便携式仪表液晶显示及按键电路的设计

1．引言
LCD液晶显示器(Liquid Crystal Display)具备低耗电量、价格低廉等特点，目前已经渐渐取代了传统的显示装置，在各种仪表上被广泛使用。为了方便和计算机联机使用，通常将LCD驱动电路组合成模块，因此又称为LCM或LCDM(LCD module)。由于上述特点，使得液晶显示器的使用范围广泛。本论文着重阐述如何用单片机来识别常用的4*4行列式非编码键盘及驱动LCM的显示。
2．系统硬件设计
液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件等装配在一起的组件。英文名称叫“LCD Module”，简称“LCM”，中文称为“液晶显示模块”。常见的液晶显示模块有数显模块、点阵字符液晶模块和点阵图形液晶模块三种。本设计采用点阵字符液晶模块，目前常用的有16*1、16*2、20*2、40*2等字符模组，但是都具有相同的输入输出界面。本设计选用16*1的字符模组。字符LCD模块的控制器主要为日立公司的HD44780及其替代集成电路，驱动器为HD44100及其替代的兼容集成电路。
16*1 LCM的内部结构可分为：LCD控制器、LCD驱动器、LCD显示装置三个部分，如图1所示。

500)this.style.width=500;" border="0" />

其特性如下：
 (1)+5V电压，反视度(明暗对比度)可调整。
 (2)内含振荡电路，系统内含重置电路。
 (3)提供各种控制命令，如清除显示器、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。
 (4)数据显示用DDRAM共有80个字节。
 (5)字符发生器CGROM有160个5*7点阵字型。
 (6)字符发生器CGRAM可由使用者自行定义8个5*7的点阵字型。
键盘是一组键的组合，它是各种仪表中最常用的输入设备。操作人员可通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机对话。.在单片机应用系统中，有的是单个按键，有的是矩阵式的按键，即行列式按键。按键是一种常开型按钮开关，常态时按键的两个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合。键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专门的硬件译码器实现，并产生键编号或键值的称编码键盘，如BCD码键盘和ASCII码键盘等；靠软件识别按键状态的称为非编码键盘。在一般的单片机系统中，大多采用非编码键盘。
 非编码键盘又分为独立式非编码键盘和行列式非编码键盘两种。独立式非编码键盘又分为中断方式和查询方式两种；行列式非编码键盘分为程序扫描工作方式、定时扫描工作方式和中断扫描工作方式。扫描方式又分为扫描法和线反转法。本设计采用的是行列式非编码键盘，采用扫描工作方式。
目前电子业所使用的单片机有MCS-51系列、PIC系列、AVR系列等系列，较早出现的就是51系列的了，考虑到选材的方便、成本及与液晶显示器的配合，所以本设计选用的是使用非常普及的MCS-51系列中的ATMEL89C51。
依据系统分析及实现功能，硬件小系统方框图如图2所示：

500)this.style.width=500;" border="0" />

依据系统分析及实现功能，硬件小系统电路图如图3所示：

500)this.style.width=500;" border="0" />

3．系统软件设计
依据系统硬件设计，软件系统主要包括：
单片机控制程序模块：作为系统的主控制程序模块，用伟福E6000或KeilC编程控制其他程序模块的协调工作。
键盘程序模块：用来输入用户的功能，使单片机完成相应的控制功能。
液晶显示模块：使用字符型液晶显示器显示用户的选择。
单片机控制主程序流程图如图4所示：
500)this.style.width=500;" border="0" />

为了节约成本，本设计中液晶显示模块与单片机之间采用模拟口线的方式控制，键盘
与单片机之间采用扫描的工作方式。
 键盘程序流程图如图5所示：

500)this.style.width=500;" border="0" />

LCM程序流程图如图6所示：

500)this.style.width=500;" border="0" />

本设计的软件系统分别用伟福E6000和KeilC编写及编译。实现直接从P2口扫描得到键盘码，并采用查询方式得到与之对应的LCD字型码，在LCD上显示出来。

4.结束语
   本设计以AT89C51和LCM1601为核心部件，辅以必要的模拟电路并利用伟福E6000语言和KEIL C编写软件，实现便携式仪表按键键值的采集以及驱动LCM1601的显示功能。实践证明该系统电路稳定、直观并且成本较低，有很强的实际应用价值。