液晶顯示器在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用
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摘要：介紹可預(yù)置畫面的智能彩色液晶顯示器YD-611；詳盡描述顯示器性能特點(diǎn)、接口方式及標(biāo)準(zhǔn)命令集；給出與嵌入式系統(tǒng)的接口方式、接口電路設(shè)計(jì)及具體編程方法。
關(guān)鍵詞：智能 彩色液晶顯示器 單片機(jī)
1 概述
彩色液晶顯示器作為當(dāng)代高新技術(shù)的結(jié)晶產(chǎn)，不但具有超薄平臺、顯示信息豐富、色彩逼真的特點(diǎn)，而且還具有體積小、耗電省、壽命長、無輻射、抗震、防爆等其它類型顯示器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，因而是工控儀表、機(jī)電設(shè)備等行業(yè)更新?lián)Q代的理想顯示器件。另外，隨著單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對于以單片機(jī)為核心構(gòu)成的高檔儀器儀表、信息家電、工控產(chǎn)品、數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)的人機(jī)界面友好性提供了越來越高的要求。要求不但可以顯示漢字，還要顯示圖像；如果能用五彩繽紛的色彩來顯示不同的信息則更理想。但是，對于軟硬件資源均十分緊張的普通單片機(jī)來說，顯示漢字已十分勉強(qiáng)，更談不上圖形及彩色圖形的顯示了，即便對硬件功能強(qiáng)大的高性能單片機(jī)來說，管理好彩色液晶顯示器也不是一件容易的事。因此對于普通單片機(jī)而言，具有友好的彩色人機(jī)界面將是十分困難的事件。
如果能像微機(jī)那樣，將具體的顯示過程由顯卡去管理，而CPU僅負(fù)責(zé)提供一下顯示數(shù)據(jù)，則將大大簡化了顯示過程，從而解決彩色液晶顯示過程復(fù)雜的難題。YD-611智能彩色液晶顯示器即是具有彩色顯示管理功能的液晶顯示器。
2 性能特點(diǎn)
YD-611是一款內(nèi)嵌高速管理單片機(jī)的智能液晶顯示器。該顯示器采用了顯示畫面預(yù)置技術(shù)，即將顯示內(nèi)容分為固定部分和變化部分。固定部分可在微機(jī)上進(jìn)行繪制、編輯、修改，然后將其作為預(yù)置畫面下載到顯示器內(nèi)E2PROM中保存。在需要顯示時，僅需使用簡單的預(yù)置畫面調(diào)用指令就可調(diào)出來顯示預(yù)置畫面，不但可以循環(huán)、交替、重疊顯示，還可與變化部分的數(shù)據(jù)即現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)顯示的數(shù)據(jù)組合顯示。從而將上位機(jī)從繁雜的顯示管理工作解脫出來，也降低了對上位機(jī)的軟硬件要求。使用普通單片機(jī)即可構(gòu)成彩色晶人機(jī)界面。YD-611彩色液晶顯示器的性能特點(diǎn)如下：
①顯示點(diǎn)陣數(shù)320W240H；
②內(nèi)含GB2312一級簡體漢字庫，二級漢字庫可選；
③內(nèi)含高速M(fèi)CU及顯示驅(qū)動邏輯電路；
④顯示器提供忙信號輸出，以便能夠即時檢測模塊狀態(tài)；
⑤同時提供RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口及打印機(jī)并行接口兩種通信方式；
⑥命令式操作，可同時顯示彩色中西文、表格、直方圖、自由曲線；
⑦可選配套觸摸屏。
YD-611彩色液晶顯示器的性能指標(biāo)如表1所列。
表1 YD-611彩色液晶顯示器件性指標(biāo)
| 中文顯示 | 15行20列 |
| 可顯示字符 | 西文ASCII、中文一級字庫 |
| 預(yù)置頁畫 | 64 |
| 圖形點(diǎn)陣 | 320240RGB |
| 彩色方式 | TFT |
| 視野方式 | 140 |
| 亮度CD/m2 | 200 |
| 顯示顏色 | 16色 |
| 通信接口 | 串、并口 |
| 輸入電壓 | DC12V |
| 消耗功率 | 12V800mA |
| 工作環(huán)境溫度 | 30～60℃ |
| 保存溫度 | -35～75℃ |
YD-611彩色液晶顯示器外部接口采用20腳針式插座。引腳排列如圖1所示，引腳功能說明如表2所列。
表2 YD-611引腳功能說明
| 引腳號 | 信號名稱 | 意 義 | 備 注 |
| 1～3 | GND | 地 | - |
| 4 | BUSY | 忙信號 | 高電平有效 |
| 5～12 | DATA7～DATA0 | 并口數(shù)據(jù) | 并口 |
| 13 | STB | 選通信號 | 下降沿有效 |
| 14 | RXD | 接收數(shù)據(jù) | 串口 |
| 15 | DTR | 緩沖數(shù)據(jù) | 串口 |
| 16～17 | NC | 空腳 | - |
| 18～20 | 電源 | +12V | - |
3 功能描述
3.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)
YD-611彩色液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3.2 通信協(xié)議
YD-611型彩色液晶顯示器具有串行和并行兩種通信方式。
（1）串行通信
YD-611串行通信采用標(biāo)準(zhǔn)RS-232通信方式，數(shù)據(jù)格式為：1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位。
為了提高通信速度，顯示器內(nèi)設(shè)置了一個256字節(jié)的輸入緩沖區(qū)。在發(fā)送數(shù)據(jù)前，應(yīng)先檢查DTR信號。若DTR為高電平（TTL），表示緩沖區(qū)滿，要等到DTR信號變?yōu)榈碗娖剑═TL）后再發(fā)送數(shù)據(jù)。如果每組的數(shù)據(jù)量少于256字節(jié)，同時每組之間又有足夠的間隔，則不判斷DTR位信號也可連續(xù)發(fā)送。
（2）并行通信
并行通信使用打印機(jī)并行接口，并行口的時序圖如圖3所示。首先，準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，BUSY信號為低電平之后，發(fā)送一個STB信號（下降沿有效），等待0.5μs后再檢測BUSY信號。若為高電平，則表示本機(jī)正在處理數(shù)據(jù)或緩沖區(qū)已，等到該信號變?yōu)榈碗娖胶笤傺訒r5μs發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。
4 標(biāo)準(zhǔn)命令集
4.1 命令定義
YD-611彩色液晶顯示器作為智能顯示器的一項(xiàng)突出特點(diǎn)就是，避免了用戶敏瑣的點(diǎn)陣操作，只需使用簡單的命令，就可顯示出漢字、字符和預(yù)置的圖形。YD-611的命令大致可以分為三種類型：光標(biāo)控制、功能設(shè)置、圖形操作。這里以十六進(jìn)制碼格式給出YD-611的標(biāo)準(zhǔn)命令集，如表3所列。十六進(jìn)制格式適用于單片機(jī)作上位機(jī)，每條命令均以“ESC”（十六進(jìn)制碼的“1B”）打頭，后面緊跟命令代碼和所需要的參數(shù)。
YD-611命令使用規(guī)則如下：
①液晶顯示器圖形方式以光點(diǎn)為最小點(diǎn)陣顯示單位，每個光點(diǎn)包含RGB三個色點(diǎn)；字符方式以816點(diǎn)陣為最小顯示塊單位，西文字符占一個顯示塊，1616點(diǎn)陣的漢字點(diǎn)二個顯示塊。
②YD-611可顯示16種顏色，其顏色的取值范圍在[0,15]。表4為對應(yīng)的顏色代碼。
表3 YD-611彩色液晶顯示器標(biāo)準(zhǔn)命令集
| 十六進(jìn)制格式 | 說 明 |
| 1B 0dn | 回邊換行 |
| 1B 10 | 光標(biāo)稱到行尾 |
| 1B 11 | 光標(biāo)移到行首 |
| 1B 18 | BMP文件直接顯示 |
| 1B 19 | 滿屏BMP文件調(diào)用 |
| 1B 1E | 光標(biāo)移到首行 |
| 1B 1F | 光標(biāo)移到尾行 |
| 1B 20 0～7 | 寫入整幅BMP文件 |
| 1B 20 08 | 特種字庫傳送 |
| 1B 20 0A | 標(biāo)準(zhǔn)字庫傳送 |
| 1B 23 | 置漢字方式 |
| 1B 24 | 置西文字符方式 |
| 1B 25n | 自動判別顯示數(shù)據(jù)的屬性 |
| 1B 26 m,n | 設(shè)定特種字庫 |
| 1B 27 No | 顯示特種字庫的第No個字模 |
| 1B 28(Block Page Num) | 寫入單塊BMP文件 |
| 1B 29 Block Page X Y Wide High | 在指定位置顯示指定大小的BMP文件 |
| 1B 2A x y color1 color2 | 用指定顏色填充閉合圖形 |
| 1B Nx ycolor 0=n8 | 初始化曲線 |
| 1B 38m n | 光標(biāo)顏色 |
| 1B 41color x1 y1 x2 y2 | 畫實(shí)心矩形 |
| 1B 42color | 用指定的顏色清屏 |
| 1B 43color | 設(shè)置前景顏色 |
| 1B 44 | 光標(biāo)下移1行 |
| 1B 45 b0 b1 b2,…，bn | 繪制曲線 |
| 1B 46 color x1 y1 x2 y2 | 畫線 |
| 1B 47x y | 光標(biāo)移到（x y）位置 |
| 1B 48x y | 光標(biāo)定位到指定像素 |
| 1B 4C | 光標(biāo)左移一字符位 |
| 1B 4Dn | 設(shè)置放大倍數(shù) |
| 1B 50n | 調(diào)用預(yù)置的第n頁圖像 |
| 1B 52n | 光標(biāo)右移n字符位 |
| 1B 53n | 延時 |
| 1B 55 | 光標(biāo)上移一行 |
| 1B 56n md | 將預(yù)置畫面寫入用戶Flash |
| 1B 57n | 光標(biāo)顯示控制 |
| 1B 58n | 選擇覆蓋或重疊方式顯示 |
| 1B 59 color x y R | 畫圓 |
| 1B 5A color x1 y1 x2 y2 | 畫空心矩形 |
表4 顏色代碼
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 黑 | 蘭 | 綠 | 青 | 紅 | 粉 | 黃 | 白 |
| 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 灰 | 亮蘭 | 亮綠 | 亮青 | 亮紅 | 亮粉 | 亮黃 | 亮白 |
③放大顯示時，橫向放大的占橫向兩倍位置，縱向放大的占縱向兩行位置。
④YD-611在圖形操作命令中，X方向坐標(biāo)值最大為320，用十六進(jìn)制數(shù)表示時，必須占用2字節(jié)。因此凡命令中涉及到圖形坐標(biāo)的地方，X方向和Y方向均以2字節(jié)表示。低位字節(jié)在前，高位字節(jié)在后。
4.2 常用命令說明
為便于YD-611彩色液晶顯示器在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用，下面對嵌八式系統(tǒng)中常用的命令說明如下。
（1）調(diào)用預(yù)置畫面
命令參數(shù)n為調(diào)用用戶預(yù)置的第（n+1）頁面，n的取值范圍為（0，127。YD-611液晶顯示器規(guī)定，對于用戶ROM，每80H個單元為1頁，每幅畫面可能有1個或多個頁面。
圖4 YD-611與單片機(jī)的串行接口電路
（2）置漢字顯示方式
YD-611彩色液晶顯示器的漢字庫字模均按照國標(biāo)碼的順序排列。漢字內(nèi)碼為兩個字節(jié)編碼，利用字節(jié)的最高位置“1”作標(biāo)志，而西文的內(nèi)部碼為七位編碼。
（3）置西文字符方式
YD-611液晶字庫的字模僅收錄了ASCII碼的前128個字符。置成西文字符方式后，在未改變成漢字顯示方式前，所有與命令無關(guān)的字節(jié)，都將作為西文字符顯示。
（4）重疊或覆蓋顯示方式
顯示漢字和字符時采用重疊或覆蓋。
n=1:表示重疊顯示，此種狀態(tài)下，漢字、西文字符的顯示速度比較快。
n=0：表示覆蓋顯示，即在顯示漢字或字符之前，先用背景顏色清除一下該部位。此種狀態(tài)下的顯示速度慢，適用于在畫面的固定位置上顯示動態(tài)信息。
（5）畫線
命令參數(shù)color：顏色代碼。（x1 y1）：所畫線段的起點(diǎn)坐標(biāo)。（x2 y2）：所畫線段的終點(diǎn)坐標(biāo)，使用指定的顏色畫線。如果x1=x2，則所畫線段為垂線；如果y1=y2，則所畫線段為水平線段；如果x1=x2，y1=y2，則所畫線段為一點(diǎn)；如果x1≠x2,y1≠y2，則所畫線段為一斜線。
（6）繪制曲線
以b0,b1,b2，……，bm為一組方向數(shù)據(jù)繪制曲線。Bn為結(jié)束符，bn大于等于80H則畫線結(jié)束。
5 YD-611在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用
5.1 接口設(shè)計(jì)
YD-611應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)時，既可使用并行方式，也可使用串行方式與系統(tǒng)接口。下面以MCS-51系列單片機(jī)為例，分別敘述各種接口方式。
①并行接口方式1。當(dāng)用戶系統(tǒng)為總線擴(kuò)展方式時，YD-611使用并行方式與系統(tǒng)接口較方便。即將YD-611的DATA0～DATA7與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，BUSY接P1.0，STB接P1.1即可。
②并行接口方式2。當(dāng)用戶系統(tǒng)為非總線擴(kuò)展應(yīng)用，而又有較多閑置的I/O口時，也可采用并行接口方式。如可將DATA0～P1.7相連，BUSY接P3.2，STB接P3.3。
③串行接口方式1。當(dāng)用戶系統(tǒng)I/O口線資源較為緊張時，可使用單片 機(jī)的UART串口并轉(zhuǎn)換為RS-232電平后與YD-611接口。由于YD-611只接收顯示數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送為單工，故此時僅使用單片機(jī)串行數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD即可；同時，還應(yīng)點(diǎn)用單片機(jī)的一根口線，用于檢查YD-611的接收緩沖區(qū)滿信號。
④串行接口方式2。當(dāng)用戶系統(tǒng)的UART串口已被占用時，可利用單片機(jī)一根未用的口線模擬生成一個通信協(xié)議為（4800.n.8.1）的軟串口。并轉(zhuǎn)換為RS-232電平后與YD-611接口。
下面以串行接口方式1（即使用單片機(jī)的UART標(biāo)準(zhǔn)串口）為例，給出YD-611與單片機(jī)接口電路，如圖4所示。圖4中，AT89C52的TXD端經(jīng)MAX232轉(zhuǎn)換為RS-232電平后，與YD-611的RXD端相連。YD-611的緩沖區(qū)滿，指示信號DTR經(jīng)MAX232轉(zhuǎn)換為RS-232電平后與AT89C52的P3.0端相連。
5.2 顯示程序
這里以串行接口方式1為例，給出與力電路配套的顯示程序。顯示屏顯示內(nèi)容為紅色漢字“液晶”，綠色亮字顯示漢字“顯示器”及英文字符“1A2B”。液晶屏顯示的字符如圖5所示。
顯示程序見本刊網(wǎng)站（http:www.dpj.com.cn）。
結(jié)語
YD-611彩色液晶智能顯示器可為嵌入式系統(tǒng)提供一個友好的彩色人機(jī)界面；同時，由于其內(nèi)部具有顯示管理MCU，大大降低了嵌放式系統(tǒng)使用彩色液晶顯示器的門坎，使用普通單片機(jī)即可實(shí)現(xiàn)彩色液晶屏的管理工作，從而可使嵌入式系統(tǒng)具有一個靚麗的外觀。目前受價格的制約，該產(chǎn)品僅應(yīng)用于彩色無紙記錄儀、GPS、智能儀器等高端電子產(chǎn)品中。相信隨著科技的進(jìn)步與時代的發(fā)展，彩色液晶顯示器會得到越來越廣泛的應(yīng)用。
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