单片机与液晶显示模块HS12864-1的接口及其编程

1、引言

    在以单片机为核心的嵌入式测控系统中，单片机与显示器件的接口是一个必不可少的环节，具体工作包括选择显示的器件类型，接口采用串行或并行方式以及显示驱动的确定等问题。典型的显示器件是LED数码管，其亮度高，适应于大多数应用场合。缺点是接口电路复杂，功耗高。液晶显示器件是利用液晶的电光效应制作的，具有功耗低、接口控制方便等优点[1]，而且模块的接口信号和操作指令具有广泛的兼容性，并能直接与单片机接口，它还具有专用指令，可方便地实现各种不同的操作，同样的显示面积LCD其功耗比LED显示器小几百倍，所以它特别适宜与COMS电路直接相配，液晶显示器件已成为当代高新技术产业(信息产业中最重要的信息处理手段之一，在各类测量及控制仪表中被广泛的应用。
    液晶显示器件可分为波段式、字符式和点阵式。其中，点阵式液晶显示器件不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现分区开窗口、反转、闪烁等动态显示功能，当在点阵式LCD 上显示汉字时，应先取得汉字的点阵构成数据，然后将其写入点阵式LCD的显示存储器中进行显示。本文介绍基于凌阳SPCE061A单片机的液晶显示控制设计。

2 、HS12864-1液晶模块的工作原理

    HS12864-1是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成。可实现图形显示，也可以显示8×4个 (16×16点阵)汉字。HS12864-1液晶内置HD61102图形液晶显示模块，驱动和控制系统是由1片HD61102 作为64 路行驱动器，同时HD61102配备了一套显示存储器的管理电路和与MCU接口电路，可以直接与MCU的总线连接[5]。HS12864-1的结构见图 1。

图1  HS12864-1的结构

    HS12864-1具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动、闪烁等显示功能，共有7 条指令，单片机只需通过D/I、R/W、DB0~DB7送入数据或指令便可显示其指定内容或显示方式。表1为HS12864-1的指令一览表。

表1  HS12864-1指令表 

3 、HS12864-1与SPCE061A单片机的硬件接口设计

    SPCE061A 是继SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。CPU内核采用凌阳最新推出的16位u nsp微处理器芯片，比MCS-51 8位机的MCU集成度更高，使用更加灵活方便，缩短了开发周期和成本。
    采用RISC 的SPCE061A 比8位的MCS 51系列执行效率高，速度更快，较宽的工作电压，低功耗抗干扰的设计，使061A在电池供电的应用领域更具特色，其内置2K字SRAM和32K FLASH，32位通用可编程输入/输出端口，具有WatchDog等功能，在仪器仪表、工业控制和通讯产品等方面应用日益广泛。
    在程序设计方面μ'nSP?单片机的汇编指令针对C语言进行了优化，所以其汇编的指令格式很多地方直接类似于C语言。另外其开发仿真环境IDE也直接提供了C语言的开发环境，C函数和汇编函数可以方便地进行相互调用[2，3]。HS12864-1与SPCE061A单片机的硬件接口电路见图2。[page]

    图2中采用并行通信方式，单片机的IOA0-IOA7口与液晶模块的DB0-DB7口相连作为数据输入输出用；即IOB0- IOB 4口与液晶模组的CS1、CS2、D/I、R/W、E相连作为单片机对液晶的控制口。

4 、显示程序设计

    在液晶上显示整屏字符或图像有两种方法:一种是将所要显示的字模数据一次性发送到显示数据ＲＡＭ中；另外一种是在屏幕上指定位置进行单独显示[4]。两种方法都要在控制器空闲的条件下进行操作,在操作之前都要先读取忙标志,判断控制器是否处于忙状态,在一般情况下,可以用延时等待的方法代替。
本系统程序主要包括主程序和几个子程序块： LCD初始化, 液晶显示屏选择，LCD显示，还有若干个控制子程序。主程序分别调用这些子程序实现对液晶显示器操作控制。程序流程图见图3。

图3  程序流程图

    凌阳单片机的编程语言常用的有二种：汇编语言和C语言。汇编语言的机器代码生成效率很高但可读性不强，而C语言在大多数情况下其机器代码生成效率和汇编语言相当，但可读性和可移植性却远远超过汇编语言，而且C语言还可以嵌入汇编来解决高时效性的代码编写问题。对于开发周期来说，用C语言的开发周期通常要小于汇编语言很多。综合以上C语言的优点，在设计时选择了C语言。
这里给出右半屏送命令/数据程序，说明SPCE061A单片机程序设计中对IOA /IOB口的设置。凌阳单片机控制液晶显示部分程序如下：

5、结束语

    本系统调试采用的是凌阳61板（即SPCE061A EMU BOARD）和u'nSP IDE 集成开发环境。硬件调试较为简单，只需调节好液晶的对比度和背光亮度即可；在软件方面，使用凌阳u'nSP IDE 软件来编译调试液晶程序。
    在调试中字模数据来自字模生成软件Zimo3，其生成的字模数据在本程序中不能直接使用，运行结果会出现字体的上下部分颠倒，需要将其顺序反转。
调试效果达到了程序设计的要求。

参考文献
[1] 李维 言是，郭强.《液晶显示应用技术》[M].北京：电子工业出版社，2003.
[2] 薛钧义.《凌阳十六位单片机原理及应用》[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[3] 张立材. 基于SPCE061A的多功能信号发生器设计实现[J]. 微计算机信息,2004.20(3):94-95.
[4] 杨雷,刘晓,魏春雪.液晶显示器的接口技术及其抗干扰措施[J].液晶与显示,2003.18(2):121-124.
[5] 广州市千喜科技开发有限公司内部技术资料.《HS12864-1图形点阵液晶显示模块使用手册》[M].广州市千喜科技开发有限公司.