基于點陣式液晶顯示模塊的IVC監(jiān)控系統(tǒng)
摘要： ST7920因內(nèi)置字庫而被廣泛應用，其圖形顯示的關鍵點是熟練掌握圖形顯示坐標,。在筆者所參與的獨立通氣籠盒監(jiān)控系統(tǒng)設計過程中,，利用以ST7920為控制器的液晶顯示模塊構建良好的人機交互界面,，以曲線和直方圖的方式顯示實時溫度,。系統(tǒng)可由用戶設定開啟密碼,，可以查看相關歷史數(shù)據(jù),、實現(xiàn)實驗動物生長環(huán)境及生長過程的控制,，以及回溯歷史數(shù)據(jù)、實時控制參數(shù)和環(huán)境溫度等參數(shù),。該設計對優(yōu)化控制實驗動物生長環(huán)境,、穩(wěn)定實驗動物生活習性、動物形態(tài)十分有益,。
Abstract：
Key words :
關鍵字：YMl2864R 點陣式液晶 IVC監(jiān)控
實驗動物獨立通氣籠盒(Individual Ventilated Cages,，IVC)(閉環(huán))監(jiān)控系統(tǒng)，由微控制器實現(xiàn)對籠盒風扇的通氣量,、籠盒內(nèi)部的氨含量等參數(shù)采集,，并根據(jù)這些參數(shù)來調(diào)整通氣風扇轉速，以調(diào)整籠盒的換氣率,，從而確?；\盒內(nèi)部的空氣質(zhì)量。同時,，根據(jù)相關參數(shù)指標發(fā)出警報以提醒更換過濾膜等,，實現(xiàn)對小動物生長環(huán)境的過程控制。
在整個監(jiān)控系統(tǒng)中,，人機交互界面部分用于顯示整個實驗動物生長環(huán)境過程中的控制歷史數(shù)據(jù),、實時控制參數(shù)和環(huán)境溫度參數(shù)等,。
本文采用以ST7920為控制器的YMl2864R點陣式液晶顯示模塊(LCD Module，LCM)構成了整個IVC監(jiān)控系統(tǒng)的人機界面部分,。YM12864R點陣式液晶顯示模塊具有靈活的接口方式和簡單的操作指令,，構成的全中文人機交互圖形界面既可以顯示8×4行16×16點陣的漢字，也可以顯示圖形,。模塊內(nèi)部設有2MB的中文字型CGROM和64×256點陣的GDRAM繪圖區(qū)域,；同時，提供4組可編程控制的16×16點陣造字空間,。
1 點陣式液晶硬件接口設計
以ST7920為控制器的YM12864R點陣式液晶顯示模塊和單片機之間的接口方式有并行和串行兩種,。本文采用串行接口方式，單片機選用AVR公司的ATmega16,。接口電路如圖1所示。其中,，PC4控制串行的片選信號(CS),，低電平有效；PC5控制串行的數(shù)據(jù)線(SID),；PC6控制串行的時鐘輸入(CLK),。ST7920通過VCC(+5 V)和GND之間串聯(lián)一個10 kΩ的電阻來控制背光強度。如果不需要調(diào)節(jié)對比度,，可以直接將VLCD引腳接VCC(+5 V),，此時對比度最大。
2 文本顯示及繪圖顯示
2.1 文本顯示
ST7920可以顯示半寬的HCGROM字型,、CGRAM字型以及中文CGROM三種字型,，通過在DDRAM中寫入的編碼選擇。文本顯示DDRAM提供8個×4行的漢字空間,，如下所示：
字型編碼如下：
①顯示半寬HCGROM字型,。將1字節(jié)寫入DDRAM中，范圍為02H～7FH的編碼,。
②顯示半寬CGRAM字型,。將2字節(jié)編碼寫入DDRAM中，總共有0000H,、0002H,、0004H、0006H四種編碼,。
③顯示中文CGROM字型,。將2字節(jié)編碼寫入DDRAM中，范圍為A1AOH～FTFFH(GB碼)或A140H～D75FH(BIG5碼)的編碼,。
2.2 繪圖顯示
繪圖顯示GDRAM提供128×8字節(jié)的記憶空間,。在更改繪圖RAM時,，先連續(xù)寫入水平與垂直的坐標值，再寫入2個字節(jié)的數(shù)據(jù)到繪圖RAM中,，而地址計數(shù)器(AC)會自動加1,。在寫入繪圖顯示RAM的期間，繪圖顯示功能必須關閉,。整個寫入繪圖RAM的步驟如下：
①關閉繪圖顯示功能,；
②先將水平的位元組坐標(X)寫入繪圖RAM地址，再將垂直的坐標(Y)寫入繪圖RAM地址,；
③依次將D15～D8和D7～D0寫入RAM中,；
④打開繪圖顯示功能。
圖形顯示坐標如圖2所示,。其中,，水平方向X以字節(jié)單位，垂直方向Y以位為單位,。
3 字符反白
在實現(xiàn)人機交互界面菜單時,，字符反白可以表示菜單中不同選項被選中的狀態(tài)。液晶顯示模塊YM12864R的使用手冊中提供了對應行的反白指令,，但在原理上ST7920控制器的128×64點陣液晶等同于256×32點陣,，第3行對應的文本顯示(DDRAM)地址緊接著第1行，第4行對應的文本顯示(DDRAM)地址緊接第2行,。因此,，用戶對第1行執(zhí)行反白顯示操作時，第3行必然也反白顯示,；對第2行執(zhí)行反白操作時,，第4行也必然反白?？梢?，使用手冊中自帶的反白指令不能實現(xiàn)任意字符的反白。
為了解決上述問題,，可以將圖形顯示和字符顯示結合起來使用,。在ST7920控制器中，文本顯示的DDRAM和圖形顯示的GDRAM是相互獨立的,，而最后顯示到液晶上的結果則是,，文本顯示DDRAM中數(shù)據(jù)和圖形顯示GDRAM中數(shù)據(jù)的異或結果。
如果要在液晶顯示模塊的某個點上呈現(xiàn)反白顯示,，那么就在該點繪圖并且顯示文本,；如果要取消反白，只需用全“0”擦掉該點的繪圖,。這樣,，就可以實現(xiàn)YM12864R的任意字符的反白,。
字符反白程序流程如圖3所示。其中,，base_x表示繪圖起始的行地址,；Y_Pos表示繪圖起始的列地址；第1行至第4行的起始地址分別是(0x80,，0x80),，(0xS0，0xg0),，(0x88,，0xS0)和(0x88，0x90),。
反白就是在需要反白的區(qū)域進行繪圖,，即在這個區(qū)域寫進0xff。清除一個區(qū)域的反白,，就是對需要清除反白的區(qū)域清除繪圖,，即在這個區(qū)域寫進0x00。
在整個繪圖的過程中,，橫向地址指針是自動進行加1運算的，所以只需要確定這一行的首地址橫坐標,；而縱坐標的地址不進行自動加1運算,，需要在程序中修正，每次修正是以像素為基本單位的,。
字符反白顯示實例如圖4所示,。
4 任意位置顯示任意大小圖形
在實現(xiàn)人機交互界面時，圖文結合是常見的一種方式,。本文嘗試一種任意位置顯示任意大小圖形(橫向尺寸以字節(jié)為基本單位,，縱向尺寸以位為基本單位)的方法，為人機交互界面的圖形結合設計提供了捷徑,。
4.1 任意位置顯示任意大小圖形程序
任意位置顯示任意大小圖形程序流程如圖5所示,。其中，x1和y1表示所畫圖的起始點相對于液晶屏幕左上角起始點(0xS0,，0x80)的距離(橫向x1以字節(jié)為基本單位,，縱向y1以位為基本單位)；x表示所畫圖的起始橫坐標地址,；y表示所畫圖的起始縱坐標地址,；Write_command()函數(shù)用于向液晶中寫命令；templ表示圖形的縱向尺寸(以像素為單位),。
繪圖時,，如果所畫的圖形只涉及上半屏(或下半屏),，那么在寫地址時可以不考慮地址跨越上下半屏的調(diào)整，只需要在所畫圖形的初始處寫好行地址和列地址：
Write_command(y+templ),；
Write_command(x),；
在繪圖過程中，橫坐標地址指針會在寫數(shù)據(jù)的過程中自動加1,，因此只需要寫出這一行的首地址,；但縱坐標地址指針不會自動加1，需要在程序中修正,。
4.2 任意位置顯示任意大小圖形實例
任意位置顯示任意大小圖形實例如圖6(a)～(c) 所示,。
結 語
ST7920因內(nèi)置字庫而被廣泛應用，其圖形顯示的關鍵點是熟練掌握圖形顯示坐標,。在筆者所參與的獨立通氣籠盒監(jiān)控系統(tǒng)設計過程中,，利用以ST7920為控制器的液晶顯示模塊構建良好的人機交互界面，以曲線和直方圖的方式顯示實時溫度,。系統(tǒng)可由用戶設定開啟密碼,，可以查看相關歷史數(shù)據(jù)、實現(xiàn)實驗動物生長環(huán)境及生長過程的控制,，以及回溯歷史數(shù)據(jù),、實時控制參數(shù)和環(huán)境溫度等參數(shù)。該設計對優(yōu)化控制實驗動物生長環(huán)境,、穩(wěn)定實驗動物生活習性,、動物形態(tài)十分有益。
在整個監(jiān)控系統(tǒng)中,，人機交互界面部分用于顯示整個實驗動物生長環(huán)境過程中的控制歷史數(shù)據(jù),、實時控制參數(shù)和環(huán)境溫度參數(shù)等,。
本文采用以ST7920為控制器的YMl2864R點陣式液晶顯示模塊(LCD Module，LCM)構成了整個IVC監(jiān)控系統(tǒng)的人機界面部分,。YM12864R點陣式液晶顯示模塊具有靈活的接口方式和簡單的操作指令,，構成的全中文人機交互圖形界面既可以顯示8×4行16×16點陣的漢字，也可以顯示圖形,。模塊內(nèi)部設有2MB的中文字型CGROM和64×256點陣的GDRAM繪圖區(qū)域,；同時，提供4組可編程控制的16×16點陣造字空間,。
1 點陣式液晶硬件接口設計
以ST7920為控制器的YM12864R點陣式液晶顯示模塊和單片機之間的接口方式有并行和串行兩種,。本文采用串行接口方式，單片機選用AVR公司的ATmega16,。接口電路如圖1所示。其中,，PC4控制串行的片選信號(CS),，低電平有效；PC5控制串行的數(shù)據(jù)線(SID),；PC6控制串行的時鐘輸入(CLK),。ST7920通過VCC(+5 V)和GND之間串聯(lián)一個10 kΩ的電阻來控制背光強度。如果不需要調(diào)節(jié)對比度,，可以直接將VLCD引腳接VCC(+5 V),，此時對比度最大。
2 文本顯示及繪圖顯示
2.1 文本顯示
ST7920可以顯示半寬的HCGROM字型,、CGRAM字型以及中文CGROM三種字型,，通過在DDRAM中寫入的編碼選擇。文本顯示DDRAM提供8個×4行的漢字空間,，如下所示：
字型編碼如下：
①顯示半寬HCGROM字型,。將1字節(jié)寫入DDRAM中，范圍為02H～7FH的編碼,。
②顯示半寬CGRAM字型,。將2字節(jié)編碼寫入DDRAM中，總共有0000H,、0002H,、0004H、0006H四種編碼,。
③顯示中文CGROM字型,。將2字節(jié)編碼寫入DDRAM中，范圍為A1AOH～FTFFH(GB碼)或A140H～D75FH(BIG5碼)的編碼,。
2.2 繪圖顯示
繪圖顯示GDRAM提供128×8字節(jié)的記憶空間,。在更改繪圖RAM時,，先連續(xù)寫入水平與垂直的坐標值，再寫入2個字節(jié)的數(shù)據(jù)到繪圖RAM中,，而地址計數(shù)器(AC)會自動加1,。在寫入繪圖顯示RAM的期間，繪圖顯示功能必須關閉,。整個寫入繪圖RAM的步驟如下：
①關閉繪圖顯示功能,；
②先將水平的位元組坐標(X)寫入繪圖RAM地址，再將垂直的坐標(Y)寫入繪圖RAM地址,；
③依次將D15～D8和D7～D0寫入RAM中,；
④打開繪圖顯示功能。
圖形顯示坐標如圖2所示,。其中,，水平方向X以字節(jié)單位，垂直方向Y以位為單位,。
3 字符反白
在實現(xiàn)人機交互界面菜單時,，字符反白可以表示菜單中不同選項被選中的狀態(tài)。液晶顯示模塊YM12864R的使用手冊中提供了對應行的反白指令,，但在原理上ST7920控制器的128×64點陣液晶等同于256×32點陣,，第3行對應的文本顯示(DDRAM)地址緊接著第1行，第4行對應的文本顯示(DDRAM)地址緊接第2行,。因此,，用戶對第1行執(zhí)行反白顯示操作時，第3行必然也反白顯示,；對第2行執(zhí)行反白操作時,，第4行也必然反白?？梢?，使用手冊中自帶的反白指令不能實現(xiàn)任意字符的反白。
為了解決上述問題,，可以將圖形顯示和字符顯示結合起來使用,。在ST7920控制器中，文本顯示的DDRAM和圖形顯示的GDRAM是相互獨立的,，而最后顯示到液晶上的結果則是,，文本顯示DDRAM中數(shù)據(jù)和圖形顯示GDRAM中數(shù)據(jù)的異或結果。
如果要在液晶顯示模塊的某個點上呈現(xiàn)反白顯示,，那么就在該點繪圖并且顯示文本,；如果要取消反白，只需用全“0”擦掉該點的繪圖,。這樣,，就可以實現(xiàn)YM12864R的任意字符的反白,。
字符反白程序流程如圖3所示。其中,，base_x表示繪圖起始的行地址,；Y_Pos表示繪圖起始的列地址；第1行至第4行的起始地址分別是(0x80,，0x80),，(0xS0，0xg0),，(0x88,，0xS0)和(0x88，0x90),。
反白就是在需要反白的區(qū)域進行繪圖,，即在這個區(qū)域寫進0xff。清除一個區(qū)域的反白,，就是對需要清除反白的區(qū)域清除繪圖,，即在這個區(qū)域寫進0x00。
在整個繪圖的過程中,，橫向地址指針是自動進行加1運算的，所以只需要確定這一行的首地址橫坐標,；而縱坐標的地址不進行自動加1運算,，需要在程序中修正，每次修正是以像素為基本單位的,。
字符反白顯示實例如圖4所示,。
4 任意位置顯示任意大小圖形
在實現(xiàn)人機交互界面時，圖文結合是常見的一種方式,。本文嘗試一種任意位置顯示任意大小圖形(橫向尺寸以字節(jié)為基本單位,，縱向尺寸以位為基本單位)的方法，為人機交互界面的圖形結合設計提供了捷徑,。
4.1 任意位置顯示任意大小圖形程序
任意位置顯示任意大小圖形程序流程如圖5所示,。其中，x1和y1表示所畫圖的起始點相對于液晶屏幕左上角起始點(0xS0,，0x80)的距離(橫向x1以字節(jié)為基本單位,，縱向y1以位為基本單位)；x表示所畫圖的起始橫坐標地址,；y表示所畫圖的起始縱坐標地址,；Write_command()函數(shù)用于向液晶中寫命令；templ表示圖形的縱向尺寸(以像素為單位),。
繪圖時,，如果所畫的圖形只涉及上半屏(或下半屏),，那么在寫地址時可以不考慮地址跨越上下半屏的調(diào)整，只需要在所畫圖形的初始處寫好行地址和列地址：
Write_command(y+templ),；
Write_command(x),；
在繪圖過程中，橫坐標地址指針會在寫數(shù)據(jù)的過程中自動加1,，因此只需要寫出這一行的首地址,；但縱坐標地址指針不會自動加1，需要在程序中修正,。
4.2 任意位置顯示任意大小圖形實例
任意位置顯示任意大小圖形實例如圖6(a)～(c) 所示,。
結 語
ST7920因內(nèi)置字庫而被廣泛應用，其圖形顯示的關鍵點是熟練掌握圖形顯示坐標,。在筆者所參與的獨立通氣籠盒監(jiān)控系統(tǒng)設計過程中,，利用以ST7920為控制器的液晶顯示模塊構建良好的人機交互界面，以曲線和直方圖的方式顯示實時溫度,。系統(tǒng)可由用戶設定開啟密碼,，可以查看相關歷史數(shù)據(jù)、實現(xiàn)實驗動物生長環(huán)境及生長過程的控制,，以及回溯歷史數(shù)據(jù),、實時控制參數(shù)和環(huán)境溫度等參數(shù)。該設計對優(yōu)化控制實驗動物生長環(huán)境,、穩(wěn)定實驗動物生活習性,、動物形態(tài)十分有益。
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