图形液晶显示器和单片机接口应用技术

      摘 要：本文介绍常用的两种液晶显示器（不带汉字库及自带汉字库）的显示基本原理和使用方法，对比了并行方式和串行方式的优缺点，给出了接口电路图、串行时序图和相应的源程序。
关键词：液晶显示器；串口；并口；时序；存储器
1．引言
      液晶显示器（LCD）具有显示信息丰富、功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其他显示器无法比拟的优点，近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。LCD可分为段位式LCD、字符式LCD和点阵式LCD。其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和数字的简单显示，不能满足图形曲线和汉字显示的要求；而点阵式LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动、动画、分区开窗口、反转、闪烁等功能，用途十分广泛。本文介绍点阵式液晶显示器HS12232-1、HS12232-9与单片机的接口及编程的方法，同时给出两种显示器常用的字符显示和汉字显示程序。
2．不带汉字库的HS12232-1下的汉字显示
2.1 显示原理
      利用PC上的16×16点阵汉字库，提取后将点阵文件存入ROM，直接利用PC中汉字内码作为单片机系统的编码（不再形成新的汉字编码）。

2.2 硬件组成
      首先要采用点阵图形液晶显示器。（例如一行为240点，总列数为128点，可以容纳16×16点阵的汉字15个[因为240/16=15]，128列可以显示8行[因为128/16=8]），广州市千喜科技开发有限公司的HS12232-1内置SED1520驱动控制器的点阵为122×32点，每行7个半汉字，共2行。如果要扩展存储器，全部国标16×16点阵汉字、8×16点阵的ASCII码点阵数据及汉字语句编码数据要使用1片512KB的存储器来存储，多出部分可以留作数据存储器。本文只探讨液晶显示器与单片机的接口部分，扩展存储器部分略。下面给出HS-12232-1与单片机8031的一种接口，如图1所示（VDD=+5V）。
2.3 汉字显示原理
      国家标准信息交换用汉字字符集GB 2312-80共收录了汉字、图形符号等共7445个，其中汉字6763个，按照汉字使用的频度分为两级，其中汉字3755个，二级汉字3008个。汉字、图形符号根据其位置将其分为94个“区”，每个区包含94个汉字字符，每个汉字字符又称为“位”。其中“区”的序号由01区至94区，“位”的序号也由01位至94位。若以横向表示“位”号，纵向表示“区” 号，则“区”和“位”构成一个二维坐标。给定一个“区”值和“位”值就可以确定一个惟一的汉字或图形符号。即4位阿拉伯数字就可以惟一地确定一个汉字或符号。如“北”字的区位码是“1717”，而京字的区位码是“3009”。前两位是“区”号，后两位是“位”号。其中1至15区是各种图形符号、制表符和一些主要国家的语言字母，16区至87区是汉字，其中16区至55区是汉字，56至87区是二级汉字。
UCDOS软件中的文件HZK16和文件ASC16分别为16×16的国际汉字点阵文件和8×16的ASCII码点阵文件，HZK16中按汉字区位码从小到大依次存放国标区位码表中的所有汉字，每个汉字占用32字节，每个区为94个汉字。而asc16文件中按ascii码从小到大依次存有8×16的ASCII码点阵，每个ASCII码占用16字节。
      PC的文本文件中，汉字是用机内码的形式存储的，每个汉字占2字节，其中个字节为机内码的区码，汉字机内码的区码范围是从0A1H（十六进制）开始，对应区位码中区码的区；而机内码的第二个字节为机内码的位码，范围也是从0A1H（十六进制）开始，对应某区中的个位码。就是说将汉字机内码减去0A0AH就得到该汉字的区位码。例如汉字“北”的机内码是十六进制的“B1B1”，其中前两位“B1”表示机内码的区码，后两位“B1”表示机内码的位码。所以“北”的区位码为0B1B1H－0A0A0H=1111H，将区码和位码分别转换为十进制，得汉字“北”的区位码为“1717”。即“北”的点阵位于第17区的第17个字的位置，在文件HZK16中的位置为第32×[（17-1）×94+（17－1）]=48640D以后的32个字节为“北”的显示点阵。用RF-1800编程器读入二进制文件hzk16j.bin后利用其编辑功能中的缓冲区编辑查找到BE00 H （48640D是十进制，将其转变为十六进制后得BE00 H）开始的32个字节：04 80 04 80 04 88 04 98 04 A0 7C C0 04 80 04 80 04 80 04 80 04 80 04 80 1C 82 E4 82 44 7E 00 00（以上全为下十六进制），将其写在16×16点阵方格纸上，即得图2。由此可以理解其相互逻辑关系。

       在单片机系统中，连续取32个字节送到LCD的相应位置，就能正确显示汉字后的图形符号。从HS-12232-1使用的SED1520的控制原理得知，字模送显示前要旋转90°，例如“逢”的区位码是3778，在HZK16中的位置为第32*[（37－1）*94+（78－1）]=110752D以后的32个字节：04 44 FF FE 05 40 41 F8 33 10 14 E0 01 18 F6 46 1B F8 10 40 13 F8 10 40 17 FC 10 40 28 46 47 FC , 旋转90°后上16个字节：82 8A 92 B2 02 A7 92 5E 2A AF 2A 5A 4A 83 82 00，下16个字节；00 80 40 3F 04 90 95 95 95 FF 95 95 95 D0 40 00。
2.4 ASCII码的显示原理
       ASCII码的显示与汉字的显示基本原理相同，在ASC16文件中不存在机内码的问题，其显示点阵直接按ASCII码从小到大依次排列，不过每个ASCII码在文本文件中只占1个字节并且小于80 H, 每个ASCII码为8×16点阵，即在ASCII16文件中，每个ASCII码的点阵也只占16个字节。
3．带汉字库的HS12232-9下的汉字显示
       广州市千喜科技开发有限公司阵的HS12232-9内置ST7920A驱动控制器，点阵为122×32点，每行7个半汉字，共2行。内部字型ROM 包括8192个16×16点阵的中文字型和126个16×8点阵的字母符号字型，另外还提供一个64×256点的绘图区域（GDRAM）及240点的ICON RAM，可以和文字画面混合显示。内含的CGRAM有4组可编程的1616点阵的造字功能。与单片机的接口有8位并行、4位并行、2/3线串行。它采用低功率电源消耗，电压范围2.7～5.5V，功能齐全，汉字、点阵图形、ASCII码、曲线同屏显示；上下左右移动当前显示屏幕、清屏、光标显示、闪烁、睡眠、唤醒、关闭显示功能齐备，适合许多场合应用。上面使用了并行方式，现在研究串行方式。
3.1 串行时序与硬件接口电路
       HS12232-9与单片机的串行接口时序如图3所示，即24个时钟脉冲传送一个字节。单片机首先发送数据传输起始位5个“1”，HS12232-9收到连续的5个“1”，内部传输被重置，同时串行传输被同步，紧接着RW位用于决定数据的传输方向（读还是写），RS用来选择是内部数据寄存器还是指令寄存器，第8位固定为“0”。收到起始位、RW、RS、“0”组成的个字节后，一个字节的数据或指令被分成两个字节来串行传送或接收。数据或指令的高4位被放在第二个字节串行数据的高4位，低4位补4个“0”，数据或指令的低4位被放在第三个字节串行数据的高4位，低4位补4个“0”，这样完成一个字节或数据的传送。HS12232-9内部没有发送/接收缓冲区，传送节奏要注意，否则要丢指令或数据。

       PIC16C5X单片机与HS12232-9接口电路如图4所示，只占用RA0、RA1两根I/O口，或者用16f877的RD6、RD7两根I/O口，RS（CS）引脚是片选，只有一片时固定接高电平使片选始终有效，SID引脚作数据线，SCLK引脚作时钟线。单片机通过SID数据线在SCLK同步时钟线配合下完成数据（指令）传输的任务。接口电路十分简单。