液晶显示器在嵌入式系统中的应用_显示光电论文
关键词：智能 彩色液晶显示器 单片机
1 概述
彩色液晶显示器作为当代高新技术的结晶产，不但具有超薄平台、显示信息丰富、色彩逼真的特点，而且还具有体积小、耗电省、寿命长、无辐射、抗震、防爆等其它类型显示器无可比拟的优点，因而是工控仪表、机电设备等行业更新换代的理想显示器件。另外，随着单片机与嵌入式系统应用领域的不断扩大，对于以单片机为核心构成的高档仪器仪表、信息家电、工控产品、数据采集等系统的人机界面友好性提供了越来越高的要求。要求不但可以显示汉字，还要显示图像；如果能用五彩缤纷的色彩来显示不同的则更理想。但是，对于软硬件资源均十分紧张的普通单片机来说，显示汉字已十分勉强，更谈不上图形及彩色图形的显示了，即便对硬件功能强大的高性能单片机来说，管理好彩色液晶显示器也不是一件容易的事。因此对于普通单片机而言，具有友好的彩色人机界面将是十分困难的事件。
如果能像微机那样，将具体的显示过程由显卡去管理，而cpu仅负责提供一下显示数据，则将大大简化了显示过程，从而解决彩色液晶显示过程复杂的难题。yd-611智能彩色液晶显示器即是具有彩色显示管理功能的液晶显示器。
2 性能特点
yd-611是一款内嵌高速管理单片机的智能液晶显示器。该显示器采用了显示画面预置技术，即将显示内容分为固定部分和变化部分。固定部分可在微机上进行绘制、编辑、修改，然后将其作为预置画面下载到显示器内e2prom中保存。在需要显示时，仅需使用简单的预置画面调用指令就可调出来显示预置画面，不但可以循环、交替、重叠显示，还可与变化部分的数据即现场实现显示的数据组合显示。从而将上位机从繁杂的显示管理工作解脱出来，也降低了对上位机的软硬件要求。使用普通单片机即可构成彩色晶人机界面。yd-611彩色液晶显示器的性能特点如下：
①显示点阵数320w×240h；
②内含gb2312一级简体汉字库，二级汉字库可选；
③内含高速mcu及显示驱动逻辑电路；
④显示器提供忙信号输出，以便能够即时检测模块状态；
⑤同时提供rs-232c标准串行通信接口及打印机并行接口两种通信方式；
⑥命令式操作，可同时显示彩色中西文、表格、直方图、自由曲线；
⑦可选配套触摸屏。
yd-611彩色液晶显示器的性能指标如表1所列。
表1 yd-611彩色液晶显示器件性指标
| 中文显示 | 15行×20列 |
| 可显示字符 | 西文ascii、中文一级字库 |
| 预置页画 | 64 |
| 图形点阵 | 320×240rgb |
| 彩色方式 | tft |
| 视野方式 | 140 |
| 亮度cd/m2 | 200 |
| 显示颜色 | 16色 |
| 通信接口 | 串、并口 |
| 输入电压 | dc12v |
| 消耗功率 | 12v×800ma |
| 工作环境温度 | 30～60℃ |
| 保存温度 | -35～75℃ |
yd-611彩色液晶显示器外部接口采用20脚针式插座。引脚排列如图1所示，引脚功能说明如表2所列。
表2 yd-611引脚功能说明
| 引脚号 | 信号名称 | 意 义 | 备 注 |
| 1～3 | gnd | 地 | - |
| 4 | busy | 忙信号 | 高电平有效 |
| 5～12 | data7～data0 | 并口数据 | 并口 |
| 13 | stb | 选通信号 | 下降沿有效 |
| 14 | rxd | 接收数据 | 串口 |
| 15 | dtr | 缓冲数据 | 串口 |
| 16～17 | nc | 空脚 | - |
| 18～20 | 电源 | +12v | - |
3 功能描述
3.1 内部结构
yd-611彩色液晶显示器的内部结构如图2所示。
3.2 通信协议
yd-611型彩色液晶显示器具有串行和并行两种通信方式。
（1）串行通信
yd-611串行通信采用标准rs-232通信方式，数据格式为：1个起始位，8个数据位，1个停止位。
为了提高通信速度，显示器内设置了一个256字节的输入缓冲区。在发送数据前，应先检查dtr信号。若dtr为高电平（ttl），表示缓冲区满，要等到dtr信号变为低电平（ttl）后再发送数据。如果每组的数据量少于256字节，同时每组之间又有足够的间隔，则不判断dtr位信号也可连续发送。
（2）并行通信
并行通信使用打印机并行接口，并行口的时序图如图3所示。首先，准备好数据，busy信号为低电平之后，发送一个stb信号（下降沿有效），等待0.5μs后再检测busy信号。若为高电平，则表示本机正在处理数据或缓冲区已，等到该信号变为低电平后再延时5μs发送下一个数据。
4 标准命令集
4.1 命令定义
yd-611彩色液晶显示器作为智能显示器的一项突出特点就是，避免了用户敏琐的点阵操作，只需使用简单的命令，就可显示出汉字、字符和预置的图形。yd-611的命令大致可以分为三种类型：光标控制、功能设置、图形操作。这里以十六进制码格式给出yd-611的标准命令集，如表3所列。十六进制格式适用于单片机作上位机，每条命令均以“esc”（十六进制码的“1b”）打头，后面紧跟命令代码和所需要的参数。
yd-611命令使用规则如下：
①液晶显示器图形方式以光点为最小点阵显示单位，每个光点包含rgb三个色点；字符方式以8×16点阵为最小显示块单位，西文字符占一个显示块，16×16点阵的汉字点二个显示块。
②yd-611可显示16种颜色，其颜色的取值范围在[0,15]。表4为对应的颜色代码。
表3 yd-611彩色液晶显示器标准命令集
| 十六进制格式 | 说 明 |
| 1b 0dn | 回边换行 |
| 1b 10 | 光标称到行尾 |
| 1b 11 | 光标移到行首 |
| 1b 18 | bmp文件直接显示 |
| 1b 19 | 满屏bmp文件调用 |
| 1b 1e | 光标移到首行 |
| 1b 1f | 光标移到尾行 |
| 1b 20 0～7 | 写入整幅bmp文件 |
| 1b 20 08 | 特种字库传送 |
| 1b 20 0a | 标准字库传送 |
| 1b 23 | 置汉字方式 |
| 1b 24 | 置西文字符方式 |
| 1b 25n | 自动判别显示数据的属性 |
| 1b 26 m,n | 设定特种字库 |
| 1b 27 no | 显示特种字库的第no个字模 |
| 1b 28(block page num) | 写入单块bmp文件 |
| 1b 29 block page x y wide high | 在指定位置显示指定大小的bmp文件 |
| 1b 2a x y color1 color2 | 用指定颜色填充闭合图形 |
| 1b nx ycolor 0<=n<8 | 初始化曲线 |
| 1b 38m n | 光标颜色 |
| 1b 41color x1 y1 x2 y2 | 画实心矩形 |
| 1b 42color | 用指定的颜色清屏 |
| 1b 43color | 设置前景颜色 |
| 1b 44 | 光标下移1行 |
| 1b 45 b0 b1 b2,…，bn | 绘制曲线 |
| 1b 46 color x1 y1 x2 y2 | 画线 |
| 1b 47x y | 光标移到（x y）位置 |
| 1b 48x y | 光标定位到指定像素 |
| 1b 4c | 光标左移一字符位 |
| 1b 4dn | 设置放大倍数 |
| 1b 50n | 调用预置的第n页图像 |
| 1b 52n | 光标右移n字符位 |
| 1b 53n | 延时 |
| 1b 55 | 光标上移一行 |
| 1b 56n md | 将预置画面写入用户flash |
| 1b 57n | 光标显示控制 |
| 1b 58n | 选择覆盖或重叠方式显示 |
| 1b 59 color x y r | 画圆 |
| 1b 5a color x1 y1 x2 y2 | 画空心矩形 |
表4 颜色代码
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 黑 | 兰 | 绿 | 青 | 红 | 粉 | 黄 | 白 |
| 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 灰 | 亮兰 | 亮绿 | 亮青 | 亮红 | 亮粉 | 亮黄 | 亮白 |
③放大显示时，横向放大的占横向两倍位置，纵向放大的占纵向两行位置。
④yd-611在图形操作命令中，x方向坐标值最大为320，用十六进制数表示时，必须占用2字节。因此凡命令中涉及到图形坐标的地方，x方向和y方向均以2字节表示。低位字节在前，高位字节在后。
4.2 常用命令说明
为便于yd-611彩色液晶显示器在嵌入式系统中的应用，下面对嵌八式系统中常用的命令说明如下。
（1）调用预置画面
命令参数n为调用用户预置的第（n+1）页面，n的取值范围为（0，127。yd-611液晶显示器规定，对于用户rom，每80h个单元为1页，每幅画面可能有1个或多个页面。
图4 yd-611与单片机的串行接口电路
（2）置汉字显示方式
yd-611彩色液晶显示器的汉字库字模均按照国标码的顺序排列。汉字内码为两个字节编码，利用字节的最高位置“1”作标志，而西文的内部码为七位编码。
（3）置西文字符方式
yd-611液晶字库的字模仅收录了ascii码的前128个字符。置成西文字符方式后，在未改变成汉字显示方式前，所有与命令无关的字节，都将作为西文字符显示。
（4）重叠或覆盖显示方式
显示汉字和字符时采用重叠或覆盖。
n=1:表示重叠显示，此种状态下，汉字、西文字符的显示速度比较快。
n=0：表示覆盖显示，即在显示汉字或字符之前，先用背景颜色清除一下该部位。此种状态下的显示速度慢，适用于在画面的固定位置上显示动态。
（5）画线
命令参数color：颜色代码。（x1 y1）：所画线段的起点坐标。（x2 y2）：所画线段的终点坐标，使用指定的颜色画线。如果x1=x2，则所画线段为垂线；如果y1=y2，则所画线段为水平线段；如果x1=x2，y1=y2，则所画线段为一点；如果x1≠x2,y1≠y2，则所画线段为一斜线。
（6）绘制曲线
以b0,b1,b2，……，bm为一组方向数据绘制曲线。bn为结束符，bn大于等于80h则画线结束。
5 yd-611在嵌入式系统中的应用
5.1 接口设计
yd-611应用于嵌入式系统时，既可使用并行方式，也可使用串行方式与系统接口。下面以mcs-51系列单片机为例，分别叙述各种接口方式。
①并行接口方式1。当用户系统为总线扩展方式时，yd-611使用并行方式与系统接口较方便。即将yd-611的data0～data7与单片机的数据总线相连，busy接p1.0，stb接p1.1即可。
②并行接口方式2。当用户系统为非总线扩展应用，而又有较多闲置的i/o口时，也可采用并行接口方式。如可将data0～p1.7相连，busy接p3.2，stb接p3.3。
③串行接口方式1。当用户系统i/o口线资源较为紧张时，可使用单片 机的uart串口并转换为rs-232电平后与yd-611接口。由于yd-611只接收显示数据，数据传送为单工，故此时仅使用单片机串行数据发送端txd即可；同时，还应点用单片机的一根口线，用于检查yd-611的接收缓冲区满信号。
④串行接口方式2。当用户系统的uart串口已被占用时，可利用单片机一根未用的口线模拟生成一个通信协议为（4800.n.8.1）的软串口。并转换为rs-232电平后与yd-611接口。
下面以串行接口方式1（即使用单片机的uart标准串口）为例，给出yd-611与单片机接口电路，如图4所示。图4中，at89c52的txd端经max232转换为rs-232电平后，与yd-611的rxd端相连。yd-611的缓冲区满，指示信号dtr经max232转换为rs-232电平后与at89c52的p3.0端相连。
5.2 显示程序
这里以串行接口方式1为例，给出与力电路配套的显示程序。显示屏显示内容为红色汉字“液晶”，绿色亮字显示汉字“显示器”及字符“1a2b”。液晶屏显示的字符如图5所示。
显示程序见本刊网站（http:www.dpj.com.cn）。
结语
yd-611彩色液晶智能显示器可为嵌入式系统提供一个友好的彩色人机界面；同时，由于其内部具有显示管理mcu，大大降低了嵌放式系统使用彩色液晶显示器的门坎，使用普通单片机即可实现彩色液晶屏的管理工作，从而可使嵌入式系统具有一个靓丽的外观。目前受价格的制约，该产品仅应用于彩色无纸记录仪、gps、智能仪器等高端电子产品中。相信随着科技的进步与时代的发展，彩色液晶显示器会得到越来越广泛的应用。