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1、前言11.系统设计11.1涉及的软硬件简介11.1.1 Proteus 7.8简介11.1.2 RVDS简介11.1.3 芯片LPC2106简介11.2.1 LCD特点21.2.2 LCD显示简介31.2.3 LCD显示流程图31.2.4 LCD相关参数41.3 Proteus仿真电路81.3.1 Proteus仿真元件清单81.3.2 Proteus仿真电路图截图8 1.4 程序代码分模块介绍82.实验（测试）结果183.总结19参考文献20后附资料21前言近年来，随着计算机技术及集成电路技术的发展，嵌入式技术日渐普及，在通讯、网络、工控、医疗、电子等领域发挥着越来越重要的作用。嵌入式系统无
2、疑成为当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。通过显示器同步显示元器件的状态可以更深刻地理解控制的原理。通过Proteus模拟ARM7芯片设计，可以增强我们的自学能力和思考能力，掌握科学研究的方法，提高信息检索的能力以及获取与时俱进知识的能力。同时，使我们深刻学习了ARM的相关知识，增强对实际电路的感性认识，提高了分析问题，处理问题的能力。运用Keil编译C语言，连接生成Hex文件和Axf文件。使用PROTEUS 7.8SP2仿真,选用ARM7 LPC2106 芯片和LCD16
3、02，导入Hex或文件，然后进行软件仿真调试。1.系统设计 1.1涉及的软硬件简介 设计中软件主要用到了模型仿真软件Proteus和编译套件RVDS（RealView Development Suite），硬件主要采用了NXP公司的LPC2106微控制器。 1.1.1 Proteus 7.8简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青
4、睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.hex（或者*.axf），可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。Prot
5、eus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。 1.1.2 RVDS简介RealView Development Suite（RVDS）是ARM公司继SDT与ADS1.2之后主推的新一代开发工具。RVDS集成的RVCT是业内公认的能够支持所有ARM处理器，并提供最好的执行性能的编译器。RealView Develope
6、r Suite 支持所有 ARM 系列核心，并与众多第三方实时操作系统及工具商合作简化开发流程。RVDS包含有四个模块： (1)IDE：RVDS中集成了Eclipse IDE，用于代码的编辑和管理。支持语句高亮和多颜色显示，以工程的方式管理代码，支持第三方Eclipse功能插件。 (2)RVCT：RVCT是业界最优秀的编译器，支持全系列的ARM和XSCALE架构，支持汇编、C和C+。 (3)RVD：是RVDS中的调试软件，功能强大，支持Flash烧写和多核调试，支持多种调试手段，快速错误定位。 (4)RVISS：是指令集仿真器，支持外设虚拟，可以使软件开发和硬件开发同步进行，同时可以分析代码性
7、能，加快软件开发速度。RVDS具有代码小执行效率高、支持Linux操作系统、调试功能强大、可虚拟外设等优点，同时还具有内容丰富的在线文档。 1.1.3 芯片LPC2106简介LPC2106/2105/2104 包含一个支持仿真的ARM7TDMI-S CPU、与片内存储器控制器接口的ARM7 局部总线、与中断控制器接口的AMBA高性能总线（AHB）和连接片内外设功能的VLSI外设总线（VPB ，ARMAMBA 总线的兼容超集）。LPC2106/2105/2104 将ARM7TDMI-S配置为小端（little-endian ）字节顺序。 AHB外设分配了2M 字节的地址范围，它位于 4G字节AR
8、M存储器空间的最顶端。每个 AHB外设都分配了16k 字节的地址空间。LPC2106/2105/2104 的外设功能（中断控制器除外）都连接到VPB 总线。AHB到VPB 的桥接将VPB 总线与AHB总线相连。VPB 外设也分配了2M 字节的地址范围，从3.5GB 地址点开始。每个VPB 外设在VPB 地址空间内都分配了16k 字节地址空间。 它拥有以下特性：u ARM7TDMI-S处理器 u 128k字节片内Flash程序存储器，具有ISP 和IAP 功能。 u Flash编程时间：1ms 可编程512 字节，扇区擦除或整片擦除只需400ms 。 u 64/32/16K 字节静态RAM（LP
9、C2106/2105/2104） u 向量中断控制器 u 仿真跟踪模块，支持实时跟踪 u RealMonitor模块支持实时调试 u 标准ARM测试/ 调试接口，兼容现有工具 u 极小封装：TQFP48 (77mm2) u 双UART，其中一个带有完全的调制解调器接口 u I2C 串行接口 u SPI 串行接口 u 两个定时器，分别具有4 路捕获/ 比较通道 u 多达6 路输出的PWM 单元 u 实时时钟 u 看门狗定时器 u 通用I/O 口 u CPU 操作频率可达60MHz u 双电源 CPU 操作电压范围：1.65V1.95V(1.8V 8.3%) I/O 电压范围：3.0V3.6V(3
10、.3V 10%) u 两个低功耗模式：空闲和掉电 u 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒 u 外设功能可单独使能/ 禁止，实现功耗最优化 u 片内晶振的操作频率范围：10MHz25MHz u 片内PLL 允许CPU 以最大速度运行，可以在超过整个晶振操作频率范围的情况下使用。由于拥有以上特性，LPC2106适用于nternet 网关、串行通信协议转换器、访问控制、工业控制、医疗设备及其它各种类型的应用。 1.2 LCD显示原理和初始化流程图 1.2.1 LCD特点在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都
11、可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单，在前面章节已经介绍过，在此不作介绍，本章重点介绍字符型液晶显示器的应用。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：u 显示质量高由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。u 数字式接口液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。u 体积小、重量轻液晶显示器通过显
12、示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。u 功耗低相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。 1.2.2 LCD显示简介 液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。 液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液
13、晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。液晶显示器各种图形的显示原理:u 线段的显示点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度
14、为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。u 字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上
15、开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。u 汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。1.2.3 LCD显示流程图LCD显示流程图如下图所示：1.2.4 LCD相关参数u 1602LCD的基本参数及引脚功
16、能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图所示：u 1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mmu 引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下表所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择1
17、3D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端
18、，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。u 1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如下表所示：序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址
19、10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否
20、闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。 与HD44780相兼容的芯片时序表如下所示：读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写
21、指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出无读写操作时序如下图所示：读操作时序图写操作时序图u 1602LCD的RAM地址映射及标准字库表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。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，下图所示为1602的内部显示地址。例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因
22、为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字
23、符图形显示出来，我们就能看到字母“A”u 1602LCD的一般初始化（复位）过程延时15mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置 1.3 Proteus仿真电路 使用Proteus进行仿真电路设计，下面依次介绍仿真细节。 1.3.1 Proteus仿真元件清单元件名称规格型号单位数量ARM7芯片LPC2106片1LCD1602LM016L个1瓷片电容CA
24、P-ELEC个1电源+3.3V个1电源+1.8V个1电阻10K欧姆只2 1.3.2 Proteus仿真电路图截图 1.4 程序代码分模块介绍实验的C语言程序代码如下所示（附注释）：/main.c/* File: main.c* 功能：向LCD输出HelloWorld*/#include config.h#define rs (18)#define rw (19)#define en (110)#define busy (17)uint8 txt=HelloWorld;/* 名称：ChkBusy()* 功能：检查总线是否忙*/void ChkBusy()IODIR=0x700;while(1)I
25、OCLR=rs;IOSET=rw;IOSET=en;if(!(IOPIN & busy)break;IOCLR=en;IODIR=0x7ff;/* 名称：WrOp()* 功能：写函数*/void WrOp(uint8 dat)ChkBusy();IOCLR=rs;/全部清零IOCLR=rw;IOCLR=0xff;/先清零IOSET=dat;/再送数IOSET=en;IOCLR=en;/* 名称：WrDat()* 功能：写数据函数*/void WrDat(uint8 dat)ChkBusy();IOSET=rs;IOCLR=rw;IOCLR=0xff;/先清零IOSET=dat;/再送数IOSE
26、T=en;IOCLR=en;/* 名称：lcd_init()* 功能：lcd初始化函数*/void lcd_init(void)WrOp(0x38);WrOp(0x06);/光标加1WrOp(0x0c);/开显示/* 名称：DisText()* 功能：显示文本函数*/void DisText(uint8 addr,uint8 *p)WrOp(addr);while(*p !=0)WrDat(*(p+);/* 名称：main()* 功能：显示文本*/int main(void) lcd_init();IODIR=0x7ff;/设置为输出IOCLR=0x7ff;DisText(0x86,txt);
27、while(1);/LPC2106.h/* External Interrupts */* 外部中断控制寄存器 */#define EXTINT (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC140)/外部中断标志寄存器#define EXTWAKE (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC144)/外部中断唤醒,是否从处理器掉电中唤醒/* SMemory mapping control. */* 内存remap控制寄存器 */#define MEMMAP (*(volatile unsigned long *) 0xE01FC040)
28、/选择读取向量的不同地址/* Phase Locked Loop (PLL) */* PLL控制寄存器 */#define PLLCON (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC080)/PLL控制位保持寄存器#define PLLCFG (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC084)/PLL配置值保持寄存器#define PLLSTAT (*(volatile unsigned short*) 0xE01FC088)/控制和配置信息读回寄存器#define PLLFEED (*(volatile unsigned char *
29、) 0xE01FC08C)/使能控制和配置/* Power Control */* 功率控制寄存器 */#define PCON (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC0C0)/功率控制(空闲模式或掉电模式)#define PCONP (*(volatile unsigned long *) 0xE01FC0C4)/外设功率控制/* VPB Divider */* VLSI外设总线（VPB）分频寄存器 */#define VPBDIV (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC100)/VPB时钟设置/* Memory Accel
30、erator Module (MAM) */* 存储器加速模块 */#define MAMCR (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC000)/控制#define MAMTIM (*(volatile unsigned char *) 0xE01FC004)/定时控制/* Vectored Interrupt Controller (VIC) */* 向量中断控制器(VIC)的特殊寄存器 */#define VICIRQStatus (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF000)/IRQ状态#define VICFIQStat
31、us (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF004)/FIQ状态#define VICRawIntr (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF008)/所有中断的状态#define VICIntSelect (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF00C)/中断选择#define VICIntEnable (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF010)/中断使能#define VICIntEnClr (*(volatile unsigned long *) 0xF
32、FFFF014)/中断使能清零#define VICSoftInt (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF018)/软件中断#define VICSoftIntClear (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF01C)/软件中断清零#define VICProtection (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF020)/保护使能#define VICVectAddr (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF030)/向量地址#define VICDefVect
33、Addr (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF034)/默认地址#define VICVectAddr0 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF100)/向量地址#define VICVectAddr1 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF104)#define VICVectAddr2 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF108)#define VICVectAddr3 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF10C)#
34、define VICVectAddr4 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF110)#define VICVectAddr5 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF114)#define VICVectAddr6 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF118)#define VICVectAddr7 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF11C)#define VICVectAddr8 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF
35、120)#define VICVectAddr9 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF124)#define VICVectAddr10 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF128)#define VICVectAddr11 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF12C)#define VICVectAddr12 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF130)#define VICVectAddr13 (*(volatile unsigned long *
36、) 0xFFFFF134)#define VICVectAddr14 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF138)#define VICVectAddr15 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF13C)#define VICVectCntl0 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF200)/向量控制#define VICVectCntl1 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF204)#define VICVectCntl2 (*(volatile uns
37、igned long *) 0xFFFFF208)#define VICVectCntl3 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF20C)#define VICVectCntl4 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF210)#define VICVectCntl5 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF214)#define VICVectCntl6 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF218)#define VICVectCntl7 (*(volatil
38、e unsigned long *) 0xFFFFF21C)#define VICVectCntl8 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF220)#define VICVectCntl9 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF224)#define VICVectCntl10 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF228)#define VICVectCntl11 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF22C)#define VICVectCntl12 (*
39、(volatile unsigned long *) 0xFFFFF230)#define VICVectCntl13 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF234)#define VICVectCntl14 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF238)#define VICVectCntl15 (*(volatile unsigned long *) 0xFFFFF23C)/* General Purpose Input/Output (GPIO) */* 通用并行IO口的特殊寄存器 */#define IOPIN (*(
40、volatile unsigned long *) 0xE0028000)#define IOSET (*(volatile unsigned long *) 0xE0028004)#define IODIR (*(volatile unsigned long *) 0xE0028008)#define IOCLR (*(volatile unsigned long *) 0xE002800C)/* Pin Connect Block */* 管脚连接模块控制寄存器 */#define PINSEL0 (*(volatile unsigned long *) 0xE002C000)#define PINSEL1 (*(volatile unsig
