嵌入式系统课程设计基于ARM的LCD显示屏驱动程序设计.docx

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1、嵌入式系统课程设计基于ARM的LCD显示屏驱动程序设计前言. 1 1.系统设计 . 1 1.1涉及的软硬件简介 . 1 1.1.1 Proteus 7.8简介 . 1 1.1.2 RVDS简介 . 2 1.1.3 芯片LPC2106简介 . 2 1.2 LCD显示原理和初始化流程图 . 3 1.2.1 LCD显示简介 . 3 1.2.2 LCD相关参数 . 4 1.3 Proteus仿真电路 . 7 1.3.1 Proteus仿真元件清单 . 7 1.3.2 Proteus仿真电路图截图 . 7 1.4 程序代码分模块介绍 . 8 2.实验结果 . 18 3.总结. 19 参考文献 . 错误！

2、未定义书签。 前言 近年来，随着计算机技术及集成电路技术的发展，嵌入式技术日渐普及，在通讯、网络、工控、医疗、电子等领域发挥着越来越重要的作用。嵌入式系统无疑成为当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。通过显示器同步显示元器件的状态可以更深刻地理解控制的原理。 通过Proteus模拟ARM7芯片设计，可以增强我们的自学能力和思考能力，掌握科学研究的方法，提高信息检索的能力以及获取与时俱进知识的能力。同时，使我们深刻学习了ARM的相关知识，增强对实际电路的感性认识，提高了分析问

3、题，处理问题的能力。 运用Keil编译C语言，连接生成Hex文件和Axf文件。使用PROTEUS 7.8SP2仿真,选用ARM7 LPC2106 芯片和LCD1602，导入Hex或文件，然后进行软件仿真调试。 1.系统设计 1.1涉及的软硬件简介 设计中软件主要用到了模型仿真软件Proteus和编译套件RVDS，硬件主要采用了NXP公司的LPC2106微控制器。 1.1.1 Proteus 7.8简介 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的

4、工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的

5、目标代码文件：*.hex，可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。 1.1.2 RVDS简介 RealView Development Suite是ARM公司继SDT与ADS1.2之后主推的新一代开发工具。RVDS集成的RVCT是业内公认的能够支

6、持所有ARM处理器，并提供最好的执行性能的编译器。RealView Developer Suite 支持所有 ARM 系列核心，并与众多第三方实时操作系统及工具商合作简化开发流程。 RVDS包含有四个模块： (1)IDE：RVDS中集成了Eclipse IDE，用于代码的编辑和管理。支持语句高亮和多颜色显示，以工程的方式管理代码，支持第三方Eclipse功能插件。 (2)RVCT：RVCT是业界最优秀的编译器，支持全系列的ARM和XSCALE架构，支持汇编、C和C+。 (3)RVD：是RVDS中的调试软件，功能强大，支持Flash烧写和多核调试，支持多种调试手段，快速错误定位。 (4)RVIS

7、S：是指令集仿真器，支持外设虚拟，可以使软件开发和硬件开发同步进行，同时可以分析代码性能，加快软件开发速度。 RVDS具有代码小执行效率高、支持Linux操作系统、调试功能强大、可虚拟外设等优点，同时还具有内容丰富的在线文档。 1.1.3 芯片LPC2106简介 LPC2106/2105/2104 包含一个支持仿真的ARM7TDMI-S CPU、与片内存储器控制器接口的ARM7 局部总线、与中断控制器接口的AMBA高性能总线和连接片内外设功能的VLSI外设总线。LPC2106/2105/2104 将ARM7TDMI-S配置为小端字节顺序。 AHB外设分配了2M 字节的地址范围，它位于 4G字节

8、ARM存储器空间的最顶端。每个 AHB外设都分配了16k 字节的地址空间。LPC2106/2105/2104 的外设功能都连接到VPB 总线。AHB到VPB 的桥接将VPB 总线与AHB总线相连。VPB 外设也分配了2M 字节的地址范围，从3.5GB 地址点开始。每个VPB 外设在VPB 地址空间内都分配了16k 字节地址空间。 它拥有以下特性： u ARM7TDMI-S处理器 u 128k字节片内Flash程序存储器，具有ISP 和IAP 功能。 u Flash编程时间：1ms 可编程512 字节，扇区擦除或整片擦除只需400ms 。 u 64/32/16K 字节静态RAM u 向量中断控制

9、器 u 仿真跟踪模块，支持实时跟踪 u RealMonitor模块支持实时调试 u u u u u u u u u u u u u u u u u 标准ARM测试/ 调试接口，兼容现有工具 2极小封装：TQFP48 (77mm) 双UART，其中一个带有完全的调制解调器接口 2IC 串行接口 SPI 串行接口 两个定时器，分别具有4 路捕获/ 比较通道 多达6 路输出的PWM 单元 实时时钟 看门狗定时器 通用I/O 口 CPU 操作频率可达60MHz 双电源 CPU 操作电压范围：1.65V1.95V(1.8V 8.3%) I/O 电压范围：3.0V3.6V(3.3V 10%) 两个低功耗模

10、式：空闲和掉电 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒 外设功能可单独使能/ 禁止，实现功耗最优化 片内晶振的操作频率范围：10MHz25MHz 片内PLL 允许CPU 以最大速度运行，可以在超过整个晶振操作频率范围的情况下使用。 由于拥有以上特性，LPC2106适用于nternet 网关、串行通信协议转换器、访问控制、工业控制、医疗设备及其它各种类型的应用。 1.2 LCD显示原理和初始化流程图 1.2.1 LCD显示简介 液晶显示原理 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于

11、实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。 液晶显示器的分类 液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动、单纯矩阵驱动和主动矩阵驱动三种。 液晶显示器各种图形的显示原理: u 线段的显示 点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮

12、暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当=FFH，=00H，=00H，=00H，=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。 u 字符的显示 用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字

13、符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。 u 汉字的显示 汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码，每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。 1.2.2 LCD相关参数 u 1602LCD主要技术参数： 显示容量: 1

14、62个字符 芯片工作电压: 4.55.5V 工作电流: 2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压: 5.0V 字符尺寸: 2.954.35(WH)mm u 引脚功能说明 1602LCD采用标准的14脚或16脚接口，各引脚接口说明如下表所示: 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 9 D2 电源地 数据 2 VDD 10 D3 电源正极 数据 3 VL 11 D4 液晶显示偏压 数据 4 RS 12 D5 数据/命令选择 数据 5 R/W 13 D6 读/写选择 数据 6 E 14 D7 使能信号 数据 7 D0 15 BLA 数据 背光源正极 8 D1 16 BLK 数据 背

15、光源负极 第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。 第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第714脚：D0D7为

16、8位双向数据线。 第15脚：背光源正极。 第16脚：背光源负极。 u 1602LCD的指令说明及时序 1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如下表所示： 序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D 4 显示开/关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字

17、符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址 10 写数到CGRAM或DDRAM） 1 0 要写的数据内容 11 从CGRAM或DDRAM读数 1 1 读出的数据内容 1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。 指令2：光标复位，光标返回到地址00H。 指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。 指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与

18、关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。 指令7：字符发生器RAM地址设置。 指令8：DDRAM地址设置。 指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令10：写数据

19、。 指令11：读数据。 与HD44780相兼容的芯片时序表如下所示： 读状态 输入 RS=L，R/W=H，E=H 输出 D0D7=状态字 写指令 输入 RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高输出 无 脉冲 读数据 输入 RS=H，R/W=H，E=H 输出 D0D7=数据 D0 1 * S B * * 写数据 输入 RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲 输出 无 读写操作时序如下图所示： 读操作时序图 写操作时序图 u 1602LCD的RAM地址映射及标准字库表 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显

20、示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，下图所示为1602的内部显示地址。 例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。 1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，这

21、些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B，显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A” 1.3 Proteus仿真电路 使用Proteus进行仿真电路设计，下面依次介绍仿真细节。 1.3.1 Proteus仿真元件清单 元件名称 ARM7芯片 LCD1602 瓷片电容 电源 电源 电阻 规格型号 LPC2106 LM016L 单位 片 个 个 个 个 只 数量 1 1 1 1 1 2 CAP-ELEC +3.3V +1.8V 10K欧姆 1.3.2 Proteus

22、仿真电路图截图 1.4 程序代码分模块介绍 实验的C语言程序代码如下所示： /main.c /* * File: main.c * 功能：向LCD输出HelloWorld */ #include config.h #define rs (18) #define rw (19) #define en (110) #define busy (17) uint8 txt=HelloWorld; /* * 名称：ChkBusy * 功能：检查总线是否忙 */ void ChkBusy IODIR=0x700; while(1) IOCLR=rs; IOSET=rw; IOSET=en; if(!(IO

23、PIN & busy)break; IOCLR=en; IODIR=0x7ff; /* * 名称：WrOp * 功能：写函数 */ void WrOp(uint8 dat) ChkBusy; IOCLR=rs; /全部清零 IOCLR=rw; IOCLR=0xff; /先清零 IOSET=dat; /再送数 IOSET=en; IOCLR=en; /* * 名称：WrDat * 功能：写数据函数 */ void WrDat(uint8 dat) ChkBusy; IOSET=rs; IOCLR=rw; IOCLR=0xff; /先清零 IOSET=dat; /再送数 IOSET=en; IOC

24、LR=en; /* * 名称：lcd_init * 功能：lcd初始化函数 */ void lcd_init(void) WrOp(0x38); WrOp(0x06); /光标加1 WrOp(0x0c); /开显示 /* * 名称：DisText * 功能：显示文本函数 */ void DisText(uint8 addr,uint8 *p) WrOp(addr); while(*p !=0)WrDat(*(p+); /* * 名称：main * 功能：显示文本 */ int main(void) lcd_init; IODIR=0x7ff; /设置为输出 IOCLR=0x7ff; DisTe

25、xt(0x86,txt); while(1); /LPC2106.h /* External Interrupts */ /* 外部中断控制寄存器 */ #define EXTINT (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC140) 标志寄存器 #define EXTWAKE (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC144) 中断唤醒,是否从处理器掉电中唤醒 /* SMemory mapping control. */ /* 内存remap控制寄存器 */ #define MEMMAP (*(volatile unsigned l

26、ong *) 0xE01FC040) 读取向量的不同地址 /* Phase Locked Loop (PLL) */ /* PLL控制寄存器 */ #define PLLCON (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC080) 位保持寄存器 #define PLLCFG (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC084) 值保持寄存器 #define PLLSTAT (*(volatile unsigned short*) 0xE01FC088) 置信息读回寄存器 #define PLLFEED (*(volatile unsign

27、ed char *) 0xE01FC08C) 和配置 /* Power Control */ /* 功率控制寄存器 */ #define PCON (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC0C0) (空闲模式或掉电模式) /外部中断 /外部 /选择/PLL控制/PLL配置/控制和配/使能控制/功率控制#define PCONP (*(volatile unsigned long *) 0xE01FC0C4) /外设功率控制 /* VPB Divider */ /* VLSI外设总线分频寄存器 */ #define VPBDIV (*(volatile unsig

28、ned char *) 0xE01FC100) /VPB时钟设置 /* Memory Accelerator Module (MAM) */ /* 存储器加速模块 */ #define MAMCR (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC000) /控制 #define MAMTIM (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC004) /定时控制 /* Vectored Interrupt Controller (VIC) */ /* 向量中断控制器(VIC)的特殊寄存器 */ #define VICIRQStatus (*(vol

29、atile unsigned long *) 0xFFFFF000) /IRQ状态 #define VICFIQStatus (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF004) /FIQ状态 #define VICRawIntr (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF008) /所有中断的状态 #define VICIntSelect (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF00C) /中断选择 #define VICIntEnable (*(volatile unsigned long *) 0x

30、FFFFF010) /中断使能 #define VICIntEnClr (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF014) /中断使能清零 #define VICSoftInt (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF018) /软件中断 #define VICSoftIntClear (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF01C) /软件中断清零 #define VICProtection (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF020) /保护使能 #define

31、 VICVectAddr (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF030) /向量地址 #define VICDefVectAddr (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF034) /默认地址 #define VICVectAddr0 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF100) /向量地址 #define VICVectAddr1 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF104) #define VICVectAddr2 (*(volatile unsigne

32、d long *) 0xFFFFF108) #define VICVectAddr3 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF10C) #define VICVectAddr4 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF110) #define VICVectAddr5 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF114) #define VICVectAddr6 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF118) #define VICVectAddr7 (*(volati

33、le unsigned long *) 0xFFFFF11C) #define VICVectAddr8 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF120) #define VICVectAddr9 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF124) #define VICVectAddr10 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF128) #define VICVectAddr11 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF12C) #define VICVectAdd

34、r12 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF130) #define VICVectAddr13 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF134) #define VICVectAddr14 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF138) #define VICVectAddr15 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF13C) #define VICVectCntl0 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF200) /向量控

35、制 #define VICVectCntl1 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF204) #define VICVectCntl2 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF208) #define VICVectCntl3 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF20C) #define VICVectCntl4 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF210) #define VICVectCntl5 (*(volatile unsigned long *)

36、0xFFFFF214) #define VICVectCntl6 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF218) #define VICVectCntl7 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF21C) #define VICVectCntl8 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF220) #define VICVectCntl9 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF224) #define VICVectCntl10 (*(volatile unsign

37、ed long *) 0xFFFFF228) #define VICVectCntl11 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF22C) #define VICVectCntl12 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF230) #define VICVectCntl13 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF234) #define VICVectCntl14 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF238) #define VICVectCntl15 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF23C) /* General Purpose Input/Output (GPIO) */ /* 通用并行IO口的特殊寄存器 */ #define IOPIN (*(vo