基于单片机的LCD显示终端设计方案研究

摘要：本文设计了一种基于AT89C52单片机的LCD显示终端，该终端可被应用于工业控制现场以接受远程控制端的控制信息并显示。现场操作人员可以根据显示内容了解当前工作状态或者确定下一步工作。

关键词：AT89C52；LCD显示终端；工业控制现场

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 02-0007-02

随着工业应用环境的变化，在工业生产中应用LCD显示技术得到了广泛的关注。通过LCD显示终端，可以将远程指令进行编码转换，以汉字或者ASCII码的方式显示出来。该系统的实现需要综合利用单片机控制系统以及相关连接器件或者芯片来完成。

一、LCD显示终端的功能分析

为满足工业控制和应用中的需求，通常LCD显示终端需要具有如下几个功能。

（1）LCD终端可以与控制部分组成一个完整系统，控制部分主要通过单片机实现。LCD终端与控制系统通过RS-485芯片实现与远程控制主机的通信与指令接收发送。为保证工业使用需求，显示模块可采用单色可显示汉字屏。

（2）LCD终端应该具有对1，2级汉字字库和任意ASCII码的显示功能，为满足该需求，终端应该具有外接图形点阵信息存储芯片。

（3）LCD终端应该具有缓冲区，以便于对远程控制指令进行及时有效的更新和执行。同时，远程指令存在不确定性，设置缓冲区可以有效预防大量信息同时涌入时所带来的影响。

（4）为有效应对多指令同时执行需求或者分模块控制功能，可以再终端的设计方案中引入多任务处理机制，此功能还可以很好的解决多模块的独立开发与调试需求。

二、LCD显示终端的硬件设计

按照设计需求，显示终端的硬件结构图如下：

其中，核心部件为单片机，本系统采用AT89C52单片机，该型号单片机内置了8KB的ROM空间、256B的RAM空间，基本可以满足功能需求。

对于译码器部分的硬件选择为GAL16V8D，该逻辑编程器件可以在RTX51实时操作系统中工作，对地址进行译码。

工业应用中的信息显示相对较为简单，一块单色320×240分辨率的LCD模块已经可以满足显示需求，该模块与单片机之间的数据和指令传输主要通过SED1335芯片实现。

字库则使用27C020 OTP存储芯片，该芯片最大存储量为256KB，可以存储全部系统所使用的点阵汉字库。但是需要注意的是，该芯片的存储容量超出了单片机的直接寻址范围，为保证全部字库的正常访问，在硬件部分还要由单片机进行芯片地址线模拟扩展，具体实现方式可以使用单片机的一个I/O端口的低4位控制4-16位转换器进行地址转换器。

缓冲区需要采用静态随机存储RAM，可使用HD62256实现。

通信电路主要用于与远程控制端进行通信，发送当前工作状态，接收远程控制指令。但是单片机无法直接与计算机连接，需要使用一片RS-485芯片进行电平转换。

蜂鸣器主要用于设定情况下的蜂鸣。

复位及看门口部分硬件电路主要是在系统出现死机或者故障时起作用。本系统使用看门狗芯片为MAX813L，可实现上电复位、手动复位、看门狗、掉电报警等功能。

三、系统的软件实现

本功能实现使用RTX51实时操作系统，该操作系统对于按照MCS0851标准开发的单片机都可以实现有效控制，同时该系统属于实时多任务操作系统。按照功能实现对软件设计进行任务分解。系统任务流程如图2所示。

（1）按照RTX51系统的使用规则，软件任务的执行需要从0号任务开始，因此将0号任务设定为系统初始化。鉴于多任务执行时对RAM的需求较高，而0号任务执行完毕后系统处于空闲状态，故可以将看门狗的电路控制功能添加到0号任务中。宏定义0号任务为：#define TASK_ID_INIT 0。

任务主要内容为硬件初始化，检查62256存储芯片是否连接，设置SED1335的工作模式。

（2）在0号任务执行完毕后开始执行系统任务即LCD显示任务，该任务为系统运行的核心任务，故设定为任务1。该任务在执行时，LCD显示内容和显示时间均需由远程控制端决定，因而该任务在实际执行时存在诸多不确定性，单独设定该任务可以及时有效完成对显示控制命令的解释与执行，LCD屏幕绘制等功能。宏定义1号任务为#define TASK_DISPLAY 1

（3）系统默认提供蜂鸣报警功能。此时多任务操作系统的优势就体现出来了，在系统中建立一个单独的发生任务，该任务不按照单任务操作模式进行顺序执行，而是可以被随时调用相应，实现连续蜂鸣报警的目的。宏定义任务为#define TASK_ID_INIT 2。

（4）通信任务则是由远程控制端控制的，不属于LCD终端系统，该任务通过中断的方式更改LCD显示终端系统的任务属性。

由图2可知，系统运行时首先需要对硬件进行初始化，对各硬件进行检查和配置，该过程完毕后系统开始建立上文所述任务，任务建立完毕后系统进入等待状态。若远程控制终端发来显示控制指令，则该指令通过单片机的中断服务程序进入系统内核。系统内核根据指令进行任务分配，同时检测是否需要执行看门狗。各任务接到控制指令后进入执行阶段，例如出现显示任务时，系统首先从缓存区读取显示指令，根据指令从字库中选取相应的显示信息，该信息经过译码后传递给LCD显示屏进行显示。任务执行完毕后系统重新进入等待。

四、总结

基于单片机的LCD显示终端可以将远程控制端传递到工业现场的信息进行编译和显示，以便于工作人员了解当前工作状态或者执行其他任务。该终端成本较低，稳定性和可靠性较高，可满足一般的工业现场显示需求，具有广泛的应用环境。

参考文献：

[1]李佳立.单片机的LCD显示终端没计分析[J].华人时刊（中旬刊），2012，2.

[2]陈京培，徐永梅.基于AT89S52单片机的液晶显示控制电路设计[J].现代电子技术，2008，31（22）.

[3]胡晓颖.基于单片机的LCD的滚动显示[J].硅谷，2012，3.

[4]陈享成，耿长青.基于单片机的LCD显示终端设计[J].电力自动化设备，2007，27（9）.

[5]陈素华，王国志.基于单片机的LCD显示系统的设计与实现[J].许昌学院学报，2010，29（5）.