LM016L详解

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1、LM016L详解基于Proteus的液晶模块仿真李东勋,沈文浩,陈小泉(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州 510640)摘要:本文介绍了Proteus 中字符型液晶模块LM016L的结构及其控制器HD44780的指令系统,完成了LM016L与单片机80C51的硬件接口电路设计及HD44780控制器的驱动编程, 实现了LM016L自定义字符的显示。最后简要介绍了Proteus仿真调试单片机的方法和步骤。关键字:Proteus;HD44780;液晶;单片机中图分类号:TP368.2 文献标示码:BSimulation of LCD Module Based on ProteusLi

2、 Dongxun, Shen Wenhao, Chen Xiaoquan(State Key Laboratory of Pulp & Paper Engineering,South China University of Technology, Guangzhou, Guangdong, 510640) Abstract:This paper has introduced the structure of LM06L, and the instructions of HD44780 which is a dot-matrix liquid crystal display controller

3、. In this paper, the interface between LM06L and MCU 80C51, the driver of HD44780 and the display of our own defined characters are introduced. Finally, the debug steps by Proteus are described in a nutshell.Key words: Proteus, HD44780, LCD, MCU1. 引言Proteus2软件是由英国Lab Center Electronics公司开发的EDA工具软件。由

4、ISIS和ARES两个软件组成,其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台,ARES是一款高级的布线编辑软件。Proteus与其它EDA软件相比,其最具特点的功能是电路仿真的互动性,特别是单片机的仿真,不仅可以直接在原理图的虚拟元件上编程,而且可以实时调试。液晶显示器(LCD)具有功耗低、体积小、质量轻、功耗小的特点。点阵字符型液晶显示器把LCD控制器、点阵驱动器、字符存储器集成在一块印刷电路板上,构成便于应用的液晶模块。这类液晶模块不仅可以显示数字、字符,还可以显示各种图形符号以及少量自定义符号,并且可以实现屏幕的上下左右滚动、文字的闪烁等功能;人机界面友好,使用操作也更加灵活、方便,使其日益

5、成为各种仪器仪表等设备的首选。本文以介绍HD44780为控制器的LM016L液晶模块的引脚结构、功能的基础上,介绍LM016L与MCS51单片机的硬件接口电路、自定义字符的显示以及Proteus的仿真。2. 液晶模块简介2.1 LM016L的结构及功能1LM016L液晶模块采用HD44780控制器。HD44780具有简单而功能较强的指令集,可以实现字符移动、闪烁等功能。LM016L与单片机MCU(Microcontroller Unit)通讯可采用8位或者4位并行传输两种方式。HD44780控制器由两个8位寄存器、指令寄存器(IR)和数据寄存器(DR)、忙标志(BF)、显示数据RAM(DDRA

6、M)、字符发生器ROM(CGROM)、字符发生器RAM(CGRAM)、地址计数器(AC)。IR用于寄存指令码,只能写入不能读出;DR用于寄存数据,数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM,或者暂存从DDRAM 和CGRAM读出的数据。BF为1时,液晶模块处于内部处理模式,不响应外部操作指令和接受数据。DDRAM用来存储显示的字符,能存储80个字符码。CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160种和5*10点阵字符32种,8位字符编码和字符的对应关系,可以查看参考文献3中的表4。CGRAM是为用户编写特殊字符留用的,它的容量仅64字节。可以自定义8个5*7点阵字符或者4个5*10点阵字符。

7、AC可以存储DDRAM和CGRAM的地址,如果地址码随指令写入IR ,则IR 自动把地址码装入AC ,同时选择DDRAM 或者CGRAM 单元。LM016L 液晶模块的引脚功能见表11: 表1 LM016L 引脚说明2.2控制指令 3通过对HD44780写入控制指令,HD44780产生显示驱动信号来驱动LM016L 。HD44780的控制指令主要有:清除显示(Clear Display )、地址归位(Return Home )、输入模式设定(Entry Mode Set )、显示开/关控制(Display On/Off Control )、功能设定(Function Set )、 设定CGRA

8、M 的地址(Set CGRAM Address )、设定DDRAM 的地址(Set DDRAM Address )、 写DDRAM/CGRAM (Write Date to DDRAM/CGRAM )、读忙标志和地址(Read Busy Flag and Address )以及从DDRAM 和CGRAM 中读数据(Read Date from DDRAM/CGRAM )。以上指令的具体格式及功能可以参阅文献3的24页28页。3基于Proteus ISIS 7的液晶模块仿真3.1接口设计运行Proteus ISIS 7进入设计界面,依照图1所示在元件库中选择需要的元件。 80C51的P0口作为8

9、位数据的输出端,P2.0、P2.1、P2.2作为控制信号的输出端,连接完成的电路如图1所示。 图1 电路原理图管脚号 名称 电平 功能描述1 VSS 0V2 VDD 5.0V3 VEE 4 RS H/L H :数据线上为数据信号;L :数据线上为指令信号5 RW H/L H :读数据模式;L :写数据模式6 E H/L 使能信号端714 DB0DB7 H/L 数据线3.2软件设计电路图绘制好之后,就可以编写LM016L 的驱动程序。LM016L 的操作有两大类:读操作和写操作。一般情况下不需要从液晶中读取数据,所以对液晶操作主要是写指令和写数据两个写操作,对于忙标志(BF ),采用延时的方法,

10、保证液晶模块有足够时间进行内部数据处理。在写源程序时,需要根据液晶模块的时序图编写程序。LM016L 的时序如图2所示3。图2 LM016L 写数据时序图根据电路图1定义引脚:RS BIT P2.0 ; RW BIT P2.1 ; LCDE BIT P2.2下面是写指令和写数据的源代码:(1)写指令子程序WRITE_COMMAND入口参数:指令字放在累加器A 中WRITE_COMMAND :;写指令子程序 CLR 4 LCDE ;清使能信号 CLR RS ;RS=0,RW=0写指令 CLR RWMOV P0, A ;送指令字SETB LCDE ;设置使能信号LCALL DELAY ;延时CLR

11、 LCDERET (2)写数据子程序WRITE_DATA入口参数:数据放在累加器A 中WRITE_DATA : ;写数据子程序CLR LCDE ;清使能信号SETB RS ;RS=1,RW=0写数据CLR RWMOV P0, A ;送数据 SETB LCDE ;设置使能信号 LCALL DELAY ;延时 CLR LCDE RET液晶模块初始化主要包括:功能设定(Function Set )、显示开/关控制(Display On/Off Control )、清除显示(Clear Display )、进入点设定(Entry Mode Set )。INITIAL_LCD : ;液晶模块初始化;8位

12、接口,两行显示,5*7点阵字符MOV A ,#38HLCALL WRITE_COMMANDMOV A ,#0EH ;显示开关设置LCALL WRITE_COMMANDMOV A ,#06H ;输入方式设置 LCALL WRITE_COMMAND MOV A ,#01H ;清屏指令 LCALL WRITE_COMMAND RET3.3自定义字符及其显示CGRAM 是用户编写特殊字符用的,它的容量仅64字节,地址为003FH 。定义一个R SR /WED B 0- D B 75*7点阵字符需要8个字节,这8个字节由CGRAM地址的高3位确定,相同的为一组。例如:地址为000XXX(二进制形式)的为

13、一组。因此CGRAM可以定义8个5*7点阵字符。每个字节的高3位可以留作数据存储器,低5位用来存储字模信息。定义字模时,液晶显示的点为1,不显示的点为0。自定义字符对应的8位编码规则是高4位为0,低3位为CGRAM的高3位,编码中第4位可以任意,不影响显示。对于自定义的5*10字符也有类似的规则。利用3.2提供的三个子程序,让LM016L显示“学习MCU”。程序清单如下:MAIN:;显示“学习MCU”RS BIT P2.0RWBIT P2.1LCDE BIT P2.2LCALLINITIAL_LCD;初始化液晶 LCALLWRITE_CGRAMMOV A,#80H;设置DDRAM地址 LCAL

14、LWRITE_COMMAND LCALL WRITE_CHARSJMP $DELAY:;延时子程序:DELAY MOV R6,#0AHLOOP2:MOV R7,#27HLOOP1:DJNZ R7,LOOP1DJNZ R6,LOOP2RET;在CGRAM写“学习”字模子程序WRITE_CGRAM:MOV A,#40H;设置CGRAM地址 LCALLWRITE_COMMAND MOV R1,#10hMOV DPTR,#TABLELOOP_CGRAM: MOV A,#00HMOVC A,A+DPTRLCALLWRITE_DATAINC DPTRDJNZ R1,LOOP_CGRAMRET;显示5个字符

15、子程序WRITE_CHAR:MOV R1,#5HMOV DPTR,#TABLE_DISP LOOP_MAIN:MOV A,#00HMOV A,A+DPTRINCDPTRLCALLWRITE_DATADJNZ R1,LOOP_MAINRETTABLE:DB15H,1FH,11H,0EH,02H,1FH,02H,00H ;学字模DB1FH,01H,09H,05H,09H,11H,03H,00H ;习字模TABLE_DISP:;“学习MCU”字符码DB 00H, 01H, 4DH, 43H, 55HEND ;程序结束3.4 Proteus 仿真首先建立源程序文件,然后选择Source/Build A

16、ll 进行源程序文件的编译。如果源程序有语法错误,编译系统会给出可能出错的地方,改正后,重新编译,一直到没有错误为止。最后打开80C51的属性面板,在Program File的属性栏中添加编译完成的HEX文件。在工作区的左下方可以看到交互式仿真的控制按钮。控制按钮如图3所示。图3 交互式控制按钮单击运行按钮,启动Proteus ISIS 仿真。仿真结果如图4。图4 仿真结果单击暂停按钮或者选择Debug菜单下的Start/Restart Debug就可以进行程序的调试。Proteus 处于调试状态时,在Debug 菜单下可以选择查看80C51单片机内部数据存储区和特殊功能寄存器区。点击单步执行

17、,可以观察各寄存器和内部数据存储区的变化情况,方便程序的查错和调试。4结束语利用Proteus实现了对LM016L液晶模块的仿真,实现了“学习MCU”的显示。Proteus 为学习单片机提供了很好的软件平台,使初学者可以抛开电路设计中的一些细枝末节,快速掌握单片机的核心内容。本文的创新点:由于HD44780的字库中没有汉字字符,所以在实际运用中有一定的局限。本文介绍了如何自定义汉字字模及如何确定自定义汉字的编码,并给出自定义字符显示程序实例和运行结果。参考文献:1公茂法,马宝甫,孙晨单片机人机接口实例集M.北京航空航天大学出版社,19982周润景,张丽娜,刘印群Proteus 入门实用教程M.

18、机械工业出版社,20073HITACHIHD44780U (LCD-II)英文参考手册4薛钧义,张彦斌MCS-51(96)系列单片微型计算机及其应用M.西安交通大学出版社,19975 刘红,覃光华,汪道辉基于不带字库的图形LCD模块汉子显示解决方案J微计算机信息,2004,12。6王伟,卢博友,刁修慧,刘平基于嵌入式系统的LCD汉字显示J微计算机信息,2008,6-2:67-69。作者简介李东勋(1983-), 男(汉族), 山西运城人, 硕士研究生, 主要研究方向为轻化工过程计算机模拟与控制。沈文浩(1967-), 女(汉族), 重庆人, 博士, 副教授, 主要研究方向为轻化工过程计算机模拟

19、与控制。陈小泉(1963-), 男(汉族),湖南人,博士,副教授,主要研究方向为纳米TiO2的化学合成与应用。Biography:Li Dongxun(1983- ),Male (Han), Shanxi Yuncheng, Master. Computer simulation and control ofchemical engineering.Shen Wenhao (1967- ), Female (Han), Chongqing, Doctor, Associate Professor. Computer simulation and control of chemical engineering.Chen Xiaoquan (1963- ), Male (Han), Hunan, Doctor, Associate Professor. Chemosynthesis and Applications of nano-sized TiO2

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