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基于单片机控制的液晶显示原理与设计基于单片机控制的液晶显示系统是一种广泛应用在智能仪表、工业控制和消费电子产品中的显示技术。该系统以单片机为核心控制器，通过软件编程控制液晶显示屏（LCD）的显示内容与方式，实现字符、数字、图形甚至简单动画的呈现。
液晶显示模块通常采用字符型（如1602LCD）或点阵型（如12864LCD）液晶屏，其工作原理是通过控制液晶分子的排列状态来调节光线透过率，从而实现明暗对比和图像显示。单片机通过并行或串行接口（如I²C、SPI）与液晶模块通信，发送命令和数据以设置显示参数和刷新内容。
在设计中，首先需要根据液晶模块的接口协议编写相应的驱动程序，包括初始化设置、清屏、光标定位、字符写入等功能函数。其次，结合具体应用需求，设计显示界面，如菜单、状态信息、传感器数据等。单片机还可以通过按键或外部传感器获取输入信号，实现人机交互功能。
该系统具有结构简单、成本低廉、功耗低、可定制性强等优点，广泛应用于温度显示、电子钟、智能家电、工业监控等领域。通过合理设计软硬件，可以实现稳定、高效的显示控制，提升设备的智能化和可视化水平。
在智能控制系统中越来越多地使用了液晶显示屏 LCD，LCD是一种介于液体和固体之间热力学的中间稳定 相，它本身不会发光tsdjsxh 01—2022 建设工程施工现场配电箱，是利用外部光的反射原理进行显 示。液晶显示功耗小，字形美观，在系统中可用集成电池 来供电④。
体中文字库的点阵图形液晶显示控制模块，其控制的显示 分辨率可达128x64。模块内带有中文字型库CGROM，该 字库中含有8192个16×16点阵的中文字符，可利用代码 简单方便地显示汉字；半宽字型库HCCROM提供了128 个16x8点阵的ASCII字符，便于英文和其他常用字符显 示；64x16点阵的造字空间CGRAM，用户可以根据需要 构造生僻字；64×256点阵的绘图区域GDRAM，可以方便 构造图形，与文字混合显示。 显示模块与单片机、DSP等微控器的接口界面灵活， 有并行、串行两种连接模式，其中并行模式又有8位/4位 两种接法，串行模式又分3线/2线两种接法。
能信号Enable1（E1）、Enable2（E2）加以控制，两芯片 共用Register（RS）、R/W和数据传输线，在同一时刻， 芯片的使能端E1、E2只能有一个为下降沿触发有效。当 使能信号有效时，RS、R/W和数据传输线就只与使能的 芯片相连，从而实现资源的分时使用，占用较小的资源开 销。在使能信号到达的情况下，RS、R/W和数据传输线 的逻辑关系如表1所示。
目前测控仪表系统中大多采用单片机为主控器件，由 于AT89S51型单片机价格低、处理能力强，在数据采集、 工程应用等很多领域得到了广泛应用。本设计中采用 AT89S51作为系统的控制芯片，外扩存储器选用2864。为 了扩充单片机的控制功能，采用可编程控制芯片 GAL16V8。系统电路框图如图1所示。
AT89S51共有4个8位的并行I/0端口：P0、P1、 P2、P3口，芯片内包含4kB的ROM，程序存储器的寻址 空间为64kB3] 单片机对液晶模块的控制分为直接控制方式和间接控 制方式[68。直接控制方式是把液晶模块作为存储器接在 单片机的数据线、地址线和控制线上，同时把它的数据总 线接在单片机的PO口上，读/写操作由单片机的读写操作 信号控制，以访问存储器的方式访问液晶模块；间接控制 方式则不使用单片机的数据系统，而是利用它的1O口来 实现与液晶模块的联系，其时序完全靠软件编程实现，不 占用CPU的存储器空间，接口电路与单片机时序无关。本
机电工程技术2008年第37卷第10期
次设计在GAL芯片的扩展下，单片机和液晶模块、外扩有 储器以直接控制的方式相连接。 可编程控制器芯片GALI6V8对单片机的控制功能进行 扩充，产生外扩存储器、模块芯片选择、指令（数据）寄 存器、读写信号等使能信号，协调单片机对外扩存储器和 液晶模块的控制。该芯片编程容易，可以随时方便地修改 其逻辑关系，在一定程度上提高了开发的通用性 GALl6V8连线如图2所示。 GAL控制逻辑协议为E2864=A15+A14+A13为外扩存 储器2864的使能信号，使能信号E1=!A14+A12、使能信 号E2=!A14+!A12，指令（数据）寄存器的片选信号为 RS=!A15，读写信号为R/W端直接连接单片机的P3.2端。
图2 GAL16V8连线图
在可编程逻辑器件把单片机控制功能扩展的协调下， 把液品模块和外扩存储器挂接在单片机的数据总线和地址 总线上直接访问，这种连接方式使得程序代码执行效率较 高，系统响应迅速；单片机的P1口用来采集外部需要显 示的数据信信息。具体接口电路图如图3所示。 为了方便监测、调试和远程通信，利用单片机的串行 口，采用RS232标准实现与计算机通信，经过可视化编程 形成虚拟仪器，方便对系统进行监控，
接口软件设计主要包括单片机AT89S51初始化、液晶 控制器ST7920初始化、数据采集通讯、字符或汉字的显 示等。从系统的快速性考虑，选用汇编语言进行软件模块 的设计实现。这里通过液晶显示屏的初始化以及如何显示 文本来具体说明单片机控制液晶显示屏的软件设计。
单片机要控制液晶显示屏系统运行，首先应将系统接 通电源，系统自动复位。复位后进行单片机系统初始化、 液晶初始化。在初始化完毕后，系统采集需要显示的相应 参数，通过控制器发出的指令调用相关函数，完成相应的 显示功能。其软件流程图如图4所示。
4.2系统及液晶初始化
系统初始化禁止所有可屏蔽中断，并关总中断，在
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行关键设置时不允许发生中断，以免产生干扰，还包括变 量、专用寄存器的初始化和定时器赋初值等。 液晶模块初始化就是对液晶模块的各项参数进行设 置，如输人方式、显示开关控制、数据接口位数、光标的 位置以及显示方式等。
如果液晶显示屏正常工作，便可写命令到LCD。 本系统中的单片机主频为11.059MHz，相对而言，液 晶属于慢速的外设，所以在读写程序中应该插人一些延时 等待。值得注意的是，当ST7920在接受指令前，单片机 必须先确认ST7920内部处于非忙碌状态，即读取BF标志
图5液晶模块初始化流程图
CLR P3.2 （读写控制信号，低电平写信号） MOV P2， #OEFH； （E1产生低电平，形成下降沿，E1片使能写人功能设
CLR P3.2 （读写控制信号，低电平写信号） MOV P2， #OEFH；
1产生低电平，形成下降沿，E1片使能写人功能设
4.4液晶显示程序设计
单片机对LCD显示的控制主要是把字符或字母在字库 中的地址码写人到控制LCD显示的DDRAM中，字库中 ASCII的地址码是8位，中文字符的地址码是16位[10]。 显示半宽字型的字母、数字ASCII时，直接将8位的 地址码写人到DDRAM即可，范围为00H~07FH的编码； 显示16x16中文字型时，也是先向指令寄存器写功能设 置，将16位的地址码写人到DDRAM中，在写人地址码
时，先写高八位，再写低八位，并且是连续输人。每个 16x16字符起首地址应该放在DDRAM中半宽数字符的偶 数倍位置处，否则显示会产生错误。所以，在半宽字型和 中文字型混合显示的时候，如果遇到在奇数个半宽地址显 示中文字符的情况，通常是用占半宽字节的空格来跳过。 下面以在液晶屏幕中显示“直流电压”为例给出显示 程序，字符在字库中的地址以查表的形式读取。
MOV A， #90H （光标转至第二行首列，置DDRAM地址） MOV PO, A MOV P2， #OAFH CLR P3.2
MOV A， #90H （光标转至第二行首列q／gdw 12189-2021 调控云平台安全防护技术规范，置DDRAM地址） MOV PO, A MOV P2， #OAFH CLR P3.2
MOV A， #90H （光标转至第二行首列，置DDRAM地址） MOV PO, A MOV P2， #OAFH CLR P3.2
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TAB2A:DB0D6H,0B1H，0C1H,0F7H，0B5H, OE7H，0D1H，0B9H； 由于篇幅，这里对自定义字符、绘制图形、计算机通 信、虚拟仪器开发以及外部存储器的扩展等就不再讨论。
本文对基于单片机和S17920液晶显示模块的实现方 法进行了探讨，设计了硬件电路和软件对显示控制模块 ST7920进行了有效的控制，所应用程序均在AT89S51系 列的软件编译环境下调试通过。该显示方法已经在某工业 测控系统上得到成功验证。 该液晶显示屏不仅能够正常显示连续的汉字、字符， 而且能读取GDRAM内容实现图形及曲线的显示等，人机 接口更友好，绘图显示更加流畅。与同类型的其他图形点 阵液晶显示模块相比，其硬件电路结构简单、控制方式灵 活、对于其他型号的接口芯片也有参考价值。 通过对计算机通信设计、虚拟仪器的开发以及外部存 储器的扩展，非常方便地形成主从机的多机通信监控系 统。因此，本文所研究的液晶显示模块的硬件接口和软件 设计在测控系统的液晶显示中有很高的实用价值。
如图4所示为中点电压波形，可以看出，能够实现对 中点电压的有效控制，中点电压在很小的范围内波动。
在理论分析和仿真的基础上，还进行了实验研究， 实验系统由一台绕线式异步电动机（2对极，额定功率 100W，额定电压220V，额定电流0.55A，额定转速
1442r/min）和一台它励直流发电机（额定功率185W， 额定电压220V，额定电流1.1A）组成，实验系统框图如 图5所示。 实验测试波形是在控制周期为100us、直流母线电压 为150V的基础上测得的。在控制过程中，利用直接转矩 控制产生的磁链与转矩的控制信号以及中点电压控制信 号，查询事先编好的开关状态表，然后更新DSP比较寄存 器的值，实现电机的控制。 在测量过程中，将示波器探头1的地线接两个电容的 中点，正端接直流母线的正端，探头2的正端接直流母线 的负端。得到的电容电压波形图如图6所示，可以看出， 在整个运行过程中，两个电容电压基本相同高速公路绿化建设施工组织设计，没有出现失 衡的情况，这是加人了中点电压控制的结果，同时也是保 证二极管位三电平逆变器能够可靠运行的一个重要前 提。