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基于Proteus的液晶模块仿真李东勋，沈文浩，陈小泉（华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州510640）摘要：本文介绍了Proteus中字符型液晶模块LM016L的结构及其控制器HD44780的指令系统，完成了LM016L与单片机80C51的硬件接口电路设计及HD44780控制器的驱动编程,实现了LM016L自定义字符的显示。最后简要介绍了Proteus仿真调试单片机的方法和步骤。关键字：Proteus；HD44780；液晶；单片机中图分类号：TP368.2文献标示码：BSimulationofLCDModuleBasedonProteusLiDongxun,ShenWenhao,ChenXiaoquan(StateKeyLaboratoryofPulp&PaperEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,Guangdong,510640)Abstract：ThispaperhasintroducedthestructureofLM06L,andtheinstructionsofHD44780whichisadot-matrixliquidcrystaldisplaycontroller.Inthispaper,theinterfacebetweenLM06LandMCU80C51,thedriverofHD44780andthedisplayofourowndefinedcharactersareintroduced.Finally,thedebugstepsbyProteusaredescribedinanutshell.Keywords:Proteus,HD44780,LCD,MCU1.引言Proteus[2]软件是由英国LabCenterElectronics公司开发的EDA工具软件。由ISIS和ARES两个软件组成，其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台，ARES是一款高级的布线编辑软件。Proteus与其它EDA软件相比，其最具特点的功能是电路仿真的互动性，特别是单片机的仿真，不仅可以直接在原理图的虚拟元件上编程，而且可以实时调试。液晶显示器（LCD）具有功耗低、体积小、质量轻、功耗小的特点。点阵字符型液晶显示器把LCD控制器、点阵驱动器、字符存储器集成在一块印刷电路板上，构成便于应用的液晶模块。这类液晶模块不仅可以显示数字、字符，还可以显示各种图形符号以及少量自定义符号，并且可以实现屏幕的上下左右滚动、文字的闪烁等功能；人机界面友好，使用操作也更加灵活、方便，使其日益成为各种仪器仪表等设备的首选。本文以介绍HD44780为控制器的LM016L液晶模块的引脚结构、功能的基础上，介绍LM016L与MCS51单片机的硬件接口电路、自定义字符的显示以及Proteus的仿真。2.液晶模块简介2.1LM016L的结构及功能[1]LM016L液晶模块采用HD44780控制器。HD44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动、闪烁等功能。LM016L与单片机MCU（MicrocontrollerUnit）通讯可采用8位或者4位并行传输两种方式。HD44780控制器由两个8位寄存器、指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）、忙标志（BF）、显示数据RAM（DDRAM）、字符发生器ROM（CGROM）、字符发生器RAM（CGRAM）、地址计数器（AC）。IR用于寄存指令码，只能写入不能读出；DR用于寄存数据，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM，或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据。BF为1时，液晶模块处于内部处理模式，不响应外部操作指令和接受数据。DDRAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码。CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160种和5*10点阵字符32种，8位字符编码和字符的对应关系，可以查看参考文献[3]中的表4。CGRAM是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅64字节。可以自定义8个5*7点阵字符或者4个5*10点阵字符。AC可以存储DDRAM和CGRAM的地址，如果地址码随指令写入IR，则IR自动把地址码装入AC，同时选择DDRAM或者CGRAM单元。LM016L液晶模块的引脚功能见表1[1]：表1LM016L引脚说明2.2控制指令[3]通过对HD44780写入控制指令，HD44780产生显示驱动信号来驱动LM016L。HD44780的控制指令主要有：清除显示（ClearDisplay）、地址归位（ReturnHome）、输入模式设定（EntryModeSet）、显示开/关控制（DisplayOn/OffControl）、功能设定（FunctionSet）、设定CGRAM的地址（SetCGRAMAddress）、设定DDRAM的地址（SetDDRAMAddress）、写DDRAM/CGRAM（WriteDatetoDDRAM/CGRAM）、读忙标志和地址（ReadBusyFlagandAddress）以及从DDRAM和CGRAM中读数据（ReadDatefromDDRAM/CGRAM）。以上指令的具体格式及功能可以参阅文献[3]的24页~28页。3．基于ProteusISIS7的液晶模块仿真3.1接口设计运行ProteusISIS7进入设计界面，依照图1所示在元件库中选择需要的元件。80C51的P0口作为8位数据的输出端，P2.0、P2.1、P2.2作为控制信号的输出端，连接完成的电路如图1所示。图1电路原理图管脚号名称电平功能描述1VSS0V2VDD5.0V3VEE—4RSH/LH：数据线上为数据信号；L：数据线上为指令信号5RWH/LH：读数据模式；L：写数据模式6EH/L使能信号端7~14DB0~DB7H/L数据线3.2软件设计电路图绘制好之后，就可以编写LM016L的驱动程序。LM016L的操作有两大类：读操作和写操作。一般情况下不需要从液晶中读取数据，所以对液晶操作主要是写指令和写数据两个写操作，对于忙标志（BF），采用延时的方法，保证液晶模块有足够时间进行内部数据处理。在写源程序时，需要根据液晶模块的时序图编写程序。LM016L的时序如图2所示[3]。图2LM016L写数据时序图根据电路图1定义引脚：RSBITP2.0；RWBITP2.1；LCDEBITP2.2下面是写指令和写数据的源代码：（1）写指令子程序WRITE_COMMAND入口参数：指令字放在累加器A中WRITE_COMMAND：；写指令子程序CLR[4]LCDE；清使能信号CLRRS；RS=0，RW=0写指令CLRRWMOVP0,A；送指令字SETBLCDE；设置使能信号LCALLDELAY；延时CLRLCDERET（2）写数据子程序WRITE_DATA入口参数：数据放在累加器A中WRITE_DATA：；写数据子程序CLRLCDE；清使能信号SETBRS；RS=1，RW=0写数据CLRRWMOVP0,A；送数据SETBLCDE；设置使能信号LCALLDELAY；延时CLRLCDERET液晶模块初始化主要包括：功能设定（FunctionSet）、显示开/关控制（DisplayOn/OffControl）、清除显示（ClearDisplay）、进入点设定（EntryModeSet）。INITIAL_LCD：；液晶模块初始化；8位接口，两行显示，5*7点阵字符MOVA，#38HLCALLWRITE_COMMANDMOVA，#0EH；显示开关设置LCALLWRITE_COMMANDMOVA，#06H；输入方式设置LCALLWRITE_COMMANDMOVA，#01H；清屏指令LCALLWRITE_COMMANDRET3.3自定义字符及其显示CGRAM是用户编写特殊字符用的，它的容量仅64字节，地址为00~3FH。定义一个有效数据RSR/WEDB0-DB7T2T3T1T45*7点阵字符需要8个字节，这8个字节由CGRAM地址的高3位确定，相同的为一组。例如：地址为000XXX（二进制形式）的为一组。因此CGRAM可以定义8个5*7点阵字符。每个字节的高3位可以留作数据存储器，低5位用来存储字模信息。定义字模时，液晶显示的点为1，不显示的点为0。自定义字符对应的8位编码规则是高4位为0，低3位为CGRAM的高3位，编码中第4位可以任意，不影响显示。对于自定义的5*10字符也有类似的规则。利用3.2提供的三个子程序，让LM016L显示“学习MCU”。程序清单如下：MAIN：；显示“学习MCU”RSBITP2.0RWBITP2.1LCDEBITP2.2LCALLINITIAL_LCD；初始化液晶LCALLWRITE_CGRAMMOVA，#80H；设置DDRAM地址LCALLWRITE_COMMANDLCALLWRITE_CHARSJMP$DELAY：；延时子程序：DELAYMOVR6，#0AHLOOP2：MOVR7，#27HLOOP1：DJNZR7，LOOP1DJNZR6，LOOP2RET；在CGRAM写“学习”字模子程序WRITE_CGRAM：MOVA，#40H；设置CGRAM地址LCALLWRITE_COMMANDMOVR1，#10hMOVDPTR，#TABLELOOP_CGRAM：MOVA，#00HMOVCA，@A+DPTRLCALLWRITE_DATAINCDPTRDJNZR1，LOOP_CGRAMRET；显示5个字符子程序WRITE_CHAR：MOVR1，#5HMOVDPTR，#TABLE_DISPLOOP_MAIN：MOVA，#00HMOVA，@A+DPTRINCDPTRLCALLWRITE_DATADJNZR1，LOOP_MAINRETTABLE：DB15H,1FH,11H,0EH,02H,1FH,02H,00H；学字模DB1FH,01H,09H,05H,09H,11H,03H,00H；习字模TABLE_DISP：；“学习MCU”字符码DB00H,01H,4DH,43H,55HEND；程序结束3.4Proteus仿真首先建立源程序文件，然后选择Source/BuildAll进行源程序文件的编译。如果源程序有语法错误，编译系统会给出可能出错的地方，改正后，重新编译，一直到没有错误为止。最后打开80C51的属性面板，在ProgramFile的属性栏中添加编译完成的HEX文件。在工作区的左下方可以看到交互式仿真的控制按钮。控制按钮如图3所示。图3交互式控制按钮单击运行按钮，启动ProteusISIS仿真。仿真结果如图4。图4仿真结果单击暂停按钮或者选择Debug菜单下的Start/RestartDebug就可以进行程序的调试。Proteus处于调试状态时，在Debug菜单下可以选择查看80C51单片机内部数据存储区和特殊功能寄存器区。点击单步执行，可以观察各寄存器和内部数据存储区的变化情况，方便程序的查错和调试。4．结束语利用Proteus实现了对LM016L液晶模块的仿真，实现了“学习MCU”的显示。Proteus为学习单片机提供了很好的软件平台，使初学者可以抛开电路设计中的一些细枝末节，快速掌握单片机的核心内容。本文的创新点：由于HD44780的字库中没有汉字字符，所以在实际运用中有一定的局限。本文介绍了如何自定义汉字字模及如何确定自定义汉字的编码，并给出自定义字符显示程序实例和运行结果。参考文献：[1]公茂法，马宝甫，孙晨．单片机人机接口实例集[M].北京航空航天大学出版社，1998[2]周润景，张丽娜，刘印群．Proteus入门实用教程[M].机械工业出版社，2007[3]HITACHI．HD44780U(LCD-II)英文参考手册[4]薛钧义，张彦斌．MCS-51(96)系列单片微型计算机及其应用[M].西安交通大学出版社，1997[5]刘红，覃光华，汪道辉．基于不带字库的图形LCD模块汉子显示解决方案［J］．微计算机信息，2004，12。[6]王伟，卢博友，刁修慧，刘平．基于嵌入式系统的LCD汉字显示［J］．微