基于ATmega64的显示控制系统设计

1 引言

随着信息产业的迅速发展，作为信息显示终端之一的LCD器件也得到了空前的发展。液晶显示器（LCD）具有显示信息丰富、功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其他显示器无法比拟的优点。近些年来被广泛应用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。为LCD配置驱动电路，就形成了液晶显示模块LCM（Liquid Crystal Module）。它的基本组成部件除了LCD、驱动电路外一般还有连接件、背光源等。液晶显示模块同一个系统中的其他电路一样，有简单的接口，并提供了丰富的控制显示的指令系统。为整机的开发节约了时间。AVR单片机是Atmel公司推出的具有精简指令集RISC结构的新型8位单片机。具有丰富的硬件接口。它采用低功耗、非挥发的CMOS工艺制造，内部分别集成Flash、EEPROM和SRAM三种不同性能和用途的存储器。除了可以通过SPI口和一般的编程器对AVR单片机的Flash程序存储器和EEPROM数据存储器进行编程外，大多数的AVR单片机还具有ISP在线编程和IAP在级应用编程的特点。其中一些高档的AVR单片机，例如ATmega64、ATmegal28等还具有mG接口。这些优点为使用AVR单片机开发设计和生产产品提供了极大的方便。

介绍了图像点阵式液晶模块CM320240与AVR单片机ATmega64相结合实现终端设备显示控制的一种方法。给出了硬件电路的设计以及系统软件架构的搭建，并阐述了一种树形菜单界面的设计方法。

2系统硬件设计

2.1 液晶模块CM3XPA0-7及ATmega64单片机简介

CM320240-7是一个中英文文字与绘图模式的点阵式液晶显示模块（LCM），点阵数是320*240。内建512KB的ROM字型码，可以显示中文字型、数字符号、英日欧文等字母。在文字模式中，可接受标准中文文字内码直接显示中文，而不需要进入绘图模式描述中文，可以节省许多微处理器时间，提升液晶显示中文的处理效率。ATmaga64是一款高档的AVR单片机，具有丰富的硬件资源。

（1）先进的RISC结构，130条指令，大多数指令执行时间为单个时钟周期，32个8位通用工作寄存器。全静态工作，工作于16MHz时性能高达16MIPs,只需两个时钟周期的硬件乘法器。

（2）非易失性程序和数据存储器。64K字节系统可编程Flash,具有独立锁定位的可选Boot代码区，通过片上Boot程序实现系统内编程真正的读写同时操作2K字节的EEPROM,4K字节片内SRAM,64K字节可选外部程序存储空间，可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。

（3）JTAG接口（与IEEE1149.1标准兼容），符合JrI'AG标准的边界扫描功能，支持扩展的片内调试功能，可以通过JTAG接口实现Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程。

（4）外设丰富，两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器。两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器。具有独立振荡器的实时计数器RTC,两路8位PWM通道。8路十位ADC,面向字节的两线接口'册，与12C完全兼容。两个可编程的串行USART,可工作于主杌/从机模式的SPI串行接口。具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器。

（5）还具有一些特殊的处理器特点：上电复位以及可编程的掉电检测，片内经过标定的RC振荡器，软件选择时钟频率，具有六种睡眠模式。

2.2系统硬件组成

系统硬件平台主要由MCU、人机接口（液晶模块和键盘）、通信接口三部分组成，系统框图如图1所示。

图1系统硬件框图

单片机与设备主机之间使用标准的UART串口通信，硬件接13比较简单，加一片TTL到RS232的电平转换芯片即可。

键盘我们采用常用的六键小键盘，即回车、返回、上、下、左、右。由于ATmega64单片机的I/O资源比较丰富，共有53个可编程的I/O口，并且我们采用六键键盘，因此可以直接将按键连到I/O口上面。如果使用较多的按键开关，还可以使用矩阵键盘的方式以节省I/O,这里不赘述。AVR单片机的I/O端口具有上拉电阻，所以我们无需加外部上拉电阻，只需软件初始化的时候使能这些按键接口的上拉电阻即可。将每个按键的一端接地，另一端除了分别连接到PC0一PC5端口之外，还连接到一个与非门上面，与非门的输出脚连到单片机的一个外部中断上面。这样，当任意一个按键按下的时候。与非门的输出都由低变高，使单片机产生中断。所以既可以使用查询方式进行键盘操作，也可以使用中断方式，增加了设计灵活性。

CM320240-7液晶模块支持8080和6800系列的MCU,同时也提供了4一Bit或8一Bit的数据总线接口。我们这里使用的是8080方式下的8一Bit数据总线接口，8080系列MCU与6800系列的MCU最大的不同是读、写的控制信号是分开的，RD为低时进行读取动作，WR为低时进行写入动作。MCU对液晶模块的命令寄存器和DisplayRAM进行读写操作时是有一些不同的：如果是对寄存器进行读写操作，MCU必须先通过数据总线送出寄存器的地址，然后才能在数据总线上读写寄存器资料；如果是对DisplayRAM进行读写操作，MCU可以直接在数据总线上读取和写入DisplayRAM的资料。需要注意的是：初始化的时候，读写控制信号一定先置高，读写操作都禁能，否则会造成后面时序的紊乱，即使后面的读写程序正确，液晶模块也不会有任何显示。AVR单片机的IO管脚即使不用，初始化的时候也要给它一个确定的状态，否则容易出问题。

液晶模块的八位数据总线直接连到单片机的PA口上面，几个控制管脚连到单片机的普通IO上即可。值得注意的就是液晶模块对比度的控制，在LCD驱动电压输入端V0和LCD驱动电压输出端VEE之间必须接一可调电阻，阻值20K左右，用于调节液晶模块的对比度。VEE输出固定为-23V.

通过实践，当Vo输入为-18V左右的时候效果最好。我们希望平时不用的时候，液晶背光灯关闭以节省功耗，当进行键盘操作的时候唤醒。所以在液晶模块背光电源的输人端加一个开关管控制。液晶模块与ATmaga64单片机的接口电路如图2所示。

图2液晶模块接口电路