嵌入式系统课程设计--基于ARM的LCD显示屏驱动程序设计.doc

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1、 前言11.系统设计11.1涉及的软硬件简介11.1.1 Proteus 7.8简介11.1.2 RVDS简介21.1.3 芯片LPC2106简介2 1.2 LCD显示原理和初始化流程图31.2.1 LCD显示简介31.2.2 LCD相关参数41.3 Proteus仿真电路71.3.1 Proteus仿真元件清单71.3.2 Proteus仿真电路图截图71.4 程序代码分模块介绍82.实验（测试）结果183.总结19参考文献19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

2、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

3、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（RealView Development Suite），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

4、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，调入已编译好的目标代码文件：*.hex（或者*.axf），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

5、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（RVDS）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

6、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)RVISS：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。RV

7、DS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（AHB）和连接片内外设功能的VLSI外设总线（VPB ，ARMAMBA 总线的兼容超集）。LPC2106/2105/2104 将ARM7TDMI-S配置为小端（little-endian ）字节顺序。 AHB外设分配了2M 字节的地址范围，它位于 4G字节ARM存储器空间的最顶端。每个

8、 AHB外设都分配了16k 字节的地址空间。LPC2106/2105/2104 的外设功能（中断控制器除外）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（LPC2106/2105/21

9、04） u 向量中断控制器 u 仿真跟踪模块，支持实时跟踪 u RealMonitor模块支持实时调试 u 标准ARM测试/ 调试接口，兼容现有工具 u 极小封装：TQFP48 (77mm2) u 双UART，其中一个带有完全的调制解调器接口 u I2C 串行接口 u SPI 串行接口 u 两个定时器，分别具有4 路捕获/ 比较通道 u 多达6 路输出的PWM 单元 u 实时时钟 u 看门狗定时器 u 通用I/O 口 u CPU 操作频率可达60MHz u 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%) u 两个

10、低功耗模式：空闲和掉电 u 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒 u 外设功能可单独使能/ 禁止，实现功耗最优化 u 片内晶振的操作频率范围：10MHz25MHz u 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

11、成电路直接驱动、易于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（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）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

12、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（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=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

13、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（一般用字模提取软件），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

14、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:162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)mmu 引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）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1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使

15、能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第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

16、跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为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RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGR

17、AM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11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。（说明：1为高电平、0为低电平）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

18、，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。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

19、，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入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

20、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（40H）+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（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，这些字符有：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（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，

21、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规格型号单位数量ARM7芯片LPC2106片1LCD1602LM016L个1瓷片电容CAP-ELEC个1电源+3.3V个1电源+1.8V个1电阻10K欧姆只2 1.3.2 Proteus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（附注释）：/main.c/* File: main.c* 功能：向LCD输出HelloWorld*/#include config.h#define rs (18)#define

22、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(!(IOPIN & 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

23、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;IOCLR=en;/* 名称：lcd_init()* 功能：lcd初始化函数*/void lcd_init(void)WrOp(0x38);WrOp(0x06);/光标加1WrOp(0x0c);/开显示/* 名称：DisText()* 功能：显示文本函数*/void DisText(uint8 addr,uint8 *p)WrOp(add

24、r);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;DisText(0x86,txt);while(1);/LPC2106.h/* External Interrupts */* 外部中断控制寄存器 */#define EXTINT (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC140)/外部中断标志寄存器#define EXTWAKE (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC

25、144)/外部中断唤醒,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 long *) 0xE01FC040)/选择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)/PLL控制位保持寄存器#define PLLCFG (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC084

26、)/PLL配置值保持寄存器#define PLLSTAT (*(volatile unsigned short*) 0xE01FC088)/控制和配置信息读回寄存器#define PLLFEED (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC08C)/使能控制和配置/* Power Control */* 功率控制寄存器 */#define PCON (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC0C0)/功率控制(空闲模式或掉电模式)#define PCONP (*(volatile unsigned long *) 0xE01FC0C4)

27、/外设功率控制/* VPB Divider */* VLSI外设总线（VPB）分频寄存器 */#define VPBDIV (*(volatile unsigned 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 Co

28、ntroller (VIC) */* 向量中断控制器(VIC)的特殊寄存器 */#define VICIRQStatus (*(volatile 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 *) 0xFFFFF00

29、C)/中断选择#define VICIntEnable (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF010)/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 (*(

30、volatile unsigned long *) 0xFFFFF020)/保护使能#define 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 *) 0xFFFFF10

31、4)#define VICVectAddr2 (*(volatile unsigned 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 *) 0xFF

32、FFF118)#define VICVectAddr7 (*(volatile 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

33、*) 0xFFFFF12C)#define VICVectAddr12 (*(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 unsig

34、ned long *) 0xFFFFF200)/向量控制#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 (*(vola

35、tile unsigned long *) 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 (

36、*(volatile unsigned 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 VICVe

37、ctCntl15 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF23C)/* General Purpose Input/Output (GPIO) */* 通用并行IO口的特殊寄存器 */#define IOPIN (*(volatile unsigned long *) 0xE0028000)#define IOSET (*(volatile unsigned long *) 0xE0028004)#define IODIR (*(volatile unsigned long *) 0xE0028008)#define IOCLR (*(volatile unsi

38、gned long *) 0xE002800C)/* Pin Connect Block */* 管脚连接模块控制寄存器 */#define PINSEL0 (*(volatile unsigned long *) 0xE002C000)#define PINSEL1 (*(volatile unsigned long *) 0xE002C004)/* Universal Asynchronous Receiver Transmitter 0 (UART0) */* 通用异步串行口0(UART0)的特殊寄存器 */#define U0RBR (*(volatile unsigned char

39、*) 0xE000C000)#define U0THR (*(volatile unsigned char *) 0xE000C000)#define U0IER (*(volatile unsigned char *) 0xE000C004)#define U0IIR (*(volatile unsigned char *) 0xE000C008)#define U0FCR (*(volatile unsigned char *) 0xE000C008)#define U0LCR (*(volatile unsigned char *) 0xE000C00C)#define U0LSR (*(volatile unsigned char *) 0xE000C014)#define U0SCR (*(volatile unsigned char *) 0xE000C01C)#define U0DLL (*(volatile unsigned char *) 0xE000C000)#define U0DLM (*(volatile unsigned char *) 0xE000C004)/* Universal Asynchronous Receiver Transmitter 1 (UA