二、LCD显示器
液晶显示器（LCD）是一种功耗极低的显示器件，广泛应用于便携式电子产品中，它不仅省电，而且能够显示大量的信息，如文字、曲线、图形等，其显示界面较LED显示器有质的提高。近年来液晶显示技术发展很快，LCD显示器已经成为主流显示设备。
（一）LCD显示器
LCD显示器由于类型、用途不同，其性能、结构也不尽相同，但其基本形态和结构却是大同小异。
1.LCD显示器的结构
液晶显示器的结构如图7-13所示。所有液晶显示器件都可以认为是将液晶置于两片电极基板（上电极基板和下电极基板）之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲向列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功能，在电源开关之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像。在两个玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向膜沟槽配向偏离90°，所以液晶分子成为扭转型，当电极基板没有加入电场时，光线透过偏光片跟着液晶作90°扭转，通过下偏振片，液晶面板显示白色；当电极基板加入电场时，液晶分子产生配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下偏振片遮蔽，光线被吸收无法透出，液晶面板显示黑色。液晶显示器便是根据电压有无，使面板达到显示效果。
图7-13 液晶显示器结构图
2.LCD显示器的特点
液晶显示器主要有以下显著特点：
（1）低压微功耗：工作电压只有3～5V，工作电流只有几个μA/cm2，因此它成为大多数便携式和手持仪器仪表的显示屏幕。
（2）平板型结构：LCD显示器内由两片平行玻璃组成的夹层盒，面积可大可小，且适合于大批量生产，安装时占用体积小，因此可减小设备体积。
（3）被动显示：液晶本身不发光，而是靠调制外界光进行显示，因此适合人的视觉习惯，不会使人眼睛疲劳。
（4）显示信息量大：LCD显示器的像素可以做得很小，相同面积上可容纳更多信息。
（5）易于彩色化。
（6）没有电磁辐射：不产生电磁辐射，对环境无污染，有利于人体健康。
（7）寿命长：LCD器件本身无老化问题，寿命极长。
（二）液晶显示模块LCM（Liquid Crystal Display Module）
液晶显示器件是一种高新技术的基础元器件，虽然其应用已很广泛，但对很多人来说，使用、装配时仍感到困难。特别是点阵型液晶显示器件，使用者更是感到无从下手。特殊的连接方式和所需的专用设备并不是人人都了解，所以用户希望有这样的一个模块将液晶显示器件与控制、驱动集成电路安装在一起，形成一个功能部件。液晶显示模块LCM就是将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的商品化部件，它一般带有内部显示RAM和字符发生器，只要输入ASCII码就可以进行显示。
现在市面上供开发使用的常为液晶显示模块LCM。在实际应用中，用户很少直接设计LCD显示器驱动接口，一般是直接使用专用的LCD显示驱动器和LCD显示模块LCM。
常用的LCM有以下几种。
（1）笔段型液晶模块。它只能显示数字和一些标识符号，大多应用在便携、袖珍设备上。由于这些设备体积小，所以尽可能不将显示部分设计成单独的显示组件。
（2）点阵字符液晶模块。它是由若干个5×7、5×8或5×11点阵块组成的字符块集，每一个字符块是一个字符位，每一位都可以显示一个字符，字符位之间空有一个点距的间隔起着字符间距和行距的作用；可显示字母、数字和符号，但显示不了图形，所以称其为字符型液晶显示模块。
（3）点阵图形液晶模块。它也是点阵模块的一种，其特点是点阵像素连续排列，行和列在排布中均没有空隔。因此可以显示连续、完整的图像。这类液晶显示器可广泛用于图形显示如游戏机、笔记本电脑和彩色电视等设备中。
（三）89C51与字符型液晶显示模块的接口
字符型液晶显示模块比较通用，而且接口格式也比较统一，其主要原因是各制造商所采用的模块控制器大都是HD44780U及其兼容品，它的操作指令及其形成的模块接口信号定义都是兼容的。所以，只要会使用一种字符型液晶显示模块，就会通晓所有的字符型液晶显示模块。
液晶显示模块由控制器、驱动器和接口三部分组成，如图7-14所示。
图7-14 LCM内部组成结构
控制器是LCM的核心，它由时序发生器电路、地址指针计数器AC、光标闪烁控制电路、字符发生器、显示存储器和复位电路组成。其功能是产生LCM内部的工作时钟，控制各功能电路的工作，包括全部功能逻辑电路工作状态的控制、字符发生器CGROM（存放192个5×7的点阵字符，只读不写）和CGRAM（存储特殊造型的造型码）的管理、存储器DDRAM（存放要LCD显示的数据）的显示等。
LCM的驱动器具有液晶显示驱动能力和扩展驱动能力，由并/串数据转换电路、16路行驱动器和16位移位寄存器、40路列驱动器和40位锁存器、40位移位寄存器和液晶显示驱动信号输出和液晶显示驱动偏压等组成。
LCM的接口是LCM与计算机的接口，由I/O缓冲器、指令寄存器和译码器、数据寄存器、“忙”标志BF触发器等组成。
HD44780设有11条指令，用户对模块写入适当的控制命令，即可完成清屏、显示、地址设置等操作。例如，向显示模块的口地址中写入#01H即可实现清显示器功能。指令见表7-3。
表7-3 HD44780指令表
单片机与字符型LCD显示模块的连接方法分为直接访问和间接访问两种，数据传输的形式可分为8位和4位两种。
1.直接访问方式
直接访问方式是把字符型液晶显示模块作为存储器或I/O接口设备直接连到单片机总线上。图7-15给出了89C51以存储器访问方式与HD44780的接口电路。图中，数据端DB0～DB7直接与单片机的数据线相连，寄存器选择端RS信号和读写选择端
信号利用单片机的地址线控制。使能端E信号由
信号逻辑与非后产生，然后与高位地址线组成_的“片选”信号选通控制。高3位地址线经译码输出打开了E信号的控制门，接着
控制信号和P0口进行数据传输，实现对字符型LCD显示模块的每一次访问。
图7-15 直接控制方式下89C51与字符型液晶显示模块的接口
单片机对字符型LCD显示模块的操作是通过软件实现的。编程时要求单片机每一次访问都要先对“忙”标志BF进行识别，当BF为0时，即HD44780允许单片机访问时，再进行下一步操作。
在图7-15的电路下产生操作字符型液晶显示模块的各驱动子程序如下。
（1）读BF和AC值子程序。
（2）写指令代码子程序。
（3）写显示数据子程序。
（4）读显示数据子程序。
（5）初始化子程序。
2.间接访问方式
间接控制方式是计算机把字符型液晶显示模块作为终端与计算机的并行接口连接，计算机通过对该并行接口的间接操作，实现对字符型液晶显示模块的控制。图7-16是89C51单片机与DM-162液晶显示模块连接的实用接口电路。图中电位器为V0口提供可调的驱动电压，用以实现显示对比度的调节；DM-162的DB0～DB7与89C51的P1.0～P1.7相连，E端、
端和RS端分别与单片机的P3.2、P3.1和P3.0引脚相连。
图7-16 间接控制方式下89C51与字符型液晶显示模块的接口
在写操作时，使能信号E的下降沿有效，所以在软件设置顺序上，先设置RS，
状态，再设置数据，然后产生E信号的脉冲，最后复位RS和
状态。在读操作时，使能信号E的高电平有效，所以在软件设置顺序上，先设置RS和
状态，再设置E信号为高，这时从数据口读取数据，然后将E信号置低，最后复位RS和
状态。间接控制方式通过软件执行产生操作时序，所以在时间上是足够满足要求的。因此，间接控制方式能够实现高速计算机与字符型液晶显示模块的连接。
程序设计主要包括三个操作：
（1）功能设置，即设计写命令子程序，主要是LCD初始化，如写清屏命令字、写DDRAM光标定位地址命令字等。
（2）显示数据，即设计写数据子程序。
（3）读入状态字，即设计读状态子程序。
由于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。显示字符时，首先应输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，然后再待显示字符的字符代码（ASCII码）。由于写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1，因此，实际写入的地址是跟显示器的地址有差别的。如第二行显示第一个字符的地址是40H（01000000B），而实际写入的地址数据应该是C0 H（11000000B）。
以下是在如图7-16所示的TM-162液晶模块的第二行第一个字符的位置显示字母“A”的程序：
说明：程序在开始时对液晶模块功能进行了初始化设置，约定了显示格式。注意显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预，每次输入指令都先调用判断液晶模块是否忙的子程序DELAY，然后输入显示位置的地址0C0H，最后输入要显示的字符A的代码41H。
（四）图形液晶显示模块及其接口
图形液晶显示器可显示汉字及复杂图形，广泛应用于游戏机、笔记本电脑和彩色电视等设备中。常用的图形液晶显示控制器有SED1520，HD61202，T6963C，HD61830A/B，SED1330/1335/1336/E1330，MSM6255，CLGD6245等。各类液晶显示控制器的结构各异，指令系统也不同，但其控制过程基本相同。
在中规模图形式液晶显示模块中，内置T6963C控制器的液晶显示模块是目前较为常用的一种。该液晶显示模块由液晶显示控制器T6963C及其周边电路、行驱动器T6A40组、列驱动器T6A39组、液晶驱动偏压电路、显示存储器以及液晶屏组成，对外仅是一个20芯的双列扁平电缆接口。对于使用内置T6963C控制器的液晶显示模块的用户而言，用户无需了解T6963C对液晶屏的显示驱动、点阵扫描、显示存储器管理等操作，这一切都由T6963C自动进行。用户需要了解的是T6963C各种数据/指令格式、显示存储器的区间划分和接口引脚的功能定义。
1.内置T6963C控制器的液晶显示模块的结构
（1）内部结构框图。内置T6963C的液晶显示模块已具备T6963C与行、列驱动器及显示缓冲区RAM的接口，数据传输方式、显示窗口长度、宽度等也可用硬件进行设置。图7-17是内置T6963C的单屏点阵图形液晶显示模块结构。
图7-17 内置T6963C的点阵图形液晶显示模块原理图
（2）引脚说明。T6963C的QFP封装共有67个引脚，以下只列出T6963C与MPU（Micro Processor Unit，微处理器单元）接口的引脚。
1）D0～D7：T6963C与MPU接口的数据总线。
2）
读、写选通信号，低电平有效。
3）
T6963C的片选信号，低电平有效。
4）C/D：通道选择信号，“1”为指令通道，“0”为数据通道。
5）RESET：RESET为低电平有效的复位信号，它将行、列计数器和显示寄存器清零，关显示。
6）
具有RESET的基本功能，还可中止内部时钟振荡器的工作。
2.控制指令
（1）T6963C的状态字。内置T6963C的液晶显示模块的初始化设置一般由管脚设置完成，所以初始化时，由软件编写的指令主要集中在显示功能的设置上。每次操作之前最好先进行状态字检测。T6963C的状态字如图7-18所示（STA7是最高位、STA0是最低位）。
图7-18 T6963C的状态字
这7个标志位各有各的应用场合，并非同时都有效。在计算机写命令或一次读/写数据时，STA0和STA1要同时有效，即“准备好”状态；当MPU使用自动读/写功能时，STA2、STA3将取代STA0、STA1作为“忙”标志位，此时MPU就要判别它是否有效；STA6标志是考察T6963C屏读或屏拷贝指令执行情况的标志位；STA5和STA7表示控制器内部运行状态，在T6963C的应用上一般不会使用它们。因此，在对T6963C进行每次操作之前都要进行“忙”判断，只有在状态标志指示为不“忙”时，计算机对T6963C的操作才有效。
（2）T6963C的指令集。T6963C模块的控制命令可带一个或两个参数，或无参数。每条命令的执行都是先送入参数（如果有的话），再送入命令代码。对T6963C模块的控制命令共有10条，其格式见表7-4。
表7-4 T6963C控制命令指令集
其中N3、N2、N1、N0等为不同的二进制位，根据它们的不同组合，T6963C模块的控制功能可以更加丰富。
3.T6963C与单片机的接口
T6963C与单片机的接口电路如图7-19所示。89C51数据口P0口直接与液晶显示模块的数据口连接，由于T6963C接口适用于8080系列和Z80系列_MPU，所以可以直接用89C51的
作为液晶显示模块的读、写控制信号，液晶显示模块RESET接RC复位电路。
信号可由地址线译码产生。C/D信号由89C51地址线A8（P2.0）提供，A8=1为指令口地址；A8=0为数据口地址。
图7-19 89C51与T6963C的接口电路
各驱动子程序如下：
（1）读状态字子程序。
由此程序派生出判断有关标志位的子程序。
1）判状态位STA1，STA0子程序（读写指令和读写数据状态），在写指令的读、写数据之前这两个标志位必须同时为“1”。
2）判状态位STA2子程序（数据自动读状态），该位在数据自动读操作过程中取代STA0和STA1有效。在连续读过程中每读一次之前都要确认STA2=1。
3）判状态位STA3子程序（数据自动写状态）。
4）判状态位STA6子程序（屏读/屏复制状态）。
（2）写指令和写数据子程序。
此程序是通用程序，当写入单参数指令时，应把参数或数据送入DAT2内，其子程序入口为PR11。无参数指令写入子程序入口为PR12。
（3）读数据子程序。
