1 引言
隨著科技的飛速發(fā)展,，電腦的日益普及,，人類文明踏入數(shù)字化時代的不斷成功，數(shù)字化已經(jīng)滲透到人類社會的各個角落,。而顯示器是人與機器溝通的重要界面,，早期以顯像管顯示器為主，但隨著科技不斷進步,，各種顯示技術(shù)不斷涌現(xiàn),。液晶顯示器件作為一種成熟的平板顯示器件，它獨具的低壓,、微功耗特性使之可以直接與大規(guī)模集成電路結(jié)合而開發(fā)出一系列具有顯示功能的產(chǎn)品,。這些產(chǎn)品不僅改變了人類生活甚至改變了整個社會?？梢哉f,，有信息的地方就離不開顯示，凡是需要顯示的地方就有液晶的用武之地,，因此對 LCD" title="LCD">LCD顯示技術(shù)的研究和學(xué)習(xí)具有很高的實際應(yīng)用意義,。
2 系統(tǒng)" title="系統(tǒng)">系統(tǒng)工作原理及總體設(shè)計" title="設(shè)計">設(shè)計
2.1系統(tǒng)工作原理
本系統(tǒng)將應(yīng)用單片機技術(shù)開發(fā)一種便捷的LCD圖文顯示" title="圖文顯示">圖文顯示設(shè)備，采用上/下位機設(shè)計方式,，通過 USB" title="USB">USB通訊方式實現(xiàn)信息傳輸,。具體工作原理是：上位機（ PC機）首先安裝驅(qū)動程序和 PC應(yīng)用軟件,，然后將下位機系統(tǒng)安裝到主機機箱上，將 USB插頭插入主機（或在機箱內(nèi)接入）,，經(jīng)主機正確識別后,，運行 PC應(yīng)用軟件生成要顯示的點陣數(shù)據(jù),，通過 USB接口將數(shù)據(jù)向下傳輸,， LCD圖文顯示設(shè)備通過單片機控制與主機進行數(shù)據(jù)通訊，將要顯示的點陣數(shù)據(jù)存儲到下位機存儲單元中,，在取得要顯示的數(shù)據(jù)之后,，下位機系統(tǒng)便可實現(xiàn)顯示，比如系統(tǒng)時間,、CPU占用率,、內(nèi)存占用率等等。如果不是安裝到機箱上,，該系統(tǒng)還可作為便攜設(shè)備,，用來顯示一些其他的信息，比如上次關(guān)機時間,、 CPU占用率,、內(nèi)存占用率或者作為便攜記事本等。
2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計
LCD圖文顯示系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示,。單片機 AT89C52是整個 LCD顯示系統(tǒng)的控制核心,，主要完成以下的控制功能：配合 PC機控制 USB通信電路完成硬件檢測、列舉,、連接及數(shù)據(jù)的雙向傳輸,；控制 LCD顯示電路完成 PC機數(shù)據(jù)的顯示；控制存儲電路完成數(shù)據(jù)的存取等,。
3 硬件電路設(shè)計
基于 USB總線的 LCD圖文顯示系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個部分：USB通信電路部分,、LCD顯示部分、存儲管理部分,。模塊的功能都是在以 AT89S52為核心的硬件平臺上實現(xiàn)的,。
3.1 USB接口電路設(shè)計
CH372是一個 USB 總線的通用設(shè)備接口芯片，是 CH371的升級產(chǎn)品,，是CH375芯片的功能簡化版,。CH372內(nèi)置了USB 通訊中的底層協(xié)議，具有省事的內(nèi)置固件模式和靈活的外置固件模式,。在內(nèi)置固件模式下,，CH372自動處理默認端點0的所有事務(wù)，本地端單片機只要負責(zé)數(shù)據(jù)交換,，所以單片機程序非常簡潔,。在外置固件模式下,，由外部單片機根據(jù)需要自行處理各種USB 請求，從而可以實現(xiàn)符合各種 USB 類規(guī)范的設(shè)備,。
圖 2是單片機與 CH372的連接簡圖,， CH372的 D0～D7是專用于與單片機連接的并行口，接到單片機的 P0口,；片選端接地,，始終處于選通狀態(tài)； RD和 WR分別接到單片機的對應(yīng)端,，INT＃是中斷申請端,，接到單片機 INT0上。在本地端,，CH372芯片以內(nèi)置的固件程序自動處理了 USB通訊中的基本事務(wù),，A0引腳與 P3.7相接，當(dāng) A0引腳為高電平時選擇命令端口,，可以寫入命令,；當(dāng) A0引腳為低電平時選擇數(shù)據(jù)端口，可以讀寫數(shù)據(jù),。
3.2 存儲模塊設(shè)計
系統(tǒng)利用三片 24LC64 來作為擴展的存儲器模塊,，每片容量為 8KB，共 24KB,。它們通過 I2C方式與此平臺的微處理器 AT89S52相連,。芯片引腳 A0,A1, A2用來作為片選，它們直接連接邏輯“0”或者邏輯“ 1",。定義：A2A1A0=000時選中第一片,， A2A1A0=001和 010時分別選中第二片和第三片。每片 24LC64均需要 13位地址(A0-A12 ),。但在微處理器發(fā)出具體字地址之前首先要發(fā)出控制字節(jié),。控制字節(jié)的組成為： 1010+ "A2AlA0" +R/W位,?？刂谱止?jié)用來確定具體是對哪一個存儲芯片進行讀或者寫操作。被選中的存儲器芯片向微處理器發(fā)送確認信號,，微處理器確認后將發(fā)送具體的 13位地址,，A0-A12作為低 13位地址用來進行片內(nèi)地址的確定。如此,，程序中設(shè)定的第一片 24LC64的起止地址即為:0000F-1FFF,，第二片 24LC64的起止地址為 2000F-3FFF，第三片 24LC64的起止地址為 4000F-5FFF,。這樣編址可以使得本是獨立的三片存儲器統(tǒng)一起來,，且地址依次遞增,。
3.4 電源部分設(shè)計
本系統(tǒng)的電源部分使用 LM7805芯片進行穩(wěn)壓后提供單片機 5V的電壓。其電源部分電路的設(shè)計如圖 4所示,。該電源部分電路,，使用四個 1N4004二極管構(gòu)成整流橋，可以輸入直流或是交流 9V電源,，然后再通過 7805穩(wěn)定到 5V供單片機工作,。固定式三端穩(wěn)壓電源 7805是由輸出腳 Vo，輸入腳 Vi和接地腳 GND組成,，它的穩(wěn)壓值為 +5V,，它屬于 LM78XX系列的穩(wěn)壓器，輸入端接電容可以進一步的濾波,，輸出端也要接電容可以改善負載的瞬間影響，電路的穩(wěn)定性也比較好,。
4 軟件設(shè)計
軟件部分由三個部分組成：單片機系統(tǒng)運行程序,、主機 PC上的 USB設(shè)備驅(qū)動程序和主機上的客戶應(yīng)用程序。單片機系統(tǒng)運行程序按功能可以劃分為 USB通信程序,、單片機對擴展存儲器訪問程序和 LCD顯示程序,，其中 USB通信程序的功能是實現(xiàn) USB設(shè)備枚舉和數(shù)據(jù)傳輸；設(shè)備驅(qū)動程序是連接設(shè)備和主機應(yīng)用程序的紐帶,，它向上提供應(yīng)用程序的訪問接口(API),，向下則實現(xiàn)對具體設(shè)備的訪問和管理功能，在 USB體系的中間起到信息轉(zhuǎn)換和傳遞的中介作用,。本系統(tǒng)采用 Driverworks開發(fā)WDM型USB設(shè)備驅(qū)動程序,；應(yīng)用程序是以 .NET為平臺進行開發(fā)的，主要功能是在設(shè)備驅(qū)動程序中查找設(shè)備,，與設(shè)備交換數(shù)據(jù),，并將設(shè)備發(fā)送來的數(shù)據(jù)進行處理和顯示。
PC軟件在開始時,，先進行控件及窗體的初始化,，然后可以錄入數(shù)據(jù)（漢字、英文字母,、數(shù)字或時間）,，選擇字體及字號，并對所加載數(shù)據(jù)通過點陣生成算法生成下位機數(shù)據(jù),。然后進行數(shù)據(jù)傳輸,，如果 PC軟件找到設(shè)備即可與之進行通信（首先主機能發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)備并正常驅(qū)動），否則跳出 USB傳輸模塊并返回,。在下位機固件程序中,，在設(shè)備接入主機后,，首先對下位機進行系統(tǒng)初始化，然后進行 USB連接,，被主機識別并能正常驅(qū)動,，進入正常使用狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)傳輸,。如果有 PC數(shù)據(jù)傳輸,，則調(diào)用通訊模塊接收數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入下位機存儲器,，然后調(diào)用讀數(shù)據(jù)模塊與顯示模塊進行顯示,；否則直接執(zhí)行讀數(shù)據(jù)模塊并調(diào)用顯示模塊進行顯示（顯示上次存儲的數(shù)據(jù)）。系統(tǒng)軟件的流程圖如圖 5所示,。
5 總結(jié)
本文的創(chuàng)新點是將 USB串行總線和液晶顯示技術(shù)引入到圖文顯示系統(tǒng)中,，使系統(tǒng)具有使用簡單、即插即用,、熱插拔,、開放性、高速,、穩(wěn)定,、可靠性高和低功耗、體積小,、質(zhì)量輕,、使用簡單等優(yōu)點；其次,，通過擴展存儲芯片,，使系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)信息存儲功能，從而作為便攜器,，用作信息的閱讀工具,。