【最新版】基于单片机的液晶显示系统毕业设计论文
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：单片机控制液晶显示系统
设计（论文）主要内容和要求：
1.掌握89C52单片机工作原理、软硬件资源
2.掌握中文液晶显示屏的结构及工作原理
3.完成系统硬件设计
4.完成系统软件设计
摘要
本文主要对AT89C52控制的液晶显示系统进行了研究。文章首先对单片机AT89C52的结构、功能、特点进行了简要的介绍；然后介绍了液晶显示控制器KS0108的结构功能,并对液晶模块LG128643的结构、功能做了详细的说明；之后，着重分析了液晶显示系统的硬件实现方案，包括键盘的设计、液晶显示接口的设计。文章的最后提出系统的软件设计方案，设计了各个功能模块的软件流程图。
关键词：单片机AT89C52 控制器KS0108 液晶模块LG128643
ABSTRACT
This paper is main the LCD that control to the AT89C52 manifestation the system proceeded the research. The article preceded the introduction of the synopsis to the construction, function, characteristics of the single a machine AT89C52 first. Then introduced the LCD show the construction function of the controller KS0108, And did the expatiation to the construction, function of the LCD mold a LG128643; After, emphasized to analyze the LCD show that the , LCD manifestation that include the keyboard connects design. The article puts forward the software design project of the system finally, designed the software flow chart of the each function mold piece.
Key words: Single a machine AT89C52、controller KS0108、LCD mold a LG128643
目录
1.概论 (1)
1.1 人类与显示技术 (1)
1.2 液晶和液晶显示 (3)
1.3 LCD发展史 (4)
1.4 液晶显示器发展史 (7)
2. 液晶显示系统原理 (10)
2.1 AT89C52单片机功能原理 (10)
2.1.1 ATMEL公司介绍 (10)
2.1.2 AT89系列单片机的特点 (11)
2.1.3 89C52单片机结构 (12)
2.2液晶显示器件原理 (21)
2.2.1 液晶简介 (21)
2.2.2液晶电光特性 (21)
2.2.3 液晶显示模块原理 (22)
2.2.4 LCD 的基本构造 (23)
2.2.5 LCD 的驱动方式 (25)
2.2.6 LCD的显示原理 (27)
2.2.7 液晶控制器KS0108结构及功能 (27)
2.2.8 液晶显示模块的结构特点 (30)
3.单片机控制液晶显示模块电路设计 (34)
3.1 单片机控制板电路设计要求 (34)
3.2 单片机控制板原理框图及功能 (34)
3.3 单片机AT89C52对非编码键盘接口设计 (35)
3.4单片机AT89C52对液晶显示器的控制 (37)
4.液晶显示系统软件设计 (44)
4.1 液晶显示软件设计要求 (44)
4.2 液晶显示软件主要内容 (44)
4.3液晶显示软件流程图 (44)
5.硬件调试分析 (53)
5.1 试验调试 (53)
5.2 设计体会 (54)
6.结束语 (56)
6.1 毕业设计总结 (56)
6.2 进一步的工作展望 (58)
致谢 (60)
参考文献 (61)
1.概论
液晶显示器件如春风早以吹入人们的各个领域。今天几乎没有人还不知道液晶显示器件，几乎没有哪个人没有见过液晶显示器件。液晶显示器件正在改变着人们的生活，改变着人类社会。
商品化的液晶显示器件问世不过20多年，现在已拥有年产上百亿美元的销售额，如果将使用液晶显示器开发的产品计算在内，年销售额将达到上亿美元。即使如此，人们还是认为液晶的世纪刚刚开始，并将超扭曲STN和有源矩阵TFT广泛应用、批量投产的1992年称为液晶的元年。
1.1 人类与显示技术
人类生活离不开信息，正如控制论创始人N.维纳所说：“要有效地生活，就要有足够的信息”。人们生活在社会上，每时每刻都在与外部交流信息，人们随时随地都在通过眼、耳、鼻、舌、身从外部世界获得信息。其中，视觉获得的信息大约占70％以上，其他如听觉、味觉、嗅觉、触觉加在一起不足30％。可见，最大量的信息是通过眼睛获取的。视觉信息不仅数量最大，而且最准确、最及时、也最可靠，人们常引用的成语：“一目了然”就是这个意思。又如，“百闻不如一见”也是说视觉信息的重要远胜于其他信息来源。
因此，长久以来，人们一直致力于将各种信息转变为视觉信息在传递给人们。这种将各种信息转化为视觉信息的过程就称之为显示，这种转化技术就称之为显示技术。
早在几十万年前，人们开始掌握了火以后就同时将人造火同火一起带进了人们生活的领域。不仅用火取暖，而且用火来照明，也用火来传递信息。“烽火台”、“狼烟”等,都是一种用烟火传递信息的方式。而“孔明灯”、“刁斗”、“走马灯”等，则可以看做是人类早期对显示技术的尝试。
不过，现在所说的显示和显示技术是与人类早期的显示尝试根本不同的。
现在所说的显示，最大的特点是光与电的结合，是光与近代科学成就的结合。这种显示所追求的目标是清晰、准确、实时、直观、方便、节能、携带信息量大、传递速度快。这种显示技术是21世纪植根于近代科学技术中发展起来的，是现代科学技术的一个重要组成部分。更准确地说应该称为现代显示，是一种现代显示技术。
这种现代显示的一般基本过程是将各种电量、非电量（如声、光、热、力、数字、化学等）的信息源通过一定的处理器，进行处理后再由显示器进行显示，也可将这种现代显示技术称之为信息显示技术。
随着科学技术的发展及社会的进步，人类所接触的信息量也在不断增加。统计表明，信息量的增长平均每年在13％以上，今后更将以每年40％以上的速度增长。人们把这种增长称之为“信息爆炸”。面临着如此浩如烟海的大量信息，人们已经成功地使用了计算机来进行处理。计算机可以将人们原来一生处理不完的信息在几秒钟内处理完毕。但是要想将处理后的信息及时、准确的传递给人们，还必须通过显示技术来实现。显示技术是现代社会人与信息间最可靠的桥梁。不能想象一个没有现代显示技术的现代社会，将会成为什么状态。
在信息显示技术中，人们总是要对信息数字化。数字化后的信息才能更准确，而且具有了同一性，才能被计算机识别、处理，才能准确清晰地传递给人们。所以数字显示是信息显示的一个重要内容。数字显示是应用面最广、使用量最大、开发器件种类最多的一种显示。荧光显示器件（VFD）、辉光显示器件、等离子显示器件（PDP）、液晶显示器件（LCD）、半导体显示器件（LED）、电致发光显示器件（EL）、平板场发射显示器件、电泳显示器件、电致变色显示器件、有机电致发光器件（有机EL）、数字微镜显示（DM）等都是各具特色。因此，用途广阔的数字显示器件，它们都已深深地扎根于人类的生活和国民经济的各个领域了。
可以确信，现代显示技术的发展必将为人类的进步、社会的发展带来不可估量的影响。
1.2 液晶和液晶显示
早再一百年前人们就发现了一类特殊物质——液晶。从宏观上看，既有液体的流动性，又具有晶体所特有的光学异性。从微观上考察，其分子一般是长形棒状或其他规则形状，而且沿分子轴的不同方向会表现出不同的物理性质。总之，液晶既不同于液体，又不是晶体，而是一种既有液体流动性又具有晶体各向异性的特殊物质态。
液晶的独特性质使其具有很多奇妙的用途。液晶作为显示方面的应用就使其最早、最广泛的应用之一。目前，应用在电子表、计算器及其它广泛应用在仪器、仪表上的液晶显示器件属于一种叫做扭曲向列型的显示器件。它使将液晶夹在两片玻璃之间，并使其分子沿玻璃表面平行并在两片玻璃之间又连续扭转90。玻璃外面前后再配上正交偏振片。这样，当显示部位施加上电压后，引起液晶分子排列状态的改变，调制了外界光，从而达到了显示的目的。
这种显示器件的最大特点是：
1. 微功耗，每个显示字符只有几个毫安。是所有显示器件中功耗最小的。
2. 低压驱动，一般扭曲向列型（TN）器件阀值电压仅1.5－2V，可以直接与大规模集成电路直接匹配。
3. 平板形结构，尺寸可以很大，也可以很小。显示的有效面积相对来说也是比较大的。显示图案的自由度也相当大。
4. 液晶显示器件属于被动型，不发光，靠调制外界光达到显示目的。因此，在阳光下也能看的很清楚，既没有刺目感，也不会引起视觉疲劳，更没有射线辐射，伤害视力。所以它是高信息量信息显示的理想器件。
5. 液晶显示器件虽然所需材料都有特殊、较高的要求，但是其结构简单，而且工艺非常适应现代化规模生产。所以其生产成本不高。
正因为它具有这些特点，所以在一切小型、便携、数字、智能化仪表中具有最大竞争力；在大信息量、彩色化、微型及巨型显示领域，液晶显示器件也具有很大的潜力。
1.3 LCD发展史
1888年奥地利植物学家Friedrich Reinitzer在加热苯酸脂晶体时发现：当温度升到145.5°C时晶体融化成为乳白色粘稠的液体。再继续加热到178.5°C时乳白粘稠的液体变成完全透明的液体。后经德国卡尔斯吕爱大学教授Otto Lehmann研究，这种乳白粘稠的液体具有光学各向异性，因而建议称之为液体晶体（Liquid Crgstal）。
二十世纪二十年代，德国Heidelberg大学的Ludwig Gattermann首先合Halle大学的Daniel Vorlander则先后合成了300多种液晶，并指出液晶分子是棒状的分子。在此基础上，法国的George Frieda及Fogram-jean等对液晶的结构及光学性能作了详细的研究，并于1922年完成了液晶分类的工作，将液晶划分为：近晶相、向列相和胆甾相。
1917年Manguin发明了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性。1909年Emboss建立了攒动（Swarm）学说，并得到L.S.Ormstein 及F.Zernike等人的实验支持(1918年），后经de Genes论述为统计性起伏。
G.W.Oseen和H.Zocher1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank完善（1958年）。Ambon（1916年）和K.Lichtennecker（1926年）发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场（或磁场）作用下，
发生形变并存在电压阈值（Freederichsz 转变）。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。
液晶显示（LIQUID CRYSTAL DISPLAY）由于众多优点而成为被人们广泛应用的一种显示材料，而它的种类又有很多。
1．常用液晶的种类：
液晶产品可根据产品结构特性、显示方式、特殊工艺等几个方面进行分类。其中按结构特性分类是最基本的。而TN、STN型液晶最为普通常见，应用也最为广泛。近年来由于电脑液晶显示器的出现，使TFT型液晶显示屏成为液晶高端产品中的新星。
低端产品中TN型液晶显示器件是最常见的一种液晶显示器件。常见的手表、数字仪表、电子钟等都是TN型器件。一般来讲，只要是笔段式的液晶显示器大都是采用TN型液晶显示材料。STN型液晶显示器件在定义中被称为超扭曲向列液晶显示器件。与TN型LCD显著不同之处在于，它的分子排列的扭曲角加大，使其具有更适合多路驱动的特性。目前，几乎所有的点阵图形和大部分点阵字符液晶显示器件都是采用STN型液晶材料。
2．液晶种类如图1.1所示：
图1.1 液晶种类图表不同种类液晶简单参数如表1.1所示：
表1.1 液晶简单参数
1.4 液晶显示器发展史
想要对一件新事物产生清晰的认识，了解它的发展过程是一个比较好的办法。液晶显示器从无到有，从单色到彩色，期间风风雨雨也经历了40多年的历程，从下面的这段文字中就可以清楚地看到液晶显示器的几次技术转变过程。
液晶显示技术最早于1968年问世，不过真正运用在产品上还是在1973年。SHARP公司在其生产的小型计算器上首次采用了LCD，它所采用的是扭转向列型（Twisted Nematic，TN）液晶显示技术，画面反应时间较慢，且输出的光线亮度不高，所以称为“被动式”。这一类液晶显示器对动、静态影像的显示表现都不好。而且可视角度小，拖影现象十分明显，因此仅被应用于计算机面板、电子表及电器零件显示器，及早期的低价位笔记本电脑等对图像显示质量要求不高的设备上。
在其后的10年间，液晶显示器技术发展的十分缓慢，当1985年东芝公司推出全球第一台笔记本电脑时，液晶显示器立即与笔记本电脑融为一体，频繁地“抛头露面”。但那时的液晶显示器色彩单一，亮度很低，用户所能看到是没有色度的黑白显示屏。
一年后，（STN）液晶显示器出现了，STN是“Super Twisted Nematic”的缩写，从字面上我们就可以知道“Super Twisted Nematic”是“Twisted Nematic”的改进增强型。STN的出现首次让LCD出现了色彩，STN主要应用于一些显示屏尺寸较大要求不高的产品中。
1989年，在东芝公司的努力下，第一台彩色的DSTN显示器正式应用在笔记本电脑中，这次革新让笔记本电脑用户所面对的黑白世界瞬间进入了真正的彩色世界。DSTN是Dual Scan Tortuosity Nomograph的缩写，中文称之为“双重扫描被动式”，我们也把DSTN俗称“伪彩”。尽管实现了彩色输出，DSTN显示器依然存在着许多令人无法忍受的局限性，由于视角狭小、图像品质较差、分辨率和彩色深度低等缺点，DSTN显示只能提供EGA(640×350)分辨率，显示出16种色彩。
1994年，东芝公司又推出了专为笔记本电脑设计的TFT液晶显示屏，并且迅速登上时代的舞台，成为当今IT业界的主流选择。TFT(Thin Film Transistor)液晶即薄膜场效应晶体管液晶，是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种，其具有更高的对比度、更丰富的色彩和更新频率更快等特性，俗称“真彩”。相对于DSTN而言，TFT液晶的主要特点是为每个像素配置一个半导体开关器件，其加工工艺类似于大规模集成电路。由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以进行连续控制。这样的设计方法不仅提高了显示屏的反应时间，同时在灰度控制上也可以做到非常精确，这就是TFT色彩较DSTN更为逼真的原因。
近两年来，随着TFT制造技术的逐渐完善，产品成品率的提高，TFT的价格下降了许多，加上一些新技术的出现，使得TFT液晶显示器在响应时间、对比度、亮度、可视角度方面有了很大的进步，进一步拉近了与传统CRT显示器的差距。
目前，液晶显示器的响应时间都在50ms以下，亮度在200cdm2左右，可视度达到120°以上。
2. 液晶显示系统原理
2.1 AT89C52单片机功能原理
2.1.1 ATMEL公司介绍
ATMEL公司是美国目前著名的半导体公司之一。ATMEL公司是从生产EPROM和EPROM起家的。后来在90年代初又增加了可编逻辑器件PLD 的生产；随着单片机的广泛应用，ATMEL公司在90年代中期加入了单片机生产的行列，并生产出了AT89C51单片机，并且开始了单片机系列化的生产和应用的进程。
ATMEL公司最引人注目的是它的闪速存贮器技术和高质量，高可靠的生产技术。高性能存贮器，数字集成电路以及高度的品质一直是ATMEL引以为豪的基点。在CMOS器件的生产领域中ATMEL先进的设计水平，优秀的生产工艺以及封装技术一直处于世界的领先地位。这些技术用于单片机的生产，从而使得单片机也具有优秀的品质，无论在结构、性能、功能等方面都有明显的优势。ATMEL公司的单片机是目前世界上一种特色显著而性能卓越的单片机。
ATMEL公司在8031单片机的基础上，生产出了89系列的单片机。由于这个系列的单片机的内部存贮器是由ATMEL公司的闪速存储器技术生产出来的，所以，ATMEL公司的89系列单片机也叫做Flash单片机，在内部功能和引角上，89系列单片机和MCS－51单片机是兼容的；这样，89系列单片机就是一种十分有特色的系列，既和MCS－51兼容的Flash单片机系列。这个系列既继承了MCS－51原有的功能，而且又扩展了它的功能，提高了它的水准。
2.1.2 AT89系列单片机的特点
ATMEL89系列单片机是以8031为内核构成的，所以，它和8051系列单片机是兼容的系列。这个系列对于以8051为基础的系统来说，是十分容易
取代和构造的。
一. 89系列单片机的优点
89系列单片机对于一般用户来说，存在下列很明显的优点：
1.Flash存储器
因此在系统的开发过程中可以十分容易进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期。同时，在系统的工作过程中，能有效的保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响到信息的保存。
2.和8051插座兼容
89系列单片机的引脚是和80C51一样的，所以，当用89系列单片机取代80C51时，可以直接去代换。这时不管用40引脚还是44引脚的产品，只要用相同引脚的89系列单片机取代80C51的单片机即可。
3.静态时钟方式
89系列单片机采用静态时钟方式，所以可以节省电能，这对于降低便携式产品的功耗十分有用。
4.误编程也无废品产生
一般的OTP产品，一旦错误编程就成了废品。而89系列单片机内部采用了Flash存贮器，所以编程之后仍然可以重新编程，直到正确为止，故不存在废品。
5.可进行反复系统试验
用89系列单片机设计的系统，可以进行反复的系统试验；每次可以编入不同的程序，这样可以保证用户的设计达到最优化。而且随用户的需要和发展，还可以进行修改，使系统不断追随用户的最新要求。
二. 89系列单片机的内部结构
89系列单片机的内部结构和80C51相近，它主要包含以下一些部件：
a). 8031CPU；
b). 振荡电路；
c). 总线控制部件；
d). 中断控制部件；
e). 片内Flash存储器；
f). 片内RAM；
g). 并行IO接口；