第三章 LCD 的介紹
3.2 LCD 硬體說明
● 多種控制指令如清除顯示器，游標歸位 ( Cursor Home ) ，顯 示器關閉/開啟，游標關閉/開啟、字元閃爍，游標移位、顯示移 位等等。
3.2 LCD 硬體說明
下表為文字型 LCD 接腳說明
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欄位 接腳符號 方向 名稱及功能
( Instruction Register ) ；若輸入”0”，
做讀取動作則可讀取忙碌旗標 ( Busy flag ) DB4~DB7 有用到，DB0~DB3 不必連接。
(1) 暫存器 ( Registers ) ，: LCD 共有兩個八位元暫存器，即指令
(3) 位址計數器 ( Address Counter ， AC ) ，位址計數器可產生 DD
20H~7FH 與 ASCII 相同，A0H~DFH 為日文字型，E0H~FFH 為 32 個 5*10 字型。所以，可看出字元碼並不連續，有些碼沒用到。
(6) 字元產生器 RAM ( Character Generator RAM ， CG RAM ) ，使 用者可自行設計任意的 5*7 點矩陣字型，字型輸入資料先寫入 CG RAM ，再將對應的字元碼寫入 DD RAM ，就可以顯示字型了。 CG RAM 共有 64 個 bytes ，每個字型佔用 8 個 bytes ，對應 00H~07H 八個 字元碼，即 CG RAM 的 0~7 bytes 對應字元碼 00H，8~15 bytes 對 應字元碼 01H ，依此類推。若未設計字型，則 CG RAM 可由使用者 自由運用。
(7) 時序產生器 ( Timing Generator ) ，供應 DD RAM ， CG RAM ， 及 CG ROM 內部運作之時序信號。
(8) 游標/閃爍控制器 ( Cursor / Blink Controller ) ，用來產生一 個游標和一個閃爍的字元，顯示在 DD RAM 目前位址所指的顯示位 置，游標為字元下的一條橫線。
(9) 並列對串列轉換器 ( Parallel-to-Serial Converter ) ，將 CG ROM 或 CG RAM 中讀出的並列資料轉成串列資料送到顯示驅動器 ( display driver ) 。
(10) 偏壓產生器 ( Blias Voltage Generator ) ，用來產生液晶顯示 器 ( LCD ) 顯示時所需的偏壓準位。
(11) LCD 驅動器 ( LCD Driver ) ，此電路接收顯示資料，時序信號 和偏壓來產生共用背景顯示及各段顯示信號。
(12) LCD 面板 ( LCD Panel ) ，點矩陣液晶顯示面板，有一列 16 字，
兩列 16 字，兩列 20 字及兩列 40 字等種類。字元與字元間有一個點 距離的間隙。
3.3 暫存器及指令碼說明
下表為 LCD 指令控制碼一覽表
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位元值
6 寫
要由使用者所設定位址是 CG RAM 位址或 DD RAM 位址決定 ( 第 7 或第 8 項 ) 。
右邊一行為每個指令的執行時間 ( Execution time ) ，此為使 用者每一次讀寫 LCD 暫存器後要等待的時間，因為 LCD 控制器本身 接收一個指令後，在內部做處理及運算，需要花費時間，此時間過後 CPU 才可再下另一 LCD 控制指令，否則會被忽略。各指令說明如下：
(1)清除顯示器 ( Display clear ) ，將 DD RAM 內資料皆填入空白 碼 ( space code ) 20H 。位址計數器清為零。若顯示移位過，也 會恢復原始位置。執行此指令，使所有顯示消失，游標及字元閃爍 位置移到左上角。指令碼為：
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
(2)顯示/游標歸位 ( Display/Cursor Home ) ，位址計數器清為零，
顯示恢復原始位置，游標移到左上角。 DD RAM 中資料無影響。指 令碼為：
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X (3)進入模式設定 ( Entry Mode Set ) ，指令碼為：
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S
I/D：位址計數器遞增 ( I/D=1 ) 或遞減 ( I/D=0 ) ，每讀寫 DD RAM 中字元碼一次則位址計數器加一或減一。游標顯示之位置亦同時向右 ( I/D=1 ) 或向左 ( I/D=0 ) 移一個位置。讀寫 CG RAM 時亦相同 效果。
S：當 S=1 ，寫入一個字元碼到 DD RAM 時，整個顯示幕向左 ( I/D=1 ) 或向右 ( I/D=0 ) 移一格位置，而游標仍停留在相對的顯示位置。
當 S=0 ，顯示幕不移動。寫入 CG RAM 時，顯示幕不移動。
(4)顯示啟/閉 (Display ON/OFF ) ，指令碼為：
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 1 D C B
D ( Display ) ：當 D=1，顯示幕開啟 ( turn on ) 。當 D=0，顯 示幕關閉 ( turn off ) ，顯示資料仍保存在 DD RAM 中。
C ( Cursor ) ：當 C=1，游標被顯示在位址計數器所指的位置上。
當 C=0，游標不會出現。游標是在 5*8 矩陣的第 8 列五個點構成，餘 5*7 點為字型。對 5*10 之字型則在第 11 列的五個點構成。
B ( Blink ) ：當 B=1，在游標位置的字元會閃爍，閃爍方式為所有 5*8 的點 ( 含游標 ) 變黑 409.6ms ，然後字元出現 409.6ms ，如 此交替顯示所有點及字元而成閃爍現象。
(5)顯示/游標歸位 ( Display/Cursor Shift ) ，顯示幕和/或游標被 向右或向左移動。對於雙列顯示器游標會從第一列的第 40 個位置移 到第二列的第一個位置，但移到第二列第 40 個位置後不會歸回原 點，而是移到第二列第一個位置。指令碼為：
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 1 S/C R/L X X S/C R/L
0 0 游標向左移 ( AC ← AC-1 ) 0 1 游標向右移 ( AC ← AC+1 ) 1 0 整個顯示幕和游標向左移 1 1 整個顯示幕和游標向右移
(6)功能設定 ( Function Set ) ，此指令一定要在所有其他指令碼之 前。指令碼為：
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 DL N F X X
DL ( Data Length ) ：選擇介面資料長度， DL=1 為 2-bit 資料轉 移 ( Transfer ) ， DL=0 為 4-bit 資料轉移。使用 4-bit 資料轉 移時，一個完整字元資料要讀或寫兩次。
F ( Font ) ： F=1，5*10 點矩陣。 F=0，5*7 點矩陣。
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N ( Number of display line ) ：選擇顯示之列數為雙列或單列， N=0 表單列 ( Single line ) 。 N=1 表示雙列 ( dual line ) ，若單 列顯示器以雙列定址方式仍要選 N=1。
(7)字元產生器 RAM 位址設定 ( CG RAM Address Set ) ，可將 CG RAM 位址載入位址計數器中，位址由 6 個位元所組成。指令碼為：
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 1 A A A A A A
A：Address bit
(8)顯示資料 RAM 位址設定 ( DD RAM Address Set ) ，可將 DD RAM 位址載入位址計數器中，位址由 7 個位元所組成。指令碼為：
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 A A A A A A A
A：Address bit (9)忙碌旗標/位址計數器讀取 ( Busy flag/Address Counter
Read ) ，指令碼為：
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 1 BF A A A A A A A
A：Address bit
BF=1，表示 LCD 正在執行內部運作，並且不接受新的指令。 BF 可 由 RS=0 時讀取位元 7 得到旗標狀態，BF=0 才可輸入下一指令。
AC ( Address Counter ) 可產生 DD RAM 及 CG RAM 之位址。位址 值及選擇哪一個 RAM 可一次寫入指令暫存器決定之。
(10)字元產生器 RAM /顯示資料 RAM 的資料寫入 ( CG RAM / DD RAM Data Write ) ，資料是寫入 CG RAM 還是 DD RAM 中的哪一個位址，
皆由先前所下的位址設定指令決定。指令碼為：
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 0 D D D D D D D D
D：Data bit
(11)字元產生器 RAM /顯示資料 RAM 的資料讀取 ( CG RAM / DD RAM Data Read ) ，資料是由 CG RAM 還是 DD RAM 中的哪一個位址讀 出，皆由先前所下的位址設定指令決定，與寫入類似。讀或寫資料 都會使位址自動加一或減一。指令碼為：
RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 1 D D D D D D D D
D：Data bit 3.4 軟體規畫
要令 LCD 顯示文字，首先要寫入指令暫存器 ( IR ) 規劃 LCD 各 項功能、模式，接著將字元碼 ( ASCII )寫入資料暫存器 ( DR ) 移 入 DD RAM 中，即可顯示字元。適當地在每個指令後加些延遲，大於 LCD 指令控制表內所列之執行時間，這樣可省卻測試忙碌旗標 ( BF ) 之 動作。下圖為軟體流程：
POWER ON RESET 或 Instruction RESET
↓
顯示 DD RAM 字元 3.5 LCD 重置及初始化
LCD 有一個內部重置電路 ( Internal Reset Circuit ) ，只要 電源電壓 ( VDD 腳 ) 在 10ms 內上升到 4.5V 以上，即可產生 Power
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ON Reset ，並做 LCD 初始化工作如下： ( 初始化時 BF=1， VDD 達 3.5V 後約延續 10msec ， BF 才降為 0 ) 。
● 清除顯示 ( Clear Display )
● 功能設定， DL=1， N=0， F=0•8 位元介面，單列顯示，5*7 點矩陣字形。
● 顯示關閉， D=0， C=0， B=0。顯示幕、游標，閃爍功能關閉。
● 進入模式， I/D=1， S=0。遞增模式，顯示幕不移動。
第四章 實作
□ 單晶片可以使用 89C51 系列晶片及 LO51 晶片(ISP 型 8051 晶片)
□使用 LO51 晶片可以擴充簡易 ICE 模擬器功能
□使用 LO51 晶片免燒錄，免 ICE 可由串列介面下載程式碼來執行
□一組 4X4 鍵盤輸入
□ 壓電喇叭或一般喇叭輸出
□ 含文字型 LCD 介面(16X2)
□ 含斷電資料保存介面 93C46
□ 1 組 5V 繼電器界面 連接座:
J0 2P MOLAX 腳座 +9V/GND 電源輸入 - 48 -
J1 2P MOLAX 腳座 +5V/GND 電源輸入 J2 7X2 LCD 母座
J3 8P 母座 連接 4X4 鍵盤
J4 20X2 多功能 I/O 擴充接腳，有 3 種功能:
功能 : 20X2 排針座，經由 40 PIN 排線可以擴充簡易 ICE 模擬器功 能。當做簡易 ICE 模擬器功能時，原先在 IO51 板上的硬體 零件會造成負載效應，查看電路圖，取下必要的 IC， 才能 經由 40 PIN 排線送出標準的 8051 控制信號。
J0 9V DC 接頭 中間為 +9V 零件表
積體電路 IC: IC 座 編號 規格
LCD 16X2 文字型 LCD U1 ISP LO64 40P IC 座 U2 7660 8P IC 座 U3 DA08 16P IC 座 U4 7805 加散熱片
電容 : 電解電容有極性(長腳為正)，陶瓷電容無極性 - 49 -
C1 10 uF 陶瓷電容 C2 10 uF 陶瓷電容 C3 100 uF 電解電容 C4 100 uF 電解電容 C5 100 uF 電解電容
電晶體 : Q1、Q2 2SC945 X4 有極性 (底視圖 由左至右 ECB) 二極體 : D1、D2 LED X2 有極性(長腳為正)
其他 :
X1 石英振盪晶體 11.0592 MHz RY1 5V 繼電器
SW1 4 P 按鍵開關 BZ 壓電喇叭 4X4 鍵盤
基本知識如下:
LCD 是插在 J2 7X2 LCD 母座上。
J3 8P 母座用來連接 4X4 鍵盤
8051 控制板 DIY 不動作時，常見的問題有以下幾種:
□ 8051 不動作
□ 零件接腳極性方向插錯
□焊接不良
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8051 要動作，基本電路(以下 6 接腳)要接對
<1>8051 接腳 40 電源是否接 5V
<2>8051 接腳 20 接地是否接地
<3>8051 接腳 18 19 是否接石英震盪晶體
<4>8051 接腳 31 EA 是否接 5V
<5>8051 接腳 9 重置是否接對
□準備必要電源及串列介面傳輸線
接著要自備 +5v 電源或是 +9V 電源 或是 9V 直流電源(350 mA) 接頭中間為正。
□ 如何觀察原始程式 ：
以文書處理器查看 PA.ASM。
□ 如何執行程式 ： 1.準備一 +5V 電源。
2.經由 2 PIN 電線接至 J1 接點(紅色+5V，黑色接地) 3 .打開電源，工作 LED 閃爍，表示開機正常。
4.原定密碼為 "1234"。
5.按 B 鍵 : 檢查密碼輸入，輸入 4 位密碼，若正確則繼電器開啟約 2 秒後關閉，表示打開門鎖，若密碼比對錯惡則警報響起。
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7.按 A 鍵 : 輸入新的 4 位密碼，關機後資料可以永久保存。
□ 組譯有錯時怎辦 :
組譯有錯時會自動跳出批次檔，而結束程式執行，可以文書處理器 查看檔案，看看到底錯在那邊。
第五章 總結
5.1 實驗心得
在這個專題裡遇到許多困難，首先在於如何推動這 8051 晶片，書 上提到需要 5V 的電源可是在各個電子專賣店裡總是找不到 5V 的電源 供應器，更別說是 1.5V 的電池了怎麼樣也串不到 5V，在參考了許多書 與詢問同學後，發現有一種藉由 9V 的電源供應器、7805 跟 5V 穩壓 IC，
才完成了自制 5V 電源，對於燒 IC 為了不必要的損失，決定使用 89C51 可重覆燒錄，也對 8051 這個 IC 更了解了，也深深感到這個 IC 其強大 的功能。雖然這只是一個小小的專題，不過我相信若是在這個小小的 基礎上，繼續研究的話，以後或許會有更深的發現。
5.2 問題討論
Ｑ１：程式如何燒錄進ＩＣ？
Ａｎｓ：這是我準備將程式燒進８０５１時所遇到的問題，向器材室 詢問得知，器材室有一台８０５１之ＩＣ燒錄器可供借用，而由 於８９Ｃ５１較易於重覆燒錄，因此我決定用８９Ｃ５１來燒錄 程式，軟體的取得是從網站上下載。一開始以為燒錄失敗，後來 才知道是燒錄時間極短，且線路接觸不良（麵包板），與程式有小 bug 導致失敗，經過重覆測試，終於燒錄成功，並且完成測試。
Ｑ2 為何使用８９Ｃ５１要用石英振盪器？
Ａｎｓ：石英振盪器主要的目的是要產生脈波，產生所需工作頻率讓 ８９Ｃ５１產生動作
Ｑ3:ＣＤ為何無法做動態顯示？
Ａｎｓ：測試數個動態顯示的程式仍舊無法做動態顯示，因此推斷因 為非繪圖型ＬＣＤ，因此無法做動態顯示。
Ｑ4:為何無法連續兩次接收資料?
Ａｎｓ：電路不穩，是因為電壓不夠，因此只要換過新的電池，問題 即解決。
Ｑ5：為何ＬＣＤ顯示跳動的很厲害？
Ａｎｓ：程式出錯，經 debug 過後再做顯示，問題就消失了。
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5.3 參考資料：
鄧錦城，8051 單晶片實作寶典，P.1~P.206、P.397~P.427，松崗電腦 圖書資料股份有限公司，八十一年九月出版。
偉林資訊，單晶片微電腦－8051/52 原理與應用，P.10~P.95，松崗電 腦圖書資料股份有限公司，八十年十月出版。
王信福，MCS-51 單晶片微電腦專題製作，P.1-3~P.1-17、
王信福，MCS-51 單晶片微電腦專題製作，P.1-3~P.1-17、