C8051F020在液晶顯示控制系統中的應用

摘 要： 介紹了在電解質分析儀的開發中，電解質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等問題也做了詳細的說明。同時有效解決了漢字與字符混合顯示的問題，系統實現了菜單顯示，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。

關鍵詞： 液晶顯示模塊； 按鍵系統； 電解質分析儀； C8051F020

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）23?0124?03

Application of C8051F020 in the system of LCM display control system

WU Jian?wei， ZHANG Hai?hong， GUO Xi?qin

（School of Automation， Nanjing Institute of Mechatronics Technology， Nanjing 211135， China）

Abstract： The structure of electrolyte analyzer and the design of liquid crystal display part is introduced， which includes the general design of electrolyte analyzer， the construction and functions of the LCM YXD?1286A2， and the interface design of C8051F020. The relevant display software is presented. The design of keystroke system and the debouncing way are introduced in detail. Meanwhile，the problem of mixture display of Chinese characters and ASCII were effectively solved. This system has implemented the multi?menu with reasonable display effects，which provided reference to the front?end designs of various portable systems.

Keywords： LCM； keystroke system； electrolyte analyzer； C8051F020

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環節。LCM可以用于智能儀器上的顯示設定參數、狀態提示符、檢測結果和待輸入參數等功能。本文結合電解質分析儀的設計要求，采用深圳市燁新達實業有限公司生產的YXD?12864A2LCM，研究并實現了以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，從而達到方便用戶使用的目的。

1 電解質分析儀簡介

本系統所設計的電解質分析儀（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為核心芯片進行設計，在測量室內由化學傳感器采集電解質的電位信號傳送給信號調理電路，經過信號調節后送給主電路板進行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界面操作可以幫助用戶完成病人信息的查詢、存儲、儀器工作情況的實時檢測等功能。

圖1 電解質分析儀結構方框圖

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，用來顯示參數設置、測量結果、定標、質控等的情況。界面顯示與參數設定及翻頁等功能通過按鍵的控制來實現。

2 YXD?12864A2LCM

2.1 模塊介紹

YXD?12864A2LCM[1]是由深圳市燁新達實業有限公司生產的，是一種圖形點陣液晶顯示模塊，它主要由行驅動器、列驅動器及128×64全點陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示，也可以顯示4×8個（16×16點陣）漢字。YXD?12864A2模塊共有20個引腳。其中，第1腳VSS接系統地；第2腳VDD接電源電壓；第3腳V0接液晶顯示器驅動電源；第4腳D/I接數據指令選擇信號；第5腳R/W接讀寫選擇信號；第6腳接讀寫使能信號，E為高時，數據被讀出，而在E的下降沿到來時，數據被鎖存到DB0～DB7；第7～14腳接三態數據總線；第15、16腳接片選信號；第17腳[RST]接復位信號；第18腳Vout接內部負壓發生器輸出電壓端；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[RST]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、讀寫引腳R/W；P2.2、P2.3分別接片選信號左或者右，對顯示進行定位。

圖2 LCM接口電路圖

圖2的電路圖中，[R28]和[R41]為上拉電阻，因為它每個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5 V輸入的LCM，就要將每個端口通過一個上拉電阻接到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。

圖3 接口電路原理圖

2.3 軟件設計

顯示字符：從屏幕指定的位置開始顯示指定的字符串。此LCM是128×64位的液晶顯示屏，每個字符所占用的點陣是8×8。顯示位置由兩個坐標參數據決定，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：

；entrancd： C（left， right）， R4（X）， R5（Y）， DPTR， R6（length）

data_to_lcd：

SETB CS1_LCD

CLR CS2_LCD

JNC data_to_lcd2

CLR CS1_LCD

SETBCS2_LCD

data_to_lcd2：

MOV A，R4

LCALL display_X_line

MOV A，R5

LCALL display_Y_line

MOV A，R6

MOV R7，A

LCALL write_LCD_bytes

MOV A，R4

INC A

LCALL display_X_line

MOV A，R5

LCALL display_Y_line

MOV A，R6

MOV R7，A

INC DPTR

LCALL write_LCD_bytes

CLR CS2_LCD

CLR CS1_LCD

RET

SETBC ；片選的設定

MOVR4，#04H ；位置行號

MOV R5，#08H ；位置列號

MOV DPTR，#K ；字符內容

MOV R6，#08 ；定義字符的長度

LCALL data_to_lcd ；調用輸出字符的子程序

漢字的顯示與字符類似，只是漢字所占的點陣為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入，把漢字的字模作為數據寫入，連續寫入多個漢字可用查表法。

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[2?5]。

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

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

本儀器共定義了8個按鍵，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個按鍵，除“復位”鍵（其按下后直接復位）不通過鍵盤信息處理程序處理外，其余的7個鍵的按下處理均由鍵盤信息處理程序在主循環程序中完成。對于獨立式按鍵，CPU可以通過直接讀取I/O口的狀態來獲取按鍵的直接狀態編碼值，根據這個值可直接進行按鍵識別。每個鍵的編碼值如表1所示。

表1 編碼值

[編號＼K0＼K1＼K2＼K3＼K4＼K5＼K6＼K7＼編碼值＼FEH＼FCH＼FBH＼F7H＼EFH＼DFH＼BFH＼7FH＼]

按鍵的具體定義如下：

（1）“↑（上）”、“↓（下）”、“←（左）”、“→（右）”：移動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[2]。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，便向CPU申請中斷，CPU響應中斷后，在中斷服務程序中進行鍵盤掃描、查鍵值與處理等工作。而編程控制方式是指在一個工作周期內，利用完成其他任務的空余時間，調用按鍵掃描子程序。經程序查詢，若無鍵操作，則返回；若有鍵操作，則進而判斷是哪個鍵，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。

圖4 中斷法控制流程圖

本儀器采用的按鍵的開關為機械彈性開關。從按鍵按下到接觸穩定要經過數毫秒的抖動時間，松開時也有這樣的問題。抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5～10 ms。這樣就會引起一次按鍵多次讀取，對于抖動問題可以采用軟件方法?？梢酝ㄟ^延時去抖動的方法避免，即檢測出按鍵閉合后執行一個延時程序產生20 ms的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態，如果仍保持閉合狀態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，待后沿抖動消失后才能轉入該鍵的處理程序。

4 結 語

利用YXD?12864A2圖形液晶顯示模塊設計電極質分析儀的顯示界面，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，編程簡單的多；而且C8051F020有8個8位I/O端口、64個數字I/O引腳，非常豐富，所以也不用考慮引腳不夠的問題。通過添加按鍵系統，使顯示的內容可以由用戶來操作，非常方便。

參考文獻

[1] 深圳市燁新達實業有限公司.圖形點陣液晶顯示模組使用手冊YXD?12864A2[Z].深圳：深圳市燁新達實業有限公司，2005.

[2] 孫宏軍，張濤，王超.智能儀器儀表[M].北京：清華大學出版社，2007.

[3] 劉建峰.基于DSP的電力參數測試儀的研制[D].南京：河海大學，2007.

[4] 方彥軍，孫健.智能儀器儀表技術及其應用[M].北京：化學工業出版社，2004.

[5] 李強.鍵盤接口編程技術[J].電子世界，2003（10）：34?35.

[6] 趙暉，蒲元培，黃文奇，等.簡易發光二極管測試儀的設計研究[J].現代電子技術，2012，35（21）：164?166.

作者簡介：武建衛 女，1980年出生，山東德州人，講師，碩士研究生。研究方向為儀器儀表的研究與智能控制技術。

張海紅 女，1971年出生，河北秦皇島人，碩士，講師，工程師。主要研究方向是智能控制、PLC。