基于ATmega64的顯示控制系統設計

1 引言

隨著信息產業的迅速發展，作為信息顯示終端之一的LCD器件也得到了空前的發展。液晶顯示器（LCD）具有顯示信息豐富、功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優點。近些年來被廣泛應用于單片機控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產品中。為LCD配置驅動電路，就形成了液晶顯示模塊LCM（Liquid Crystal Module）。它的基本組成部件除了LCD、驅動電路外一般還有連接件、背光源等。液晶顯示模塊同一個系統中的其他電路一樣，有簡單的接口，并提供了豐富的控制顯示的指令系統。為整機的開發節約了時間。AVR單片機是Atmel公司推出的具有精簡指令集RISC結構的新型8位單片機。具有豐富的硬件接口。它采用低功耗、非揮發的CMOS工藝制造，內部分別集成Flash、EEPROM和SRAM三種不同性能和用途的存儲器。除了可以通過SPI口和一般的編程器對AVR單片機的Flash程序存儲器和EEPROM數據存儲器進行編程外，大多數的AVR單片機還具有ISP在線編程和IAP在級應用編程的特點。其中一些高檔的AVR單片機，例如ATmega64、ATmegal28等還具有mG接口。這些優點為使用AVR單片機開發設計和生產產品提供了極大的方便。

介紹了圖像點陣式液晶模塊CM320240與AVR單片機ATmega64相結合實現終端設備顯示控制的一種方法。給出了硬件電路的設計以及系統軟件架構的搭建，并闡述了一種樹形菜單界面的設計方法。

2系統硬件設計

2.1 液晶模塊CM3XPA0-7及ATmega64單片機簡介

CM320240-7是一個中英文文字與繪圖模式的點陣式液晶顯示模塊（LCM），點陣數是320*240。內建512KB的ROM字型碼，可以顯示中文字型、數字符號、英日歐文等字母。在文字模式中，可接受標準中文文字內碼直接顯示中文，而不需要進入繪圖模式描述中文，可以節省許多微處理器時間，提升液晶顯示中文的處理效率。ATmaga64是一款高檔的AVR單片機，具有豐富的硬件資源。

（1）先進的RISC結構，130條指令，大多數指令執行時間為單個時鐘周期，32個8位通用工作寄存器。全靜態工作，工作于16MHz時性能高達16MIPs,只需兩個時鐘周期的硬件乘法器。

（2）非易失性程序和數據存儲器。64K字節系統可編程Flash,具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區，通過片上Boot程序實現系統內編程真正的讀寫同時操作2K字節的EEPROM,4K字節片內SRAM,64K字節可選外部程序存儲空間，可以對鎖定位進行編程以實現用戶程序的加密。

（3）JTAG接口（與IEEE1149.1標準兼容），符合JrI'AG標準的邊界掃描功能，支持擴展的片內調試功能，可以通過JTAG接口實現Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程。

（4）外設豐富，兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時器/計數器。兩個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數器。具有獨立振蕩器的實時計數器RTC,兩路8位PWM通道。8路十位ADC,面向字節的兩線接口'冊，與12C完全兼容。兩個可編程的串行USART,可工作于主杌/從機模式的SPI串行接口。具有獨立片內振蕩器的可編程看門狗定時器。

（5）還具有一些特殊的處理器特點：上電復位以及可編程的掉電檢測，片內經過標定的RC振蕩器，軟件選擇時鐘頻率，具有六種睡眠模式。

2.2系統硬件組成

系統硬件平臺主要由MCU、人機接口（液晶模塊和鍵盤）、通信接口三部分組成，系統框圖如圖1所示。

圖1系統硬件框圖

單片機與設備主機之間使用標準的UART串口通信，硬件接13比較簡單，加一片TTL到RS232的電平轉換芯片即可。

鍵盤我們采用常用的六鍵小鍵盤，即回車、返回、上、下、左、右。由于ATmega64單片機的I/O資源比較豐富，共有53個可編程的I/O口，并且我們采用六鍵鍵盤，因此可以直接將按鍵連到I/O口上面。如果使用較多的按鍵開關，還可以使用矩陣鍵盤的方式以節省I/O,這里不贅述。AVR單片機的I/O端口具有上拉電阻，所以我們無需加外部上拉電阻，只需軟件初始化的時候使能這些按鍵接口的上拉電阻即可。將每個按鍵的一端接地，另一端除了分別連接到PC0一PC5端口之外，還連接到一個與非門上面，與非門的輸出腳連到單片機的一個外部中斷上面。這樣，當任意一個按鍵按下的時候。與非門的輸出都由低變高，使單片機產生中斷。所以既可以使用查詢方式進行鍵盤操作，也可以使用中斷方式，增加了設計靈活性。

CM320240-7液晶模塊支持8080和6800系列的MCU,同時也提供了4一Bit或8一Bit的數據總線接口。我們這里使用的是8080方式下的8一Bit數據總線接口，8080系列MCU與6800系列的MCU最大的不同是讀、寫的控制信號是分開的，RD為低時進行讀取動作，WR為低時進行寫入動作。MCU對液晶模塊的命令寄存器和DisplayRAM進行讀寫操作時是有一些不同的：如果是對寄存器進行讀寫操作，MCU必須先通過數據總線送出寄存器的地址，然后才能在數據總線上讀寫寄存器資料；如果是對DisplayRAM進行讀寫操作，MCU可以直接在數據總線上讀取和寫入DisplayRAM的資料。需要注意的是：初始化的時候，讀寫控制信號一定先置高，讀寫操作都禁能，否則會造成后面時序的紊亂，即使后面的讀寫程序正確，液晶模塊也不會有任何顯示。AVR單片機的IO管腳即使不用，初始化的時候也要給它一個確定的狀態，否則容易出問題。

液晶模塊的八位數據總線直接連到單片機的PA口上面，幾個控制管腳連到單片機的普通IO上即可。值得注意的就是液晶模塊對比度的控制，在LCD驅動電壓輸入端V0和LCD驅動電壓輸出端VEE之間必須接一可調電阻，阻值20K左右，用于調節液晶模塊的對比度。VEE輸出固定為-23V.

通過實踐，當Vo輸入為-18V左右的時候效果最好。我們希望平時不用的時候，液晶背光燈關閉以節省功耗，當進行鍵盤操作的時候喚醒。所以在液晶模塊背光電源的輸人端加一個開關管控制。液晶模塊與ATmaga64單片機的接口電路如圖2所示。