4.4.LCD显示器接口.ppt
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第四章输入输出接口技术,第四节LCD显示器接口,液晶显示器是一种功耗极低的被动式显示器件,广泛使用在便携仪表或低功耗显示设备中,具有功耗低、尺寸小、字迹清晰、美观、寿命长和使用方便等优点。
第四节LCD显示器接口,一、LCD显示器的基本结构及工作原理二、LCD显示器与单片机接口三、液晶显示模块的应用,一、LCD显示器的基本结构及工作原理,液晶的基本结构如图所示,液晶显示器基本结构,扭曲向列型(TN)液晶的光电效应和显示原理:
一、LCD显示器的基本结构及工作原理,一、LCD显示器的基本结构及工作原理,夹在两片导电玻璃电极间的液晶经过一定处理,它内部的分子呈90的扭曲,当线性偏振光透过时其偏振面便会旋转90,如图(a)所示,在下偏振片有透射光,可由反射板反射回来。
当在玻璃电极上加上一定电压后,在电场作用下,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,如图(b)所示。
于是在下偏振片就无透射光,就看到了黑影。
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互相垂直放置的偏振片之间,在上下两个电极之间加上一定的电压,就会得到白底黑字(正显示)。
如果改变上、下偏振片的相对位置,即平行放置时,则可得到黑底白字(负显示)。
LCD的主要参数,一、LCD显示器的基本结构及工作原理,响应时间,余辉,阈值电压(NT),功耗,毫秒级,毫秒级,25V,1uw/cm2,一、LCD显示器的基本结构及工作原理,与LED类似,LCD显示器有段式和点阵式两种,显示数字多用七段LCD显示器,点阵式可显示各种字符或图形。
如前所述,对于某一段(点)来说,只要在两个电极之间加上适当的电压就会显示,但如果加直流信号,会缩短液晶的寿命,故通常加的是交流信号。
一、LCD显示器的基本结构及工作原理,七段LCD显示器除了ag这七个笔划外,还有一个公共电极COM(也称背极),其笔划排列如图所示。
某一笔划(字段)与公共极COM(称背极)间驱动电路的连接及波形如图所示。
一、LCD显示器的基本结构及工作原理,一、LCD显示器的基本结构及工作原理,A,B为某一字段(笔划)电极信号输入端,A端经负逻辑非门与B端共同加到异或门输入端,A为公共端COM。
一、LCD显示器的基本结构及工作原理,一般背极信号为25100Hz的对称方波,使加在液晶板上的交流电压平均值为0。
否则若有较大交流分量,会使液晶材料迅速分解,寿命大大缩短。
由图(b)和(c)可知,在电极A和电极C加的脉冲信号相位相同时,笔划不显示;相位相反时,该笔划显示。
或当笔划电极为“0”电平时不显示,“1”电平时显示。
一、LCD显示器的基本结构及工作原理,下图为七段LCD显示器的电极配置及驱动电路。
七段译码器完成从BCD数据到七段段选的译码,其真值表及数字显示如下表所示,一、LCD显示器的基本结构及工作原理,真值表,例如:
如果要显示字符“3”,则应使a、b、c、d、g笔划段电极上的方波与COM电极上方波的相位相反,而e、f笔划段电极上的方波与COM电极上方波的相位相同。
其控制波形如图所示,一、LCD显示器的基本结构及工作原理,液晶显示器的驱动方式有静态驱动和动态驱动两种方式。
一、LCD显示器的基本结构及工作原理,静态驱动:
前面介绍的就是静态驱动方式,它是把所有的段电极逐个分别加以驱动。
这种驱动方式虽然简单,但每一个显示单元都要一条驱动线,对于显示容量较大的就难以实现。
动态驱动:
将全部段电极分为数组,然后将它们分时驱动,也称多路传输驱动方式或分时驱动方式。
主要用于点阵式LCD,笔段式也有。
下图所示为4位LCD液晶板显示器YXY4006的电极配置图。
图中COM极未标出,1P、2P、3P为小数点,4P为冒号“:
”,其它型号液晶板电极及引脚说明可查有关手册。
一、LCD显示器与单片机接口,要完成LCD接口并显示,首先要选好译码驱动电路,过去使用较多的是4056芯片,它一次只能驱动LCD显示一位,且片内无基准信号,需外加振荡器及外围元件。
若显示四位数,还要增加一个译码电路。
因此驱动LCD显示四位数,需要4个4056芯片、一个振荡器和一个译码电路。
这样使电路复杂,使用不便。
二、LCD显示器与单片机接口,美国生产的TSC7211AM芯片,可用一片驱动LCD显示四位数。
若通过简单级联,可扩展显示8位数,使用简单、方便。
内部有基准信号发生器,位选电路,因此不用外接振荡器与译码器,而且与微机总线兼容,内部电路还能确保段与背极信号间的直流偏置为零,延长LCD的寿命。
芯片为40脚双列直插式封装。
原理框图如下:
二、LCD显示器与单片机接口,.TSC7211AM芯片介绍,二、LCD显示器与单片机接口,.TSC7211AM芯片介绍,.TSC7211AM芯片介绍基准信号发生电路TSC7211AM片内有一多谐振荡器生成LCD背极信号。
36脚的不同连接,可构成三种不同的工作方式:
二、LCD显示器与单片机接口,若36脚与电源间接电容,5脚输出信号频率为20125Hz的背极信号;,若36脚接地,5脚无背极信号输出,这一功能可在扩展显示中得到应用。
当36脚开路时,5脚输出125Hz信号(即LCD的背极信号)。
二、LCD显示器与单片机接口,.TSC7211AM芯片介绍数据输入至显示通道这部分由四位(二进制)锁存器、47段译码器、七段锁存器及七段驱动器组成。
由于TSC7211AM与微机总线兼容,其4根数据输入线可直接与CPU相连。
TSC7211AM将这四位二进制数解码,形成代码B输出。
其关系如表4-11所示。
二、LCD显示器与单片机接口,表4-11二进制输入解码值关系表,.TSC7211AM芯片介绍数据输入至显示通道代码B:
16位中的低十位为十进制数字09,它对应于BCD码为00001001。
代码B的最高位为“黑”,作为清除显示数字用,其它五位码可用于报警和其它功能。
TSC7211AM位输出线由它所在的位与段来定义。
位由高到低(D4、D3、D2、D1)共四位,每位又由七段(a、b、c、d、e、f、g)组成。
二、LCD显示器与单片机接口,.TSC7211AM芯片介绍位选部分由两位(二进制)锁存器与24译码器组成。
位选输入信号可以直接与微机相连。
位选信号与位输出的关系如表4-12所示,二、LCD显示器与单片机接口,DS2DS1显示位00D4(千位)01D3(百位)10D2(十位)11D1(个位),.TSC7211AM芯片介绍片选部分由负逻辑或非门与单稳态组成。
若片选信号(CS1、CS2)均为低电平时,或非门输出高电平,使四位和二位锁存器打开。
若片选信号有一个出现上升沿时,就能使数据、位选输入进行数据锁存、译码,并给出驱动信号。
二、LCD显示器与单片机接口,
(二)ICM7211与单片机接口及显示程序ICM7211芯片与TSC7211AM略有不同。
后者用位选端DS1、DS2和片选端CS1、CS2共同选通LCD的D4D1(千、百、十、个位)的4位,而ICM7211直接用输入端D4D1(3431脚,高电平有效)选通LCD的D4D14位显示,其它相同,请使用时注意。
二、LCD显示器与单片机接口,ICM7211与单片机接口及显示程序下图所示为8051单片机控制ICM7211驱动4位YXY4501液晶显示器的系统连接图。
二、LCD显示器与单片机接口,ICM7211与单片机接口及显示程序YXY4501的引脚图及引脚说明如下图、表所示:
二、LCD显示器与单片机接口,表4-134501引脚说明,ICM7211与单片机接口及显示程序接口电路下图所示为YXY4501、ICM7211与8155连接的键盘/液晶显示实用线路图。
YXY4501的4位数字段码由ICM7211的7428线控制,而它的半位“|”(万位)、极性“”、小数点“.”和冒号“:
”等由异或门4030或4054的输出线控制。
扩展后的8155的A口、B口、C口分别输出位选信号、数字代码及万位、负号、小数点控制信号。
二、LCD显示器与单片机接口,7211与单片机接口及显示程序液晶显示程序用ICM7211直接连接液晶显示板YXY4501现4位显示的程序框图如下图所示。
二、LCD显示器与单片机接口,4位液晶显示程序框图,ICM7211与单片机接口及显示程序液晶显示程序4位(千、百、十、个位)欲显示的BCD数分别放入33H36H单元的低4位;半位(万位0或1)放入30H单元;小数点的控制位放入31H单元,极性代码放32H单元。
显示子程序清单如下:
二、LCD显示器与单片机接口,二、LCD显示器与单片机接口,ICM7211与单片机接口及显示程序,LCDDIR:
MOVDPTR,#4100H;8155初始化MOVA,#0FH;PA、PB、PC口均为输出方式MOVXDPTR,AMOVR0,#33H;指向显示缓冲区MOVR1,#04H;4位显示MOVR3,#10H;首位位选字#10HR3,;PA4=DS1=1DIR1:
MOVDPTR,#4101H;指向PA口MOVA,R3MOVXDPTR,A,二、LCD显示器与单片机接口,ICM7211与单片机接口及显示程序,INCDPTR;指向PB口MOVA,R0;BCD码A(低4位)SWAPA;BCD码到高4位,从PB7PB4输出MOVXDPTR,A;输出BCD码ACALLTIME;延时2msMOVA,R3RLA;位选字左移一位MOVR3,AINCR0DJNZR1,DIR1;4位未显示完转DIR1,二、LCD显示器与单片机接口,ICM7211与单片机接口及显示程序,MOVR0,#30H;万位R0CJNER0,#01H,DIR2;万位为0,转INCDPTR;指向PC口MOVA,#02H;从PC1输出MOVXDPTR,A;显示万位ACALLTIMEDIR2:
MOVR0,#31H;小数点控制位R0CJNER0,#01H,DIR3;无小数点标志,转MOVA,#04H;从PC2输出MOVXDPTR,A;点亮小数点,PC21P,二、LCD显示器与单片机接口,ICM7211与单片机接口及显示程序,ACALLTIMEDIR3:
MOVR0,#32H;极性位R0CJNER0,#00H,DIR4;正极性,转MOVA,#01H;负极性,从PC0输出MOVXDPTR,AACALLTIMEDIR4:
MOVA,#00HMOVXDPTR,AACALLTIMERET,二、LCD显示器与单片机接口,ICM7211与单片机接口及显示程序,TIME:
MOVR7,#04HTM2:
MOVR6,#0FFHTM1:
DJNZR6,TM1DJNZR7,TM2RET,由于液晶显示器件(尤其是点阵型)的引出线多,使用起来不方便,因此制造商推出了液晶显示模块将液晶显示器与控制、驱动功能电路装在一起,做为一个独立的器件出售,它能直接接收微处理器的数据,产生液晶控制驱动信号,使液晶板显示出所需要的内容,接口方便,具有编程功能。
给用户带来了极大的方便。
三、液晶显示模块的应用,液晶模块有数码型和点阵型,二者在控制接口方面有很大不同。
数码型模块由液晶驱动IC驱动,数据输入有并行和串行方式;点阵模块除带有驱动IC外,还自带显示控制IC,是一个能够接受指令,自动控制液晶显示的单片微机子系统。
点阵型模块按其显示方式的不同又可分为字符式和图形式两类。
三、液晶显示模块的应用,OCM8八位数码液晶模块OCM8液晶显示模块是标准八位七段数码液晶显示的组件。
为静态驱动、正显示(白底黑字),电源电压为5V。
数据为串行输入,具有接口的连线少、低功耗(工作电流1mA)、高清晰显示等特点,是一种通用的液晶显示器件。
OCM8模块可广泛应用于各种智能显示仪器上。
三、液晶显示模块的应用,三、液晶显示模块的应用,OCM8八位数码液晶模块,OCM8八位数码液晶模块OCM8模块的接口插座为六脚,实际只用四根连线。
其中第1脚、2脚是电源地GND,第3脚是时钟移位信号CLK,第4、第5脚是正电源VDD,第6脚是数据输入端DIN。
三、液晶显示模块的应用,OCM8八位数码液晶模块OCM8模块的接口时序如下图所示:
三、液晶显示模块的应用,CLK为上升沿移位,下降沿保持,每一位数字的段码a、b、c、d、e、f、g及小数点dP,则串行输入的数据与八位数字段码的对应关系如下图所示。
注意最低位数字的小数点不显示。
OCM8八位数码液晶模块串行输入的数据与八位数字段码的对应关系:
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块点阵字符型的液晶模块是一个智能化的器件,其各种显示功能都可通过向其写入指令来实现。
OCM系列字符模块采用日立HD44780集成电路作为显示控制器,其内部有字符发生器和显示数据存储器,可显示96个ASCII字符和92特殊字符,用户还可自定义8个(57点阵)字符,由此可实现简单笔画的中文显示。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块OCM系列点阵字符模块的引出线和读写时序OCM系列模块均是14个引线端Vss接地线VDD电源线,接5VVO驱动电压调节,以调节显示亮度RS寄存器选择,高电平选择数据寄存器,低电平选择指令寄存器;,三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块OCM系列点阵字符模块的引出线和读写时序OCM系列模块均是14个引线端R/W读写控制,高电平读,低电平写;E使能信号,读状态下,高电平有效;写状态下,下降沿有效;DB0DB78位数据线。
三、液晶显示模块的应用,三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块OCM系列点阵字符模块的引出线和读写时序HD44780控制信号的功能组合如表4-14所示,,OCM系列点阵字符模块OCM系列点阵字符模块的引出线和读写时序,三、液晶显示模块的应用,其时序波形如下图所示。
OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集HD44780有11条指令,指令格式非常简单。
指令一览表由表4-15所示。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集清屏指令代码:
01H该指令将执行如下操作:
把空码20H写入DDRAM(显示缓冲RAM)的全部80个单元内;地址计数器AC清零,光标或闪烁归位;将输入方式参数位I/D置1,即地址计数器AC自动加1输入方式;该指令用于初始化或更新显示内容,使用前要考虑DDRAM的内容是否还需要。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集归位指令代码:
02H该指令使地址计数器AC清零。
如果显示画面已经移位,指令执行后画面将回到原点地址00H处开始显示,光标或闪烁亦将返回到原点00H位置。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集输入方式设置指令码:
0000,01,I/D,S该指令规定CPU读、写DDRAM或CGRAM(自定义字符发生器)后,地址计数器AC内容的变化方向。
反映在显示屏上,当输入一个字符时显示画面和光标的变化效果。
该指令具有两个参数位I/D和S。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集输入方式设置指令码:
0000,01,I/D,SI/D:
表示当读、写DDRAM或CGRAM的数据后,地址计数器内容的变化方向。
由于光标位置也由AC值确定,所以也是光标移动的方向。
I/D1;AC自动加1,光标右移一个字符位;I/D0;AC自动减1,光标左移一个字符位。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集输入方式设置指令码:
0000,01,I/D,SS:
表示在写入DDRAM数据后,显示屏上画面将向左或向右全部平移一个字符位。
S0:
无效;S1:
有效。
S=1,I/D1;显示画面左移;S=1,I/D0;显示画面右移。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集输入方式设置指令码:
0000,01,I/D,S这种效果在显示屏上好像光标不动而输入的内容移动,如同计数器输入数据时的显示效果。
表4-16列举了所有输入方式的显示效果,输入方式的输入数字为0、1和2。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集显示开关控制指令代码0000,1,D,C,B该指令控制显示、光标及闪烁的启用或关闭。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集显示开关控制指令代码0000,1,D,C,BD=1,开显示D=0,关显示C=1,光标显示C=0,光标消失,三、液晶显示模块的应用,D:
显示开关,C:
光标开关,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集显示开关控制指令代码0000,1,D,C,B光标出现的位置由地址计数器AC确定,并随AC的变化而移动。
当AC值超出了所用显示屏的显示范围时,光标在显示屏上消失。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集显示开关控制指令代码0000,1,D,C,BB1为闪烁启用,B0为闪烁关闭。
显示开关控制的状态如表4-17所示,三、液晶显示模块的应用,B:
闪烁开关,三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集显示开关控制,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集光标或画面位移指令代码0001,S/C,R/L,0,0该指令控制光标或显示屏上画面左移或右移一个字符位。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集光标或画面位移指令代码0001,S/C,R/L,0,0S/C1为显示画面位移S/C0为光标位移,S/C:
位移对象选择,三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集光标或画面位移指令代码0001,S/C,R/L,0,0R/L1为右移R/L0为左移,三、液晶显示模块的应用,R/L:
位移方向选择,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集光标或画面位移此指令与输入方式设置指令都可以引起光标或显示画面的位移,但该指令在执行后立即产生位移的效果,而输入方式设置指令执行后只是完成了一种设置,只有在CPU写数据操作后才能产生位移的效果。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集功能设置指令代码001,DL,N,F,00此指令是HD44780的初始化设置指令,CPU必须首先使用这条指令,设置HD44780的工作方式。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集功能设置指令代码001,DL,N,F,00DL:
设置数据总线位长。
DL0表示数据总线有效位长为4位,即DB74有效。
指令代码分两次传输,先高4位后低4位。
DL18位数据,三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集功能设置指令代码001,DL,N,F,00N0表示字符行为一行N1表示字符行为两行,三、液晶显示模块的应用,N:
显示字符行数,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集功能设置指令代码001,DL,N,F,00F0字符为57点阵F1字符为510点阵,三、液晶显示模块的应用,F:
显示字符的字体,三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集功能设置指令代码001,DL,N,F,00N与F设置的组合规定了HD44780的驱动占空比系数,如表4-18所示。
OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集由于HD44780内部复位电路启动对电源的要求有时系统满足不了,为了工作可靠起见,建议在编程时首先对HD44780进行软件的初始化,其初始化设置流程图如下图447所示。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集CGRAM地址设置指令代码01A5A4,A3A2A1A0该指令将CGRAM的6位地址码00H3FH写入地址计数器AC内,随后CPU的数据读、写操作将是针对CGRAM单元的访问。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集DDRAM地址设置指令代码1A6A5A4,A3A2A1A0该指令将DDRAM的7位地址码送入地址计数器AC内,随后的CPU的数据读、写操作将是针对DDRAM单元的访问。
DDRAM地址范围是:
N0(1行字符行):
00H4FHN1(2行字符行):
第一行00H27H第二行40H67H,三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集读忙标志与地址计数器AC当CPU对指令口读操作(RS=0,R/W=1),读出的不是指令寄存器IR的内容而是读出来一位忙标志与七位地址计数器当前内容的组合。
格式为:
DB7DB6DB0,三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集读忙标志与地址计数器ACAC当前值可能是DDRAM地址,也可能是CGRAM地址,这取决于最近一次向AC写入的是何类地址,AC值将与忙标志BF位同时出现在数据总线上。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集写入DDRAM或CGRAM数据CPU把要写入DDRAM或CGRAM的数据写入HD44780的接口部中数据寄存器DR内,即RS1,R/W0。
在HD44780控制部的逻辑线路控制下,DR内的数据将在内部时序下写入由地址计数器AC所指定的DDRAM单元或CGRAM单元内。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集写入DDRAM或CGRAM数据CPU在写数据之前必须要完成两条指令的写入工作,其一是DDRAM地址设置指令或CGRAM地址设置指令,这种指令实现数据写入首单元的地址;其二是输入方式设置指令,它完成地址计数器AC的自动修改方式的设置,它为数据连续写入的地址修改作了准备。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集读取DDRAM或CGRAM数据CPU读取CGRAM或DDRAM的数据,要使用数据寄存器DR,即RS1,R/W1。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集读取DDRAM或CGRAM数据CPU读数据过程是:
在HD44780控制部的操作下,地址计数器AC的每一次更新,包括地址设置指令的写入、光标位移引起AC的修改或由CPU读写数据操作后产生的AC的修改,控制部都会把当前AC值所指单元的内容送至接口部的数据寄存器,供CPU读取。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块HD44780的指令集读取DDRAM或CGRAM数据CPU读出的数据只是当前数据寄存器的内容。
因此在首次读操作之前需重新设置地址计数器AC值,或用光标移动指令将地址计数器AC值修改到所需的地址上,修改后的读操作获得的数据是有效的。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块字符型液晶显示模块接口技术字符型液晶显示模块的接口实际上就是HD44780与CPU的接口,所以接口技术要满足HD44780与CPU接口部的要求,关键在于要满足HD44780的时序关系。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块字符型液晶显示模块接口技术CPU与字符型液晶显示模块的连接方法有两种,一种为直接访问方式,另一种为间接控制方式。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块字符型液晶显示模块接口技术直接访问方式CPU的直接访问方式是把字符型液晶显示模块作为存储器或I/O设备挂在CPU的总线上。
三、液晶显示模块的应用,OCM系列点阵字符模块字符型液晶显示模块接口技术直接访问方式在这种方式下,字符型液晶显示模块采用8位数据传输形式,数据端DB07直接与CPU的数据总线连接,RS信号和R/W信号利用CPU的地址线控制,E信号则由CPU的RD和WR控制信号一起控制。
这种方法的接口
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- 4.4 LCD 显示器 接口
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