液晶显示器在嵌入式系统中的应用

    摘要：介绍可预置画面的智能彩色液晶显示器YD-611；详尽描述显示器性能特点、接口方式及标准命令集；给出与嵌入式系统的接口方式、接口电路设计及具体编程方法。

    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信息则更理想。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

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

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

表4 颜色代码

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信息。

（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”及英文字符“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。