1、单片机的控制系统课程设计1目录第 1 章 概述 .21.1 本课题研究的背景及意义 .21.2 本课题研究主要内容 .2第 2 章 硬件设计 .42.1 各部分元件介绍 .42.2 硬件原理图 .42.3 硬件连接 .62.4 本章小结 .6第 3 章 软件设计 .73.1 程序的设计流程 .73.2 DM Tool 字模提取工具 .73.3 SPLC501 液晶显示模组函数及显示位置移动 .83.4 SPLC501 液晶显示模组显示图片 .93.5 本章小结 .10第 4 章 结论与体会 .11参考文献 .12附录 .13单片机的控制系统课程设计2第 1 章 概述1.1 本课题研究的背景及意
2、义本课题设计的 LCD 图片显示主要指的是单片机以及单片机驱动的点阵式液晶显示屏所组成的一个显示系统。LCD 与阴极射线管、LED 或等离子显示器相比是一种低功耗的平面显示器件。在在车内广告、智能广告、可视电话、仪表盘、空调、洗衣机和其他低功耗电子厂品中得到了广泛应用。液 晶 的 物 理 特 性 是 ： 当 通 电 时 导 通 ， 排 列 变 的 有 秩 序 ， 使 光 线 容 易 通 过 ； 不 通 电 时排 列 混 乱 ， 组 织 光 线 通 过 。 让 液 晶 如 闸 门 般 的 阻 隔 或 让 光 线 穿 透 。 从 技 术 上 简 单 地 说 ，液 晶 面 板 包 含 了 两 篇 相
3、 当 精 致 的 无 钠 玻 璃 素 材 ， 中 间 夹 着 一 层 液 晶 。 当 光 束 通 过 这 层 液晶 时 ， 液 晶 本 身 会 排 排 站 立 或 扭 转 呈 不 规 则 状 ， 因 而 组 个 或 是 光 束 顺 利 通 过 。 大 多 数 液晶 都 属 于 有 机 复 合 物 ， 有 长 棒 状 的 分 子 构 成 。 在 自 然 状 态 下 ， 这 些 棒 状 分 子 的 长 轴 大 致平 行 。 将 液 晶 倒 入 一 个 经 精 良 加 工 的 开 槽 平 面 ， 液 晶 分 子 会 顺 着 槽 排 列 ， 所 以 假 如 那 些槽 非 常 平 常 ， 则 各 分 子
4、 也 是 完 全 平 行 。液 晶 显 示 器 的 显 像 原 理 ， 是 将 液 晶 置 于 两 片 导 电 玻 璃 之 间 ， 靠 两 个 电 极 间 电 场 的 驱动 ， 引 起 液 晶 分 子 扭 曲 向 列 的 电 场 效 应 ， 以 控 制 光 源 透 射 或 遮 蔽 功 能 ， 在 电 源 开 关 之 间产 生 明 暗 而 将 影 像 显 示 出 来 ， 若 加 上 彩 色 滤 光 片 ， 则 可 显 示 彩 色 影 像 。 ， 在 两 片 玻 璃 基板 上 装 有 配 向 膜 ， 所 以 液 晶 会 沿 者 沟 槽 配 向 ， 由 于 玻 璃 基 板 配 向 膜 沟 槽 偏 离
5、 90 度 ， 所以 液 晶 分 子 成 为 扭 转 型 ， 挡 玻 璃 基 板 没 有 夹 加 入 射 电 场 时 ， 光 线 透 过 偏 光 板 跟 着 液 晶 做90 度 扭 转 ， 通 过 下 方 偏 光 板 ， 液 晶 面 板 显 示 面 板 显 示 白 色 ； 挡 玻 璃 基 板 加 入 电 场 时 ， 液晶 分 子 产 生 配 列 变 化 ， 光 线 通 过 液 晶 分 子 空 隙 维 持 原 方 向 ， 被 下 方 偏 光 板 遮 蔽 ， 光 线 被吸 收 无 法 透 出 ， 液 晶 面 板 显 示 黑 色 。 液 晶 显 示 器 便 是 根 据 压 电 有 无 ， 使 面 板
6、 达 到 显 示 效果 。一 直 以 来 ， 追 求 更 完 美 的 视 觉 享 受 都 是 我 们 桌 面 显 示 设 备 的 目 标 ， 回 顾 近 年 的 显 示技 术 发 展 历 程 ， 我 们 不 难 发 现 它 都 是 围 绕 着 同 样 一 个 主 题 “追 求 更 佳 的 人 类 肉 眼 视 觉舒 适 性 ”！ 09 年 LED 背 光 的 液 晶 产 品 得 到 了 消 费 者 强 烈 的 关 注 。 在 外 观 上 还 是 功 耗 上 ，它 比 传 统 的 CCFL 背 光 都 有 不 小 的 优 势 ， 相 信 随 着 技 术 的 越 来 越 成 熟 ， LED 背 光
7、的 液晶 产 品 必 然 会 在 市 场 上 取 得 很 大 的 成 功 ， 市 场 的 潜 力 也 非 常 巨 大 的 ， 而 且 对 于 大 多 数 人来 说 外 观 还 是 选 择 显 示 器 的 首 要 因 素 ， 超 薄 时 尚 节 能 也 是 未 来 的 主 流 。1.2 本课题研究主要内容通过利用 DM Tool 字模提取工具提取图片字模，使用 SPCE061A 核心及周边电路模块和 LCD 显示模组模块，来实现液晶显示器动态图片，从而让我们看到图片的动态变化，提高视觉效果。利用 C 语言编写主程序和中断服务程序，调用驱动程序。在液晶显示器上动态显示已经提供的图片，这里显示凌阳科
8、技的标识（sunplus 的所有 9 张图片） 。从第一张图象依次显示到第九张图象之后，再从第九张图象依次显示第一张图象，每张图象显示刷新时间为单片机的控制系统课程设计30.2s，也就是说图像显示的顺序是：图 1-1 图像顺序0.2s 的刷新时间要求利用 IRQ4_1KHz 中断实现。把每一个图象显示称为一帧图象显示，则根据实验要求，在显示一个完整的凌阳标识的旋转时需要显示 18 帧图象，则表示图像帧的顺序是：图 1-2 图像帧的顺序单片机的控制系统课程设计4第 2 章 硬件设计2.1 各部分元件介绍SPCE061A 是继 nSP（Microcontroller and Signal Proc
9、essor）系列产品 SPCE500A 等之后凌阳科技推出的又一款 16 位结构的微控制器。与 SPCE500A 不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A 里只内嵌 32K 字的闪存（FLASH ） 。较高的处理速度使 nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与 SPCE500A 相比，以 nSP为核心的 SPCE061A 微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。SPCE061A 的开发 是通过在线调试器 PROBE 实现的。它既是一个编程器（即程序烧写器） ，又是一个实时在线调试器。用它可以替代在单片机应用
10、项目的开发过程中常用的软件工具硬件在线实时仿真器和程序烧写器。它利用了 SPCE061A 片内置的在线仿真电路 ICE（In- Circuit Emulator）接口和凌阳公司的在线串行编程技术。PROBE 工作于凌阳 IDE 集成开发环境软件包下，其 5 芯的仿真头直接连接到目标电路板上 SPCE061A 相应管脚，直接在目标电路板上的 CPU-SPCE061A 调试、运行用户编制的程序。PROBE 的另一头是标准 25 针打印机接口，直接连接到计算机打印口与上位机通讯，在计算机 IDE集成开发环境软件包下，完成在线调试功能LCD 模组，是指将玻璃和 LCD 驱动器集成到一起的 LCD 显示
11、产品。lcd 模块能提供用户一个标准的LCD 显示驱动接口（有 4 位、8 位、VGA 等不同类型） ，用户按照接口要求进行操作来控制 LCD 正确显示。液晶显示器，或称 LCD（Liquid Crystal Display） ，为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。2.2 硬件原理图从图中可以看出 SPCE061A 的结构比较简单，在芯片内部集成了 ICE 仿真电路接口、FLASH 程序存储器、 SRAM 数据存储器
12、、通用 I/O 端口、定时器计数器、中断控制、CPU时钟、模/数转换器 A/D、数/模转换器 DAC 输出、通用异步串行输入输出接口、和低电压监测低电压复位等若干部分。其中各部分之间存在着直接或间接的联系。SPCE061A 共提供两个 16 位通用的并行 I/O 口，IOA0-IOA15 ，IOB0-IOB15 。这两个口的每一位都可以通过编程单独定义为输入或输出口，其中 A 口的 IOA0-IOA7 具有触键唤醒的功能，可以应用于低功耗的场所，SPLC501A 内置 8580 位显示 RAM。RAM 中的一位数据控制液晶屏上的一个象素点的亮、暗状态：“1”亮“0”暗。具有 65 行驱动输出和
13、 132 列驱动输出（注：模组中的液晶显示面板仅为 64 行、128 列） 。SPLC501 液晶显示模组的显示器上的显示点与驱动控制芯片中的显示缓存 RAM 是一一对应的；SPLC501A 芯片中共有 65（8 Page 8 bit+1） 132 位的显示 RAM 区。而显示器的显示点阵大小为 64128 点，所以实际上在 SPLC501 液晶显示模组中有用的显示 RAM 区为 64128 位；按 byte 为单位划分，共分为 8 个 Page，每个 Page为 8 行，而每一行有 128 位（即 128 列） 。 SPCE061A 核心及周边电路图如图 2-1 所示。单片机的控制系统课程设
14、计5图 2-1 SPCE061A 核心及周边电路原理图实际上就是通过对某点所对应的显示 RAM 区中的某一位进行置 1 操作；所以就要确定该点所处的行地址、列地址。SPLC501 液晶显示模组的行地址实际上就是 Page 的信息，每一个 Page 应有 8 行；而列地址则表示该点的横坐标，在屏上为从左到右排列，Page 中的一个 Byte 对应的是一列（8 行，即 8 个点） ，共 128 列。从而点亮 LCD 屏上的某一个点时，可以根据这样的关系在程序中控制 LCD 显示屏的显示，LCD 显示模组模块如图 2-2 所示。单片机的控制系统课程设计6图 2-2 LCD 显示模组模块结构图图 2-
15、3 电源2.3 硬件连接硬件连接图如图 2-4 所示，分别用实验箱跳线连接 IOB4 与 AO，IOB5 与 RWP，IOB6与 EP， IOB9 与/CS，IOA8IOA15 与 D0D7；VR、C86 和 PS 都与 V3 短接，把 SPLC501液晶显示模组的时序选择为 6800 时序。即用跳线把实验箱 JP6 的所有引针全部短接。硬件连接图如图 2-4 所示。图 2-4 硬件连接图2.4 本章小结SPCE061A 是凌阳科技推出的又一款 16 位结构的微控制器。在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，而且具有较高的处理速度。LCD 模组，是指将玻璃和 LCD
16、驱动器集成到一起的 LCD 显示产品，是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。通过 SPCE061A 核心及周边电路模块和 LCD 显示模组模块进行接口的连接，利用所提供的图片来实现液晶显示器动态图片，从第一张图象依次显示到第九张图象之后，再从第九张图象依次显示第一张图象，每张图象显示刷新时间为 0.2s，来实现动态图片的显示。单片机的控制系统课程设计7第 3 章 软件设计3.1 程序的设计流程主程序流程图如图 3-1，初始化 LCD，设置为取反并覆盖的显示模式，显示图片 sp1；进入显示循环，显示图片 sp1，延时 0.2s；显示 sp2，延时 0.2s，依次显示到 sp8，
17、延时0.2s；显示 sp8，延时 0.2s，显示 sp7，延时 0.2s，依次显示到 sp0，延时 0.2s。每帧图象都显示在（48，10）位置上。图 3-1 主程序流程图中断服务流程图如图 3-2，在中断服务程序里，只需要让中断计数器加 1 即可，那么在主程序里，只要计数器等于 200，说明 0.2s 的定时已到，可以进行图像的刷新。 图 3-2 中断服务程序流程图单片机的控制系统课程设计83.2 DM Tool 字模提取工具DM Tool 是针对 unSP 系列 16 位单片机的字模数据提取工具；用户可以利用此工具提取汉字字模、BMP 位图字模，还可以很方便地提取 ASCII 码字模；用户
18、还可以利用此工具对所要取的汉子、位图等进行编辑；生成字模数据用以 Word 数据为基本单元，并以数组的形式保存。字模数据导出时，可以导出一个.c 文件和一个.h 的头文件，用户可以直接把这两个文件加载到用户的工程中，供汉字显示位图显示使用。DM Tool 主要有字符导入编辑、单色 BMP 图像的导入和编辑、图像和字符的字模数据生成以及字模数据文件导出等主要功能。图 3-3 为打开后的 DM Tool 工具的主窗口。图 3-3 DM Tool 打开后界面使用过程如下：首先，在开始菜单中，运行 DM Tool 工具；其次，点击菜单栏上的File中的New ，新建工程（*.prj 文件） ；然后，输
19、入字符或导入图像编辑图像；最后，点击 File中的Save，以保存改动后的工程。3.3 SPLC501 液晶显示模组函数及显示位置移动SPLC501 液晶显示模组汉字显示 API 函数介绍：SPLC501 液晶显示模组动态图片显示相关的 API 函数：void LCD501_Init(unsigned int InitialData) /初始化液晶显示 void LCD501_ClrScreen(unsigned int Mode) /点亮屏幕或清屏 void LCD501_SetPaintMode(unsigned ModeCode) /设置图形显示模式 unsigned int LCD50
20、1_GetPaintMode(void) /获取图形显示模式 void LCD501_Bitmap(unsigned int x,unsigned int y,unsigned int *word)/显示汉字或者位图的字模数据SPLC501 液晶显示模组显示位置移动图片当想要让图片在屏幕上移动时，事实上就是让图片在屏幕上的位置改变，比如：图片在（0,30）位置上显示，如果想让图片向右移动 50 个像素点，只要让图片在（50，30）位置上显示即可。如图 3-3。 单片机的控制系统课程设计9图 3-3 位置的改变3.4 SPLC501 液晶显示模组显示图片利用 SPLC501 液晶显示模组显示 B
21、MP 位图和显示汉字的过程基本相同。SPLC501 液晶显示模组先初始化 LCD，再设置图形显示模式，从而来实现显示 BMP位图。过程图如图 3-5 所示。图 3-5 SPLC501 液晶显示模组显示 BMP 位图的过程利用 SPLC501 液晶显示模组显示 BMP 位图的操作过程为：新建一个工程，在已知 BMP位图的基础上，利用字模提取工具提取字模数据，把字模数据文件保存在工程文件夹，添加字模数据文件到工程，拷贝并添加驱动程序文件，编写程序，运行显示。如图 3-6 所示。图 3-6 利用 SPLC501 液晶显示模组显示 BMP 位图需要的操作过程单片机的控制系统课程设计103.5 本章小结基于硬件器件的连接，进行程序设计以及计数器，DM Tool 字模提取工，SPLC501 液晶显示模组等一些软件设计来完成液晶显示器动态图片的显示功能。
