1 引言
隨著科技的飛速發展，電腦的日益普及，人類文明踏入數字化時代的不斷成功，數字化已經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，各種顯示技術不斷涌現。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模集成電路結合而開發出一系列具有顯示功能的產品。這些產品不僅改變了人類生活甚至改變了整個社會。可以說，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顯示技術的研究和學習具有很高的實際應用意義。
2 系統" title="系統">系統工作原理及總體設計" title="設計">設計
2.1系統工作原理
本系統將應用單片機技術開發一種便捷的LCD圖文顯示" title="圖文顯示">圖文顯示設備，采用上/下位機設計方式，通過 USB" title="USB">USB通訊方式實現信息傳輸。具體工作原理是：上位機（ PC機）首先安裝驅動程序和 PC應用軟件，然后將下位機系統安裝到主機機箱上，將 USB插頭插入主機（或在機箱內接入），經主機正確識別后，運行 PC應用軟件生成要顯示的點陣數據，通過 USB接口將數據向下傳輸， LCD圖文顯示設備通過單片機控制與主機進行數據通訊，將要顯示的點陣數據存儲到下位機存儲單元中，在取得要顯示的數據之后，下位機系統便可實現顯示，比如系統時間、CPU占用率、內存占用率等等。如果不是安裝到機箱上，該系統還可作為便攜設備，用來顯示一些其他的信息，比如上次關機時間、 CPU占用率、內存占用率或者作為便攜記事本等。
2.2 系統總體設計
LCD圖文顯示系統的系統結構如圖 1所示。單片機 AT89C52是整個 LCD顯示系統的控制核心，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、連接及數據的雙向傳輸；控制 LCD顯示電路完成 PC機數據的顯示；控制存儲電路完成數據的存取等。
3 硬件電路設計
基于 USB總線的 LCD圖文顯示系統的硬件電路結構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的。
3.1 USB接口電路設計
CH372是一個 USB 總線的通用設備接口芯片，是 CH371的升級產品，是CH375芯片的功能簡化版。CH372內置了USB 通訊中的底層協議，具有省事的內置固件模式和靈活的外置固件模式。在內置固件模式下，CH372自動處理默認端點0的所有事務，本地端單片機只要負責數據交換，所以單片機程序非常簡潔。在外置固件模式下，由外部單片機根據需要自行處理各種USB 請求，從而可以實現符合各種 USB 類規范的設備。
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； RD和 WR分別接到單片機的對應端，INT＃是中斷申請端，接到單片機 INT0上。在本地端，CH372芯片以內置的固件程序自動處理了 USB通訊中的基本事務，A0引腳與 P3.7相接，當 A0引腳為高電平時選擇命令端口，可以寫入命令；當 A0引腳為低電平時選擇數據端口，可以讀寫數據。
3.2 存儲模塊設計
系統利用三片 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 )。但在微處理器發出具體字地址之前首先要發出控制字節。控制字節的組成為： 1010+ "A2AlA0" +R/W位。控制字節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送確認信號，微處理器確認后將發送具體的 13位地址，A0-A12作為低 13位地址用來進行片內地址的確定。如此，程序中設定的第一片 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一起來，且地址依次遞增。
3.4 電源部分設計
本系統的電源部分使用 LM7805芯片進行穩壓后提供單片機 5V的電壓。其電源部分電路的設計如圖 4所示。該電源部分電路，使用四個 1N4004二極管構成整流橋，可以輸入直流或是交流 9V電源，然后再通過 7805穩定到 5V供單片機工作。固定式三端穩壓電源 7805是由輸出腳 Vo，輸入腳 Vi和接地腳 GND組成，它的穩壓值為 +5V，它屬于 LM78XX系列的穩壓器，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，電路的穩定性也比較好。
4 軟件設計
軟件部分由三個部分組成：單片機系統運行程序、主機 PC上的 USB設備驅動程序和主機上的客戶應用程序。單片機系統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 USB設備枚舉和數據傳輸；設備驅動程序是連接設備和主機應用程序的紐帶，它向上提供應用程序的訪問接口(API)，向下則實現對具體設備的訪問和管理功能，在 USB體系的中間起到信息轉換和傳遞的中介作用。本系統采用 Driverworks開發WDM型USB設備驅動程序；應用程序是以 .NET為平臺進行開發的，主要功能是在設備驅動程序中查找設備，與設備交換數據，并將設備發送來的數據進行處理和顯示。
PC軟件在開始時，先進行控件及窗體的初始化，然后可以錄入數據（漢字、英文字母、數字或時間），選擇字體及字號，并對所加載數據通過點陣生成算法生成下位機數據。然后進行數據傳輸，如果 PC軟件找到設備即可與之進行通信（首先主機能發現硬件設備并正常驅動），否則跳出 USB傳輸模塊并返回。在下位機固件程序中，在設備接入主機后，首先對下位機進行系統初始化，然后進行 USB連接，被主機識別并能正常驅動，進入正常使用狀態，等待數據傳輸。如果有 PC數據傳輸，則調用通訊模塊接收數據，并將數據存入下位機存儲器，然后調用讀數據模塊與顯示模塊進行顯示；否則直接執行讀數據模塊并調用顯示模塊進行顯示（顯示上次存儲的數據）。系統軟件的流程圖如圖 5所示。
5 總結
本文的創新點是將 USB串行總線和液晶顯示技術引入到圖文顯示系統中，使系統具有使用簡單、即插即用、熱插拔、開放性、高速、穩定、可靠性高和低功耗、體積小、質量輕、使用簡單等優點；其次，通過擴展存儲芯片，使系統還能夠實現信息存儲功能，從而作為便攜器，用作信息的閱讀工具。