C8051F020在液晶顯示控制系統中的應用

摘要：介紹了在電解質(zhì)分析儀的開(kāi)發(fā)中，電解質(zhì)分析儀的總體結構以及液晶顯示部分的設計情況。其中包括電解質(zhì)分析儀的總體設計、液晶顯示模塊YXD—12864A2的組成、功能以及與單片機C8051F020的接口設計，并給出了相應的顯示軟件，另外對按鍵系統的設計和如何消除抖動(dòng)等問(wèn)題也做了詳細的說(shuō)明。同時(shí)有效解決了漢字與字符混合顯示的問(wèn)題，系統實(shí)現了菜單顯示，取得了良好的顯示效果，為各種便攜式系統顯示前端的設計提供參考。

0 引言

在單片機系統設計中，LCM(液晶顯示模塊)人機交互界面的設計往往是很重要的一個(gè)環(huán)節。LCM可以用于智能儀器上的顯示設定參數、狀態(tài)提示符、檢測結果和待輸入參數等功能。本文結合電解質(zhì)分析儀的設計要求，采用深圳市燁新達實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的YXD—12864A2LCM，研究并實(shí)現了以C8051F020為基礎的液晶顯示的接口電路和程序設計，添加了按鍵系統，從而達到方便用戶(hù)使用的目的。

1 電解質(zhì)分析儀簡(jiǎn)介

本系統所設計的電解質(zhì)分析儀(Electrolyte Analyzer)是一種具有高分辨率和高精度的儀器，可以與多種離子選擇電極配套使用，可用自動(dòng)方法測定樣品中鉀、鈉、氯、鈣離子的濃度和pH值。其結構方框圖如圖1所示。儀器采用單片機C8051F020為核心芯片進(jìn)行設計，在測量室內由化學(xué)傳感器采集電解質(zhì)的電位信號傳送給信號調理電路，經(jīng)過(guò)信號調節后送給主電路板進(jìn)行A/D轉換，然后輸出顯示到LCM上，LCM參數、測量結果的顯示等都可由鍵盤(pán)操作。與上位機的通信上，采用RS 232通信方式傳輸數據。本儀器的特點(diǎn)是可以單機使用、也可以與上位機連接使用，與上位機連接后通過(guò)界面操作可以幫助用戶(hù)完成病人信息的查詢(xún)、存儲、儀器工作情況的實(shí)時(shí)檢測等功能。

系統顯示部分采用圖形液晶顯示模塊YXD-12864A2LCM，安裝在儀器的表面，用來(lái)顯示參數設置、測量結果、定標、質(zhì)控等的情況。界面顯示與參數設定及翻頁(yè)等功能通過(guò)按鍵的控制來(lái)實(shí)現。

2 YXD-12864A2LCM

2.1 模塊介紹

YXD-12864A2LCM是由深圳市燁新達實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的，是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，它主要由行驅動(dòng)器、列驅動(dòng)器及128x64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示4x8個(gè)(16×16點(diǎn)陣)漢字。YXD-12864A2模塊共有20個(gè)引腳。其中，第1腳VSS接系統地;第2腳VDD接電源電壓;第3腳V0接液晶顯示器驅動(dòng)電源;第4腳D/I接數據指令選擇信號;第5腳R/W接讀寫(xiě)選擇信號;第6腳接讀寫(xiě)使能信號，E為高時(shí)，數據被讀出，而在E的下降沿到來(lái)時(shí)，數據被鎖存到DB0～DB7;第7～14腳接三態(tài)數據總線(xiàn);第15、16腳接片選信號;第17腳

接復位信號;第18腳Vout接內部負壓發(fā)生器輸出電壓端;第19腳接LED背光電源正極;第20腳接LED背光電源負極。

2.2 接口電路

接口電路圖和原理圖如圖2，圖3所示，C8051F020的P3口作為數據口與液晶模塊DB口相連;P2.0為復位引腳

控制端;P2.1、P2.4、P2.5作為普通的I/O口使用，分別接液晶模塊的使能端E、寄存器選擇引腳D/I、讀寫(xiě)引腳R/W;P2.2、P2.3分別接片選信號左或者右，對顯示進(jìn)行定位。

圖2的電路圖中，R28和R41為上拉電阻，因為它每個(gè)端口是與單片機相連的，對于顯示器而言工作電壓是5 V，而C8051F020工作電壓是3.3 V，要使C8051F020輸出能更好地驅動(dòng)5 V輸入的LCM，就要將每個(gè)端口通過(guò)一個(gè)上拉電阻接到5 V電源，這樣就可以保證C8051F020的邏輯“1”輸出能被提升到5 V。

2.3 軟件設計

顯示字符：從屏幕指定的位置開(kāi)始顯示指定的字符串。此LCM是128x64位的液晶顯示屏，每個(gè)字符所占用的點(diǎn)陣是8x8。顯示位置由兩個(gè)坐標參數據決定，橫坐標x表示“行”，取值范圍為0～7;第0行對應屏幕最上邊的一行，第7行對應最下面一行?？v坐標y表示“列”，取值范圍為0～15，第0列對應屏幕最左邊的一列，第15列對應屏幕最右邊的一列。

假設要從第4行第8列的位置顯示字符“K”，則程序段如下：

漢字的顯示與字符類(lèi)似，只是漢字所占的點(diǎn)陣為16×16的形式，因此在本LCM中，漢字只可以顯示4行8列。第一行漢字的坐標為00H～07H，第二、三、四行坐標依次為10H～17H、20H～27H、30H～37H。漢字的顯示要先將漢字的坐標起始位置作為命令寫(xiě)入，把漢字的字模作為數據寫(xiě)入，連續寫(xiě)入多個(gè)漢字可用查表法。

3 按鍵系統

按鍵系統的硬件設計可以采用獨立方式和矩陣方式兩種。

(1)獨立式中每一個(gè)鍵單獨占用一根I/O口線(xiàn)，每一根I/O口線(xiàn)上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì )影響其他I/O口線(xiàn)上的狀態(tài)，一般應用于按鍵數量較少的場(chǎng)合;

(2)矩陣式的按鍵排列為行列式矩陣結構，4行4列共16個(gè)鍵，只占用8根I/O口線(xiàn)，因此當按鍵數目較多時(shí)，可以使用這種方式節省I/O口線(xiàn)。

本儀器共定義了8個(gè)按鍵，考慮到C8051F020上的I/O接口非常豐富，因此采用了獨立式。在儀器上共設計了“Yes”、“No”、“↑(上)”、“↓(下)”、“←(左)”、“→(右)”、“復位”和“打印”8個(gè)按鍵，除“復位”鍵(其按下后直接復位)不通過(guò)鍵盤(pán)信息處理程序處理外，其余的7個(gè)鍵的按下處理均由鍵盤(pán)信息處理程序在主循環(huán)程序中完成。對于獨立式按鍵，CPU可以通過(guò)直接讀取I/O口的狀態(tài)來(lái)獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據這個(gè)值可直接進(jìn)行按鍵識別。每個(gè)鍵的編碼值如表1所示。

按鍵的具體定義如下：

(1)“↑(上)”、“↓(下)”、“←(左)”、“→(右)”：移動(dòng)光標或切換不同內容的屏目、數據修改、完成口令輸入等;

(2)“Yes”：確認所做的操作，包括確認所選擇的菜單項或數據、確認所輸入的口令、確認被修改的數據等;

(3)“No”：可取消輸入的口令值或被修改的數據;

(4)“復位”：軟復位系統;

(5)“打印”：控制打印機打印輸出。

按鍵的工作方式分為編程控制方式和中斷控制方式兩種。本儀器采用中斷控制方式，流程圖如圖4所示。此方式可以提高CPU的效率，當有鍵按下時(shí)，便向CPU申請中斷，CPU響應中斷后，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行鍵盤(pán)掃描、查鍵值與處理等工作。而編程控制方式是指在一個(gè)工作周期內，利用完成其他任務(wù)的空余時(shí)間，調用按鍵掃描子程序。經(jīng)程序查詢(xún)，若無(wú)鍵操作，則返回;若有鍵操作，則進(jìn)而判斷是哪個(gè)鍵，并執行相應的鍵處理程序。這樣對CPU的使用效率就受到了影響。因此選用中斷控制方式。

本儀器采用的按鍵的開(kāi)關(guān)為機械彈性開(kāi)關(guān)。從按鍵按下到接觸穩定要經(jīng)過(guò)數毫秒的抖動(dòng)時(shí)間，松開(kāi)時(shí)也有這樣的問(wèn)題。抖動(dòng)時(shí)間的長(cháng)短由按鍵的機械特性決定，一般為5～10 ms。這樣就會(huì )引起一次按鍵多次讀取，對于抖動(dòng)問(wèn)題可以采用軟件方法?？梢酝ㄟ^(guò)延時(shí)去抖動(dòng)的方法避免，即檢測出按鍵閉合后執行一個(gè)延時(shí)程序產(chǎn)生20 ms的延時(shí)，讓前沿抖動(dòng)消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平則確認為真正有鍵按下。當檢測到按鍵釋放后，也要給20 ms的延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后才能轉入該鍵的處理程序。

4 結語(yǔ)

利用YXD-12864A2圖形液晶顯示模塊設計電極質(zhì)分析儀的顯示界面，采用8位并型模式傳遞數據，主要是因為雖然占用了較多的I/O引腳，但與串行模式相比，編程簡(jiǎn)單的多;而且C8051F020有8個(gè)8位I/O端口、64個(gè)數字I/O引腳，非常豐富，所以也不用考慮引腳不夠的問(wèn)題。通過(guò)添加按鍵系統，使顯示的內容可以由用戶(hù)來(lái)操作，非常方便。