HY-240128M-201液晶顯示模塊及其應(yīng)用

摘  要：本文首先從應(yīng)用角度闡述了基于T6963C控制器的HY-240128M-201圖形點陣式液晶顯示模塊(LCM)的組成和工作原理，然后給出了用單片機對模塊進(jìn)行控制的硬件電路和軟件編程方法，最后介紹了調(diào)試圖形點陣式LCM時的相關(guān)注意事項。
關(guān)鍵詞：T6963C；HY-240128M-201；液晶顯示模塊；模塊調(diào)試

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陣型兩類。前者可用于顯示有限個簡單符號,控制也較為簡單。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)常用在機械設(shè)備控制和自動生產(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)線的工作過程。

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

圖1 HY-240128M-201與ATmega8535單片機接口電路圖

液晶顯示模塊簡介
    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接口與外部通信，LCM可以通過這個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；外部電路也是通過這個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)動器T6A40、3片列驅(qū)動器T6A39、1片8kB的顯示存儲器6264和1塊240×128點陣液晶顯示屏組成。6A40是與T6963C相配套的68路行驅(qū)動器,它將來自T6963C的串行信號轉(zhuǎn)換成并行信號，以驅(qū)動液晶顯示屏上相應(yīng)的行。此模塊有128行點陣,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)動器,它將來自T6963C的串行列信號轉(zhuǎn)換成并行信號，以此驅(qū)動液晶顯示屏上相應(yīng)的列。HY-240128M-201有240列點陣,因此用了3片T6A39。
　　
單片機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、寫控制信號，液晶顯示模塊VDD接+5V電壓，/RESET接RC復(fù)位電路。/CE信號可由地址線譯碼產(chǎn)生。C/D信號由地址線中某一個引腳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MPU的I/O并行接口，按照模擬模塊時序的方式，間接實現(xiàn)對液晶顯示模塊的控制。這種訪問方式不占用CPU的存儲器空間，它的接口電路與時序無關(guān)，其時序完全靠軟件編程實現(xiàn)。

LCM與ATmega8535單片機的接口連接
    由于ATmega8535的總線讀寫周期為50ns，是51系列單片機的上百倍。對于此種高速MPU來說，采用間接方式較好，即采用模擬液晶控制器時序的方式與液晶控制器通信?；陂g接方法的實用性較強且接口方式簡單，下面給出HY-240128M-201型LCM與AVR系列中ATmega8535型單片機的接口方法，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)動電源和背光電源。其中邏輯電源通過VSS和VDD兩個引腳來提供；驅(qū)動電源通過V0和VEE提供；背光電源通過LEDA和LEDK提供。

    VSS和LEDK可直接接地，VDD和LEDA接+5V；V0通過電位計接地，VEE接滑動端來調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓，當(dāng)驅(qū)動電壓過低時，屏幕無顯示，過高時屏幕全黑。注意電位計的最大阻值應(yīng)該在10KW-20KW之間。

LCM的復(fù)位電路
    復(fù)位引腳為16-/RST，高電平時為正常狀態(tài)，低電平時為復(fù)位狀態(tài)，它將行、列計數(shù)器和顯示寄存器清零。復(fù)位電路部分可通過對+5V接4.7KW電阻，對地接4.7μF電容來實現(xiàn)，也可直接與單片機I/O口相連，通過軟件來控制，注意，LCM上電后/RST引腳保持低電平5個時鐘周期才能實現(xiàn)復(fù)位。

LCM指令控制接口
    HY-240128M-201型LCM外部面板提供了5個命令接口，15引腳(/CE)為使能信號端，低電平有效；4引腳(C/D)為通道選擇信號，1為指令通道，0為數(shù)據(jù)通道，同時通過控制/RD和/WR的輸入信號可以實現(xiàn)對指令和數(shù)據(jù)的讀寫。

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，字體為8×8點陣形式，反之為8×6點陣形式。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引腳并通過軟件來設(shè)置顯示字體。
　　
控制軟件設(shè)計
    軟件采用ICCAVR-C語言開發(fā)，它具有很強的軟件控制能力，也就是由主控CPU通過接口向液晶模塊寫入指令來實現(xiàn)模塊控制。程序的設(shè)計主要包括兩個部分,一是設(shè)計液晶讀寫指令或數(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陣信息寫入顯示緩沖區(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，與字符、漢字和菜單圖形顯示的原理類似,關(guān)鍵在字模庫的建立,在網(wǎng)上可以下載專門的漢字圖形點陣信息提取軟件(如zimo21或Image2Lcd等)，它們可以提取8×16或16×16等在匯編或C語言狀態(tài)下的點陣信息，以及各種圖片的點陣數(shù)據(jù)。當(dāng)采用ATmega8535型單片機控制液晶顯示模塊時，由于是間接訪問方式，所以要對讀/寫操作時序十分了解。

T6963C控制器時序
    當(dāng)數(shù)據(jù)指令設(shè)置位C/D為高，使能位/CE為低，寫狀態(tài)位/WR為高，讀狀態(tài)位/RD為低時，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，寫狀態(tài)位/WR為低，讀狀態(tài)位/RD為高時，可以通過并行數(shù)據(jù)口向內(nèi)部控制器寫指令。

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

設(shè)計液晶讀寫指令或數(shù)據(jù)通用子程序

LCD狀態(tài)檢測子函數(shù)
    在寫數(shù)據(jù)或?qū)懨钪?，?yīng)先檢查LCM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)需要同時檢查，只有這兩位同時為“1”(LCM空閑狀態(tài))時，才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的寫操作，通常情況下，可以設(shè)計一個讀狀態(tài)子函數(shù)，用以判斷兩個標(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，液晶屏顯示信息的管理單位是8×1點陣,稱為一個圖形顯示單位。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個圖形顯示單位,每個圖形顯示單位對應(yīng)圖形顯示緩沖區(qū)中的一個存儲單元。將點陣狀態(tài)信息寫入這個存儲單元,則在對應(yīng)的位置顯示出圖形。采用文本顯示方式時，寫入文本顯示緩沖區(qū)的不是點陣狀態(tài)信息,而是字符代碼,其點陣狀態(tài)信息(8×8) ，即字模存放在CGRAM中。將字符代碼寫入文本顯示緩沖區(qū)后,T6963C從CGRAM中取出該字符代碼所對應(yīng)字符的點陣狀態(tài)信息,通過行列驅(qū)動器驅(qū)動液晶屏顯示該字符。

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)，只需向整個屏幕寫入“0”即可實現(xiàn)，具體過程從略。
 
液晶顯示模塊的調(diào)試注意事項
設(shè)計電路時的注意事項
    HY-240128M-201的液晶驅(qū)動電壓高達(dá)-19V，一旦錯接在其他引腳上，液晶模塊內(nèi)的驅(qū)動、控制芯片將在短時間內(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)動電源與液晶模塊通過電位器連接。
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，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，最好將/RST接到MPU的端口上。

調(diào)試注意事項
    初次上電前，應(yīng)慢慢調(diào)節(jié)電位器，使驅(qū)動電源端的輸出調(diào)節(jié)在0V左右，觀察顯示情況，同時監(jiān)視液晶驅(qū)動電壓，然后慢慢調(diào)整至正常工作點。在調(diào)節(jié)過程中，不要使液晶模塊承受超出最大值的驅(qū)動電壓，否則會造成液晶模塊的損壞。如果在低于或大致等于典型驅(qū)動電壓時，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，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建立排爆機器人和虛擬環(huán)境模型,OpenGL繪制仿真環(huán)境。通過控制面板上的控件控制仿真環(huán)境中的排爆機器人完成各種訓(xùn)練動作。整個系統(tǒng)集成在一個控制箱內(nèi)，控制箱包括控制面板、顯示器和集成PC，系統(tǒng)下位機中的主機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通過串口向上位機發(fā)送一次命令，上位機收到數(shù)據(jù)后控制虛擬仿真機器人，最后，上位機收集虛擬機器人的姿態(tài)參數(shù)，再通過串口傳送到下位機的主機部分，主機通過SPI把數(shù)據(jù)傳送到從機，從機則用來控制液晶顯示模塊。通過液晶顯示模塊，操作者可以觀測到虛擬機器人的真實姿態(tài)值，以此來準(zhǔn)確控制機器人的動作，完成預(yù)期的任務(wù)。

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