1、第三讲 用户界面设计1 液晶显示简介 1.1 液晶显示原理 液晶显示器（LCD）是一种被动式显示器。它由于功耗极低、抗干扰能力强，因此可以在低功耗的单片机系统中大量使用。LCD 本身不发光，只是调节光的亮度，目前市售的LCD 都是利用液晶的扭曲向列效应原理制成的。向列效应是一种电场效应，夹在两片导电玻璃电极间的液晶经过一定处理，其内部的分子呈 90的扭曲，当线性的偏振光经过其偏振面时便会旋转 90。当在玻璃电极上加上电压后，在电场的作用下，液晶的扭曲结构消失，其旋光作用也消失，偏振光便可以直接通过。当去掉电场后液晶分子又恢复其扭曲结构。把这样的液晶置于两个偏振片之间，改变振片相对位置（正交或平
2、行），就可得到白底黑字或黑底白字的显示形式。LCD 的主要参数有：响应时间（毫秒级）；余辉（毫秒级）；阈值电压（320V）；功耗（5100mW/cm）。由于加直流信号，将使液晶材料迅速分解，大大缩短显示器的工作寿命，故通常采用方波驱动。方波的频率一般为 25100Hz ，并保证其为对称方波，从而使加在液晶板板上的直流电压平均值为零。否则，有较大的直流分量，将影响显示器的工作寿命。 1.2 液晶显示器的分类 LCD 的分类方法有很多种，按显示的色彩除了黑白显示外，LCD 还有多灰度和彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可分为静态驱动（Static ）、单纯矩阵驱动（ Simple Matrix）和
3、主动矩阵驱动（Active Matrix）3 种（后两种采用逐行扫描方式，利用人的视觉滞留现象产生稳定的图像）。按照其显示方式分为数显式、点阵字符式、 点阵图形式等。2 液晶显示模块 TM12864A 的应用液晶显示模块是一种将液晶显示器件、驱动控制器、背光源、连接件、结构件装配在一起的组件。英文名称叫“LCD Module”，简称“LCM ”。 这使得液晶显示模块的硬件电路简单化，从而降低模块的成本。2.1 模块简介TM12864A 是一种点阵图形式液晶显示模块，其内置 HD61202/ HD61203 控制驱动器，TM12864A 液晶模块内部逻辑电路如图 2-1 所示。两片 HD6120
4、2 作为列驱动器，一片 HD61203 作为行驱动器，其中 HD61203 不与 CPU 发生联系，主要用于产生行驱动信号和各种同步信号。两片 HD61202，每片拥有 6464 位（512B）的显示存储器，其数据直接作为显示驱动信号。左半区域由 cs1 选择，右半区域由 cs2 选择。同时 HD61202 配备了一套显示存储器的管理电路和与计算机接口电路（8 位并行数据接口，适配 M6800 系列时序），允许计算机直接访问显示存储器。显示屏上各像素点的显示状态与显示存储器的结构关系如图 2-2，各点按列构成字节，字节长度为 8 位。图 2-1 液晶模块内部逻辑电路图 2-2 显示存储器的结构
5、关系2.2 引脚功能与操作时序 液晶显示模块的控制总线包括：DB0DB7 三态 8 位数据总线。RS 输入 寄存器选择信号。RS=0 选通指令寄存器，数据总线传输的是指令代码或标志位；RS=1 选通数据寄存器，数据总线传输的是显示数据或自定义字符的字模数据。R/W 输入 读/写选择信号。 R/W=1 为读操作选择，R/W=0 为与操作选择，R/W 号的宽度要大于 E 信号的宽度才能保证计算机的操作正确。E 输入 使能信号。TM12864A 的接口时序是适配 M6800 系列的，其特点是读/ 写操作时序是由使能信号E 完成：不操作时为低电平状态，E 信号为高电平时，控制器将所需数据送入数据总线上
6、，供计算机读取；在写操作时，E 信号下降沿处将数据总线上的数据写入控制器接口模块的寄存器内。而 89C51 属于 Intel 8080 系列时序的计算机，其读写操作是在 /wr 或/rd 的下降沿进行的。所以 TM12864A 液晶显示模块与 Intel 8080 系列时序的 cpu 相连接时，关键要注意 E 信号的使用。 与其连接，关键要注意 E 信号的使用。直接访问方式是单片机把液晶显示模块作为存储器或 I/O 设备直接挂在计算机的总线上。在这种方式下，控制信号 E 由 89C51 的读操作信号-RD 和写操作信号-WR 与地址信号合成产生。直接访问方式的接口电路如图 2-3 所示，8 位
7、数据总线与 89C51 的数据总线连接，E 信号由-WR 和-RD 信号逻辑相与，然后由高位地址组成的 “片选“信号选通控制，CS1，CS2，RS 及 R/W 信号由低位地址提供。由此确定了 89C51 操作该液晶显示模块的唯一地址选择。13 软件设计131 硬件接口驱动软件的层次硬件接口层与系统的硬地址、时序、中断等直接相关，一般只在模块内被其他函数调用，不直接被用户程序调用；应用接口层应该与系统的硬件无关，对硬件的控制完全通过硬件接口层来实现，对用户程序应该有良好的接口界面，便于主程序或其他模块程序的调用。132 硬件接口层的程序设计1）问题定义任务：向 DDRAM 特定的位置，写入或读出
8、数据定义两个基本函数：a) 将 data 写入到 DDRAM 当前位置上，当前位置自动增一Void put_data(char dat)b) 从 DDRAM 当前位置上读出一个字节的数据Char get_data(void)当前位置由技术资料显示，TM12864A 的行计数器与列计数器的值，只能写入不能读出，对这种量编程时一般采用设置影像变量的办法。设置 2 个模块级通用变量；Unsigned char col,row;2) 算法研究这两个程序的编写主要是解决列，与行的变换问题：问题 1，列左右半部更换：当 col63 时，应该是 cs1=0,cs2=1 写入的值应该为 col-64;另外，无
9、论 col63， 写入的值可统一表达为 col%64。问题 2，行的自动增量：行0;i-)Style_5x7(ci-1);*浮点数的显示办法浮点数的取值范围 1.175e-38 3.403e+38用常规方法 *.* 只能显示有限范围内的数。限制整数部分和小数部分*100000 的值在-32768+32768 以内，出界时将出现错误显示结果。给定浮点数 f，整数部分的显示位数为 w1，小数部分显示位数为 w2，例如F=123.5678 w1=4, w2=2则显示 “0123.56”F才能用）（2）抗干扰和抗扰动三种方式（1）程序调用加延时（不适合实时多任务程序）（2）键盘中断（3）定时中断中扫描
10、方式缓冲区 多字节与单字节用 户 程 序定 时 中 断程 序键 盘缓 冲 区读 出 暂 存 扫 描 输 入单字节 FIFO Flip Flop 方式定时中断程序将键码写入（非 0XFF）用户程序将键码取出并将缓冲区清光（写入0XFF）。定时中断抗抖动的工作原理如果一个键按下，并稳定一个足够长的时间 T,就认定这次按键操作有效，否则不予处理，在定时中断中，这个时间 T,可以用中断的次数 N 来表示，具体处理时，设定一个变量 n 来记录键盘值标一个扫描码的中断次数，当 nN 时即认为该键码有效，为进行比较：还需要保留上次扫描的键码值。框图如下，设扫描码为 C,上次的扫描码为 CL，n 为寿命，ke
11、y_N 为寿命时间常数。程序框图如图：入口扫描获得此次键码 CC = C L 吗 ?n = n + 1 n = 0n = k e y _ N 吗 ?输出键码到缓冲区继续NYYN入口扫描获得此次键码 CC = C L 吗 ?n = n + 1 n = 0n = k e y _ N 吗 ?输出键码到缓冲区继续NYYNn = k e y _ R 吗 ?n = 0YN利用寿命系数 n 可以实现连击，只需设定一个重复时间常数 key_R，当 n=key_R 时，令 n=0，则键每经过 key_R*t 重复一次。调试时，改变两个常数的值，可以改变键盘的灵敏度和重复速度。我们的系统取key_N=10(太小时
12、，键的灵敏度下降，太小时会出现连击) ，key_R=30 （30*0.01=0.3 秒），每秒 3 个字符比较合适。以上程序可直接输出扫描码，若想给每个键一个编码（与字符集编码相对应）很容易。设输出缓冲字节为 key_code，Switch(c)Case 0x77: key_code=0;break;Case 0xb7: key_code=1;break;Case 0xee: key_code=11;break;Default: key_code=0xff;虽然这个函数是面向硬件的，但由于它必须在定时中断中调用，而定时中断程序是在软件框架的主程序模块中，所以这个程序也必须外部函数，变量 key
13、_code 是该函数与其他函数交换的信息，必须被定义为模块级共用变量Char key_code函数原型 extern void key_board(void)(4)其他两个函数Extern char inkey(void) 返回当前的键码Return(key_code);Extern char _getkey(void)Char a;While(key_code=0xff);无键按下时等待；A=key_code;Key_code=0xff;Return(a)2.3.3 测试与软件框架 LCD 显示程序一起测试将 key_scan 加入到软件框架的定时中断中在软件框架主循环中加入Main_loop:C=getkey();Style_5x7(c);Goto main_loop;就可以实现按一个键显示一个字符，添加 N 个语句就可以实现回车操作。
