基于单片机的LCD液晶显示系统设计

摘 要

本文围绕设计以单片机作为LCD液晶显示系统控制器为主线，基于单片机8051，采用的液晶显示控制器的芯片是SED1520，主要实现中文显示、滚屏以及左右移动功能。同时也对部分芯片和外围电路进行了介绍和设计，并附以系统结构框图加以说明，着重介绍了本系统应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程，并详细阐述了程序的各个模块。本系统是以单片机的汇编语言来进行软件设计，指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。其次阐述了部分程序的流程图和实现过程。本文撰写的主导思想是软、硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。最后对我所开发的用单片机实现LCD液晶显示器控制原理的设计思想和软、硬件调试作了详细的论述。

关键字：单片机、液晶显示、8051、SED1520 、

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目 录

1 绪 论 .............................................................. 3 1.1 单片机液晶显示系统设计课题背景 .................................................................................................. 3 1.2 开发单片机液晶显示系统的意义 ...................................................................................................... 3 1.3 课题完成的功能 .................................................................................................................................. 4 2 单片机与C8051F020单片机实验系统 ......................................... 4 2.1 单片机技术的发展特点[] .................................................................................................................... 5 2.2 C8051F020单片机实验系统[] ............................................................................................................. 6 2.3 CIP-51

TM

CPU.................................................................................................................................... 7

3 液晶显示控制器KS0108 .................................................. 11 3.1 KS0108的特点 ................................................................................................................................... 11 3.2 KS0108管脚[] .................................................................................................................................... 11 3.3 KS0108受控引脚 ............................................................................................................................... 12 3.4 KS0108的时序[4] .............................................................................................................................. 12 3.4.1 KS0108与68系列微处理器直接接口的时序 .............................................................................. 12 3.4.2 复位时序 ......................................................................................................................................... 13 3.5 KS0108显示RAM地址结构 ............................................................................................................ 14 3.6 KS0108指令系统[4] .......................................................................................................................... 14 4 图形动态显示 ......................................................... 16 4.1 图形点阵式液晶显示控制原理 ........................................................................................................ 16 4.2 液晶显示模块外部接口 .................................................................................................................... 16 4.3 图形点阵液晶显示编码规则 ............................................................................................................ 18 4.3.1汉字编码规则 .................................................................................................................................. 18 4.3.2 图形编码规则 ................................................................................................................................. 20 4.4 程序流程 ............................................................................................................................................ 20 4.5 功能实现 ............................................................................................................................................ 21 5 系统实验仿真 ......................................................... 24 5.1 平台及操作 ........................................................................................................................................ 24 5.2 仿真及结果 ........................................................................................................................................ 24 参考文献 ............................................................... 27 致 谢 ................................................................ 28

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1 绪 论

1.1 单片机液晶显示系统设计课题背景

单片机液晶显示系统主要是指单片机以及由单片机驱动的点阵式液晶显示屏所组成的一个显示系统。液晶显示器与CRT（cathode-ray tube，阴极射线管)、LED (light-emitting diode，发光二级管)或等离子显示器相比是一种低功耗的平面显示器件。它在车内广告、在型智能广告、可视电话、仪表盘、空调、洗衣机和其它低功耗电子产品中得到广泛应用。老式七段LCD（Liquid Crystal Display 液晶显示屏）显示的字符数量有限，只能用于简单显示，而对于比较复杂的字符、图形无法表达。然而在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中，越来越多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字。由于物探仪器的多功能化、智能化、并且普遍采用人机对话的交互方式，需要能够显示更丰富信息和通用性较强的显示器，便于开发和应用，并要求其体积小、重量轻、功耗小。图形点阵式LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕画面滚动、分区开窗口、反转、闪烁、位操作等功能，可以显示用户自定义的任意符号以及曲线、图形等，是信息处理、信息输出的重要手段之一，具有广泛的应用前景。

1.2 开发单片机液晶显示系统的意义

社会意义：

液晶显示器(LCD)具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其它显示器无法相比的优点。近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。液晶显示器分为字符型LCD显示模块和点阵型LCD显示模块。字符型LCD是一种用5×7点阵图形来显示字符的液晶显示器。点阵型液晶可显示用户自定义的任意符号和图形，并可卷动显示，它作为便携式单片机系统人机交互界面的重要组成部分被广泛应用于实时检测和显示的仪器仪表中。支持汉字显示的点阵型液晶在现代单片机应用系统中是一种十分常用的显示设备，汉字BP机、手机上的显示屏就是点阵型LCD。点阵型LCD是现代单片机应用系统中最常用的人机交互界面之一。

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现实意义：

我选择的单片机液晶显示系统的开发，是基于KS0108液晶显示控制器，在C8051F020单片机实验系统上实现。KS0108是点阵型液晶显示控制器，C8051F020单片机是美国Silabs公司推出的完全集成的混合信号系统芯片(SOC)。利用单片机控制液晶显示系统的原理，完成单片机液晶显示系统的设计，我希望能够触类旁通，灵活应用其他型号的液晶显示控制器。将来如果有机会从事这方面的工作，要运用的液晶显示控制器不一定是KS0108，但这次毕业设计中学到的东西为此打下了良好的基础，相信自己能做好这方面的工作。

1.3 课题完成的功能

所选的单片机液晶显示系统设计，是在C8051F020系统实验设备上实现的。C8051F020中有内藏KS0108控制器的液晶模块CGM12864B。KS0108，128×64个点阵，与行控制器KS0107配合使用，组成液晶显示驱动控制系统。我最主要是用KS0108来设计图形动态显示。

在显示屏上的显示点是以字节数和位数为显示单元的，单元内为“1”的位在屏幕上反应是亮点，为“0”的位不亮。在字节中能够显示的位数可编程设置，范围是1～16。如果小于等于8位，则用一个字节，每个字节的低位不起显示作用。例如，设置显示单元为6，每个字节显示6位，那么屏幕上的显示单元为1×6点；如果大于8位则用两个字节，低字节的低位不起显示作用。屏幕上同一行的显示单元从左到右地排列，对应着显示内存中的地址是从高到低，同一列中的显示单元从上到下，对应显示内存中的地址相差一定的值，称作行地址间隔，可用程序设置。显示内存（RAM，Random Access Memory随机存储器）中的地址与屏幕上的显示位置一一对应。在液晶显示屏上显示图形实际上是将对应的图形显示数据写入显示RAM的相应位置。显示图形首先需要将图形转换为图形字模，然后根据该图形的显示位置将图形字模写入对应的显示RAM区地址。在图形显示过程中，按列扫描，显示完一页后，要送一个页面地址加1指令，让单片机将数据传送到显示RAM的下一页。除了实现图形简单的整屏显示外，根据单片机编程控制灵活的特点，还可以实现图形的左右或上下滚动。实现图形左右滚屏的基本思想是让后一列的数据写住前一列的显示RAM，直至整屏都往右移一列；实现上下滚屏的基本思想是每显示完整屏数据后，显示起始行地址加1，再显示原整屏数据，这样就实现了上下滚屏的效果。

2 单片机与C8051F020单片机实验系统

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2.1 单片机技术的发展特点[1]

自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20年来单片机发展里程可以看出，单片机技术的发展以微处理器（MPU，Microprocessor Unit）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出比微处理器更具个性的发展趋势。 ⑴单片机寿命长

一般说来，单片机开发的产品可以稳定可靠地工作10年、20年；另外，与微处理器相比，单片机的长寿命表现在它不会像386、486、586等MPU一样，随着半导体技术的飞速发展，更新换代的速度越来越快，很短的时间内就被淘汰出局。传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有十几年的历史，但产量仍是上升的，这是因为它们在其对相应应用领域的适应性强，并且与之兼容的I/O功能模块的扩展接口技术也层出不穷。 ⑵8位、16位与32位单片机共同发展

这是单片机技术发展的另一个动向。长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通信、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足的发展，而16位单片机的发展无论从品种和产量方面，近年来也有较大幅度的增长。

⑶单片机的速度越来越快

MPU发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。而单片机则有所不同，为提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。一些8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了许多。 ⑷低电压与低功耗

自80年代中期以来，NMOS工艺单片机逐渐被CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺所代替，功耗得以大幅度下降，随着超大规模集成电路技术由3?m工艺发展1.5、1.2、0.8、0.5、0.35进而实现了0.2?m工艺，全静态设计使时钟频率从直流电到数十MHz任选，都使功耗不断下降。几乎所有的单片机都有Wait、Stop等省电运行方式。允许使用的电源电压范围也越来越宽。一般单片机都能在3～6V范围内工作，对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V、0.9V供电的单片机已经问世。 ⑸低噪声与高可靠性技术

为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措

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