(tài)。

顯示字符和圖形的子函數(shù)

液晶顯示屏的顯示方式包括文本和圖形顯示。采用圖形顯示方式時(shí)，液晶屏顯示信息的管理單位是8×1點(diǎn)陣，稱為一個(gè)圖形顯示單位。T6963C按此單位把液晶屏在水平方向上分成20列，垂直方向上分成128行，共20×128個(gè)圖形顯示單位，每個(gè)圖形顯示單位對(duì)應(yīng)圖形顯示緩沖區(qū)中的一個(gè)存儲(chǔ)單元。將點(diǎn)陣狀態(tài)信息寫(xiě)入這個(gè)存儲(chǔ)單元，則在對(duì)應(yīng)的位置顯示出圖形。采用文本顯示方式時(shí)，寫(xiě)入文本顯示緩沖區(qū)的不是點(diǎn)陣狀態(tài)信息，而是字符代碼，其點(diǎn)陣狀態(tài)信息（8×8） ，即字模存放在CGRAM中。將字符代碼寫(xiě)入文本顯示緩沖區(qū)后，T6963C從CGRAM中取出該字符代碼所對(duì)應(yīng)字符的點(diǎn)陣狀態(tài)信息，通過(guò)行列驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)液晶屏顯示該字符。

清屏子函數(shù)

在顯示數(shù)據(jù)前，首先要清除屏幕上次顯示的內(nèi)容，為此要用到清屏函數(shù)，只需向整個(gè)屏幕寫(xiě)入“0”即可實(shí)現(xiàn)，具體過(guò)程從略。

液晶顯示模塊的調(diào)試注意事項(xiàng)

設(shè)計(jì)電路時(shí)的注意事項(xiàng)

HY-240128M-201的液晶驅(qū)動(dòng)電壓高達(dá)-19V，一旦錯(cuò)接在其他引腳上，液晶模塊內(nèi)的驅(qū)動(dòng)、控制芯片將在短時(shí)間內(nèi)燒毀，所以，在上電前要反復(fù)確認(rèn)各電源線連接正確，最好將驅(qū)動(dòng)電源與液晶模塊通過(guò)電位器連接。

要注意復(fù)位線電平狀態(tài)的正確性。當(dāng)產(chǎn)品使用環(huán)境比較好時(shí)，可以直接采用在管腳定義里提供的RC復(fù)位電路；但當(dāng)產(chǎn)品用在比較惡劣的環(huán)境時(shí)，最好將/RST接到MPU的端口上。

調(diào)試注意事項(xiàng)

初次上電前，應(yīng)慢慢調(diào)節(jié)電位器，使驅(qū)動(dòng)電源端的輸出調(diào)節(jié)在0V左右，觀察顯示情況，同時(shí)監(jiān)視液晶驅(qū)動(dòng)電壓，然后慢慢調(diào)整至正常工作點(diǎn)。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，不要使液晶模塊承受超出最大值的驅(qū)動(dòng)電壓，否則會(huì)造成液晶模塊的損壞。如果在低于或大致等于典型驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，觀察到了顯示屏上有色調(diào)的變化，即顯示域的底色略深于邊緣的顏色，表明液晶模塊電源連接正確，可以進(jìn)人下一步工作。如果在室溫條件下，調(diào)節(jié)到超出典型值2-3V時(shí)，仍未觀察到顯示屏上有色調(diào)的變化，就不必繼續(xù)調(diào)節(jié)了。

HY-240128M-201在虛擬仿真機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

虛擬仿真控制系統(tǒng)用3D-MAX建立排爆機(jī)器人和虛擬環(huán)境模型，OpenGL繪制仿真環(huán)境。通過(guò)控制面板上的控件控制仿真環(huán)境中的排爆機(jī)器人完成各種訓(xùn)練動(dòng)作。整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)控制箱內(nèi)，控制箱包括控制面板、顯示器和集成PC，系統(tǒng)下位機(jī)中的主機(jī)首先采集控制面板上的模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以將操作面板按鈕的操作轉(zhuǎn)化為控制指令，然后每50ms通過(guò)串口向上位機(jī)發(fā)送一次命令，上位機(jī)收到數(shù)據(jù)后控制虛擬仿真機(jī)器人，最后，上位機(jī)收集虛擬機(jī)器人的姿態(tài)參數(shù)，再通過(guò)串口傳送到下位機(jī)的主機(jī)部分，主機(jī)通過(guò)SPI把數(shù)據(jù)傳送到從機(jī)，從機(jī)則用來(lái)控制液晶顯示模塊。通過(guò)液晶顯示模塊，操作者可以觀測(cè)到虛擬機(jī)器人的真實(shí)姿態(tài)值，以此來(lái)準(zhǔn)確控制機(jī)器人的動(dòng)作，完成預(yù)期的任務(wù)。

結(jié)語(yǔ)

HY-240128M-201型LCM是一款性價(jià)比較高的液晶顯示模塊， 該模塊與單片機(jī)的接口十分方便，且能進(jìn)行大信息量的字符顯示，還可以實(shí)現(xiàn)圖形及曲線的顯示，這就使人機(jī)接口更友好。當(dāng)然，不同型號(hào)的液晶模塊的內(nèi)置控制器有很多種，各套指令也有一定差異， 但其設(shè)計(jì)思路和流程基本相同。

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