液晶顯示器在嵌入式系統(tǒng)中的應用

    摘要：介紹可預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、接口方式及標準命令集；給出與嵌入式系統(tǒng)的接口方式、接口電路設(shè)計及具體編程方法。

    關(guān)鍵詞：智能 彩色液晶顯示器 單片機

1 概述

彩色液晶顯示器作為當代高新技術(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，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，因而是工控儀表、機電設(shè)備等行業(yè)更新?lián)Q代的理想顯示器件。另外，隨著單片機與嵌入式系統(tǒng)應用領(lǐng)域的不斷擴大，對于以單片機為核心構(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來說，顯示漢字已十分勉強，更談不上圖形及彩色圖形的顯示了，即便對硬件功能強大的高性能單片機來說，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而言，具有友好的彩色人機界面將是十分困難的事件。

如果能像微機那樣，將具體的顯示過程由顯卡去管理，而CPU僅負責提供一下顯示數(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

YD-611是一款內(nèi)嵌高速管理單片機的智能液晶顯示器。該顯示器采用了顯示畫面預置技術(shù)，即將顯示內(nèi)容分為固定部分和變化部分。固定部分可在微機上進行繪制、編輯、修改，然后將其作為預置畫面下載到顯示器內(nèi)E2PROM中保存。在需要顯示時，僅需使用簡單的預置畫面調(diào)用指令就可調(diào)出來顯示預置畫面，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)場實現(xiàn)顯示的數(shù)據(jù)組合顯示。從而將上位機從繁雜的顯示管理工作解脫出來，也降低了對上位機的軟硬件要求。使用普通單片機即可構(gòu)成彩色晶人機界面。YD-611彩色液晶顯示器的性能特點如下：

①顯示點陣數(shù)320W×240H；

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MCU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標準串行通信接口及打印機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如表1所列。

表1 YD-611彩色液晶顯示器件性指標

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

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串行通信采用標準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并行接口，并行口的時序圖如圖3所示。首先，準備好數(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 標準命令集

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突出特點就是，避免了用戶敏瑣的點陣操作，只需使用簡單的命令，就可顯示出漢字、字符和預置的圖形。YD-611的命令大致可以分為三種類型：光標控制、功能設(shè)置、圖形操作。這里以十六進制碼格式給出YD-611的標準命令集，如表3所列。十六進制格式適用于單片機作上位機，每條命令均以“ESC”（十六進制碼的“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為最小點陣顯示單位，每個光點包含RGB三個色點；字符方式以8×16點陣為最小顯示塊單位，西文字符占一個顯示塊，16×16點陣的漢字點二個顯示塊。

②YD-611可顯示16種顏色，其顏色的取值范圍在[0,15]。表4為對應的顏色代碼。

表3 YD-611彩色液晶顯示器標準命令集

表4 顏色代碼

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方向坐標值最大為320，用十六進制數(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)用預置畫面

命令參數(shù)n為調(diào)用用戶預置的第（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）：所畫線段的起點坐標。（x2 y2）：所畫線段的終點坐標，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；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)中的應用

5.1 接口設(shè)計

YD-611應用于嵌入式系統(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系列單片機為例，分別敘述各種接口方式。

①并行接口方式1。當用戶系統(tǒng)為總線擴展方式時，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。當用戶系統(tǒng)為非總線擴展應用，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。當用戶系統(tǒng)I/O口線資源較為緊張時，可使用單片 機的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串行數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD即可；同時，還應點用單片機的一根口線，用于檢查YD-611的接收緩沖區(qū)滿信號。

④串行接口方式2。當用戶系統(tǒng)的UART串口已被占用時，可利用單片機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（即使用單片機的UART標準串口）為例，給出YD-611與單片機接口電路，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，使用普通單片機即可實現(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用。