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液晶顯示器在嵌入式系統中的應用
摘要：介紹可預置畫面的智能彩色液晶顯示器YD-611；詳盡描述顯示器性能特點、接口方式及標準命令集；給出與嵌入式系統的接口方式、接口電路設計及具體編程方法。關鍵詞：智能彩色液晶顯示器單片機
1概述
彩色液晶顯示器作為當代高新技術的結晶產，不但具有超薄平臺、顯示信息豐富、色彩逼真的特點，而且還具有體積小、耗電省、壽命長、無輻射、抗震、防爆等其它類型顯示器無可比擬的優點，因而是工控儀表、機電設備等行業更新換代的理想顯示器件。另外，隨著單片機與嵌入式系統應用領域的不斷擴大，對于以單片機為核心構成的高檔儀器儀表、信息家電、工控產品、數據采集等系統的人機界面友好性提供了越來越高的要求。要求不但可以顯示漢字，還要顯示圖像；如果能用五彩繽紛的色彩來顯示不同的信息則更理想。但是，對于軟硬件資源均十分緊張的普通單片機來說，顯示漢字已十分勉強，更談不上圖形及彩色圖形的顯示了，即便對硬件功能強大的高性能單片機來說，管理好彩色液晶顯示器也不是一件容易的事。因此對于普通單片機而言，具有友好的彩色人機界面將是十分困難的事件。
如果能像微機那樣，將具體的顯示過程由顯卡去管理，而CPU僅負責提供一下顯示數據，則將大大簡化了顯示過程，從而解決彩色液晶顯示過程復雜的難題。YD-611智能彩色液晶顯示器即是具有彩色顯示管理功能的液晶顯示器。
2性能特點
YD-611是一款內嵌高速管理單片機的智能液晶顯示器。該顯示器采用了顯示畫面預置技術，即將顯示內容分為固定部分和變化部分。固定部分可在微機上進行繪制、編輯、修改，然后將其作為預置畫面下載到顯示器內E2PROM中保存。在需要顯示時，僅需使用簡單的預置畫面調用指令就可調出來顯示預置畫面，不但可以循環、交替、重疊顯示，還可與變化部分的數據即現場實現顯示的數據組合顯示。從而將上位機從繁雜的顯示管理工作解脫出來，也降低了對上位機的軟硬件要求。使用普通單片機即可構成彩色晶人機界面。YD-611彩色液晶顯示器的性能特點如下：
①顯示點陣數320W×240H；
②內含GB2312一級簡體漢字庫，二級漢字庫可選；
③內含高速MCU及顯示驅動邏輯電路；
④顯示器提供忙信號輸出，以便能夠即時檢測模塊狀態；
⑤同時提供RS-232C標準串行通信接口及打印機并行接口兩種通信方式；
⑥命令式操作，可同時顯示彩色中西文、表格、直方圖、自由曲線；
⑦可選配套觸摸屏。
YD-611彩色液晶顯示器的性能指標如表1所列。
表1YD-611彩色液晶顯示器件性指標
中文顯示15行×20列可顯示字符西文ASCII、中文一級字庫預置頁畫64圖形點陣320×240RGB彩色方式TFT視野方式140亮度CD/m2200顯示顏色16色通信接口串、并口輸入電壓DC12V消耗功率12V×800mA工作環境溫度30～60℃保存溫度-35～75℃
YD-611彩色液晶顯示器外部接口采用20腳針式插座。引腳排列如圖1所示，引腳功能說明如表2所列。
表2YD-611引腳功能說明
引腳號信號名稱意義備注1～3GND地-4BUSY忙信號高電平有效5～12DATA7～DATA0并口數據并口13STB選通信號下降沿有效14RXD接收數據串口15DTR緩沖數據串口16～17NC空腳-18～20電源+12V-
3功能描述
3.1內部結構
YD-611彩色液晶顯示器的內部結構如圖2所示。
3.2通信協議
YD-611型彩色液晶顯示器具有串行和并行兩種通信方式。
（1）串行通信
YD-611串行通信采用標準RS-232通信方式，數據格式為：1個起始位，8個數據位，1個停止位。
為了提高通信速度，顯示器內設置了一個256字節的輸入緩沖區。在發送數據前，應先檢查DTR信號。若DTR為高電平（TTL），表示緩沖區滿，要等到DTR信號變為低電平（TTL）后再發送數據。如果每組的數據量少于256字節，同時每組之間又有足夠的間隔，則不判斷DTR位信號也可連續發送。
（2）并行通信
并行通信使用打印機并行接口，并行口的時序圖如圖3所示。首先，準備好數據，BUSY信號為低電平之后，發送一個STB信號（下降沿有效），等待0.5μs后再檢測BUSY信號。若為高電平，則表示本機正在處理數據或緩沖區已，等到該信號變為低電平后再延時5μs發送下一個數據。
4標準命令集
4.1命令定義
YD-611彩色液晶顯示器作為智能顯示器的一項突出特點就是，避免了用戶敏瑣的點陣操作，只需使用簡單的命令，就可顯示出漢字、字符和預置的圖形。YD-611的命令大致可以分為三種類型：光標控制、功能設置、圖形操作。這里以十六進制碼格式給出YD-611的標準命令集，如表3所列。十六進制格式適用于單片機作上位機，每條命令均以“ESC”（十六進制碼的“1B”）打頭，后面緊跟命令代碼和所需要的參數。
YD-611命令使用規則如下：
①液晶顯示器圖形方式以光點為最小點陣顯示單位，每個光點包含RGB三個色點；字符方式以8×16點陣為最小顯示塊單位，西文字符占一個顯示塊，16×16點陣的漢字點二個顯示塊。
②YD-611可顯示16種顏色，其顏色的取值范圍在[0,15]。表4為對應的顏色代碼。
表3YD-611彩色液晶顯示器標準命令集
十六進制格式說明1B0dn回邊換行1B10光標稱到行尾1B11光標移到行首1B18BMP文件直接顯示1B19滿屏BMP文件調用1B1E光標移到首行1B1F光標移到尾行1B200～7寫入整幅BMP文件1B2008特種字庫傳送1B200A標準字庫傳送1B23置漢字方式1B24置西文字符方式1B25n自動判別顯示數據的屬性1B26m,n設定特種字庫1B27No顯示特種字庫的第No個字模1B28(BlockPageNum)寫入單塊BMP文件1B29BlockPageXYWideHigh在指定位置顯示指定大小的BMP文件1B2Axycolor1color2用指定顏色填充閉合圖形1BNxycolor0<=n<8初始化曲線1B38mn光標顏色1B41colorx1y1x2y2畫實心矩形1B42color用指定的顏色清屏1B43color設置前景顏色1B44光標下移1行1B45b0b1b2,…，bn繪制曲線1B46colorx1y1x2y2畫線1B47xy光標移到（xy）位置1B48xy光標定位到指定像素1B4C光標左移一字符位1B4Dn設置放大倍數1B50n調用預置的第n頁圖像1B52n光標右移n字符位1B53n延時1B55光標上移一行1B56nmd將預置畫面寫入用戶Flash1B57n光標顯示控制1B58n選擇覆蓋或重疊方式顯示1B59colorxyR畫圓1B5Acolorx1y1x2y2畫空心矩形
表4顏色代碼
01234567黑蘭綠青紅粉黃白89101112131415灰亮蘭亮綠亮青亮紅亮粉亮黃亮白
③放大顯示時，橫向放大的占橫向兩倍位置，縱向放大的占縱向兩行位置。
④YD-611在圖形操作命令中，X方向坐標值最大為320，用十六進制數表示時，必須占用2字節。因此凡命令中涉及到圖形坐標的地方，X方向和Y方向均以2字節表示。低位字節在前，高位字節在后。
4.2常用命令說明
為便于YD-611彩色液晶顯示器在嵌入式系統中的應用，下面對嵌八式系統中常用的命令說明如下。
（1）調用預置畫面
命令參數n為調用用戶預置的第（n+1）頁面，n的取值范圍為（0，127。YD-611液晶顯示器規定，對于用戶ROM，每80H個單元為1頁，每幅畫面可能有1個或多個頁面。
圖4YD-611與單片機的串行接口電路
（2）置漢字顯示方式
YD-611彩色液晶顯示器的漢字庫字模均按照國標碼的順序排列。漢字內碼為兩個字節編碼，利用字節的最高位置“1”作標志，而西文的內部碼為七位編碼。
（3）置西文字符方式
YD-611液晶字庫的字模僅收錄了ASCII碼的前128個字符。置成西文字符方式后，在未改變成漢字顯示方式前，所有與命令無關的字節，都將作為西文字符顯示。
（4）重疊或覆蓋顯示方式
顯示漢字和字符時采用重疊或覆蓋。
n=1:表示重疊顯示，此種狀態下，漢字、西文字符的顯示速度比較快。
n=0：表示覆蓋顯示，即在顯示漢字或字符之前，先用背景顏色清除一下該部位。此種狀態下的顯示速度慢，適用于在畫面的固定位置上顯示動態信息。
（5）畫線
命令參數color：顏色代碼。（x1y1）：所畫線段的起點坐標。（x2y2）：所畫線段的終點坐標，使用指定的顏色畫線。如果x1=x2，則所畫線段為垂線；如果y1=y2，則所畫線段為水平線段；如果x1=x2，y1=y2，則所畫線段為一點；如果x1≠x2,y1≠y2，則所畫線段為一斜線。
（6）繪制曲線
以b0,b1,b2，……，bm為一組方向數據繪制曲線。Bn為結束符，bn大于等于80H則畫線結束。
5YD-611在嵌入式系統中的應用
5.1接口設計
YD-611應用于嵌入式系統時，既可使用并行方式，也可使用串行方式與系統接口。下面以MCS-51系列單片機為例，分別敘述各種接口方式。
①并行接口方式1。當用戶系統為總線擴展方式時，YD-611使用并行方式與系統接口較方便。即將YD-611的DATA0～DATA7與單片機的數據總線相連，BUSY接P1.0，STB接P1.1即可。
②并行接口方式2。當用戶系統為非總線擴展應用，而又有較多閑置的I/O口時，也可采用并行接口方式。如可將DATA0～P1.7相連，BUSY接P3.2，STB接P3.3。
③串行接口方式1。當用戶系統I/O口線資源較為緊張時，可使用單片機的UART串口并轉換為RS-232電平后與YD-611接口。由于YD-611只接收顯示數據，數據傳送為單工，故此時僅使用單片機串行數據發送端TXD即可；同時，還應點用單片機的一根口線，用于檢查YD-611的接收緩沖區滿信號。
④串行接口方式2。當用戶系統的UART串口已被占用時，可利用單片機一根未用的口線模擬生成一個通信協議為（4800.n.8.1）的軟串口。并轉換為RS-232電平后與YD-611接口。
下面以串行接口方式1（即使用單片機的UART標準串口）為例，給出YD-611與單片機接口電路，如圖4所示。圖4中，AT89C52的TXD端經MAX232轉換為RS-232電平后，與YD-611的RXD端相連。YD-611的緩沖區滿，指示信號DTR經MAX232轉換為RS-232電平后與AT89C52的P3.0端相連。
5.2顯示程序
這里以串行接口方式1為例，給出與力電路配套的顯示程序。顯示屏顯示內容為紅色漢字“液晶”，綠色亮字顯示漢字“顯示器”及英文字符“1A2B”。液晶屏顯示的字符如圖5所示。
結語
YD-611彩色液晶智能顯示器可為嵌入式系統提供一個友好的彩色人機界面；同時，由于其內部具有顯示管理MCU，大大降低了嵌放式系統使用彩色液晶顯示器的門坎，使用普通單片機即可實現彩色液晶屏的管理工作，從而可使嵌入式系統具有一個靚麗的外觀。目前受價格的制約，該產品僅應用于彩色無紙記錄儀、GPS、智能儀器等高端電子產品中。相信隨著科技的進步與時代的發展，彩色液晶顯示器會得到越來越廣泛的應用。
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