CN104269146A - 基于ARM-μC/OS-II的LCD液晶显示系统和显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ARM-μC/OS-II的LCD液晶显示系统和显示方法，以LPC1768为控制核心，以M100液晶显示屏为显示终端，设计了基于ARM-μC/OS-II的LCD液晶显示系统作为太阳能光伏并网逆变器的人机交互界面，用来显示光伏并网逆变器的基本工作状态、发电量、故障列表等信息，其性价比高、屏幕显示无闪烁、画面切换速度快、占用空间少、功耗低、方便灵活易操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种嵌入式应用技术，尤其涉及一种基于ARM-μC/OS-II的LCD液晶显示系统和显示方法。
背景技术
在追求低碳生活的今天，人们把越来越多的目光投向清洁的新能源领域，同时，随着科技的发展和创新，新能源也得到了前所未有的发展和重视，其中风力发电、太阳能发电得到快速发展，而在太阳能光伏并网系统中，LCD液晶显示系统作为其人机交互界面，是其不可或缺的重要组成部分，由于嵌入式系统具有低功耗、低成本、可靠性强等特点，使其在工业控制、监控系统、无线通讯等领域都展现出独特的魅力，LCD作为人机交互界面的主要设备之一，以其功耗低、体积小、驱动电压低及良好的字符和图形显示功能，已逐步成为基于嵌入式的显示系统的输出设备首选，特别是近几年随着TFT液晶技术的飞速发展，TFT液晶模块作为目前最好的LCD彩色显示设备之一，以其亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳的优点已基本取代了传统的显示部件成为嵌入式系统的主流显示器。
发明内容
本发明提供了一种基于ARM-μC/OS-II的LCD液晶显示系统和显示方法，当逆变器运行时，无需用户干预，液晶显示系统即自动运行，通过它可以清晰直观的了解到逆变器的当前工作状态，查询逆变器的发电量等信息，或进行显示时间、显示语言等一些设置，满足广大用户对产品的需要，具有很重要的意义和很强的操作性。
本发明的技术解决方案是：基于ARM-μC/OS-II的LCD液晶显示系统和显示方法，包括硬件系统和软件系统两部分；所述硬件系统结构主要由电源、复位、晶振、JTAG调试、按键、RTC、LED、KEY、LCD显示屏组成；所述软件系统主程序流程为：首先对硬件进行初始化，让硬件层做好准备以便更好的为软件服务；其次初始化ucos所有变量和数据结构；最后创建初始化任务，并且启动μC/OS-II操作系统。
本发明以LPC1768的微处理器作为硬件开发平台来控制LCD液晶显示，LPC1768是基于ARM Cortex-M3内核的微控制器；ARM Coxtex-M3是针对微控制领域推出的新一代处理器架构，它采用了ARM v7-M体系结构和面向高级语言Thumb-2指令集，在代码密度、实时性、运算性能、功耗、价格等方面达到了很好的平衡；LPC17XX系列Cortex-M3微处理器用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用，其操作频率可达100MHz；ARM Cortex-M3CPU具有3级流水线和哈佛结构；LPC17XX系列微控制器具有丰富的片上资源和外设组件，支持JTAG实时仿真和跟踪，可满足一般工业控制的需要，同时还可以减少系统硬件设计的复杂度和提高系统的可靠性。
μC/OS-II是一个可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任务实时内核，由于μC/OS-II的绝大部分代码是用ANSI C写的，因此可以方便的移植到多种8位、16位、32位嵌入式微处理器上；uC/OS-II支特64个任务，每个任务的优先级必须是不同的，调度算法总是让处于就绪状态的最高优先级任务先执行，并提供了信号量、邮箱和消息队列等多种通讯同步原语，每个任务都处在以下5种状态之一的状态下，即休眠态、就绪态、运行态、挂起态和被中断态；uC/OS-II中全部系统调用的执行时间是可确定的，其系统调用的执行时间不依赖于应用任务的多少，这也是实时性的表现。
本发明以3.5寸TFT工业串口液晶屏作为其显示终端，其图形点阵为320*240，颜色为65K色，内核为M100，工作温度为-20～70℃，适合工业现场环境要求。
本发明中所述LCD液晶屏与所述LPC1768通过串口连接在一起，采用异步全双工串口，串口模式为8N1，即每个数据传送包括1个起始位，8个数据位和1个停止位；数据传送方向为下行时，由LPC1768发送数据给HMI；数据传送方向为上行时，由HMI发送数据给LPC1768。因为HMI的处理速度足以满足该系统的要求，用不着判断BUSY信号状态，故将其悬空。
本发明硬件系统部分电路原理为：供电电路原理是主要为LPC1768微控制器进行供电；JTAG接口电路原理主要是通过JTAG接口直接进行仿真调试与实时跟踪；RTC电路原理主要为LCD显示屏提供实时时钟数据；E2PROM电路原理主要为系统扩展一块可擦除存储器用于保存数据；按键与指示灯电路原理是通过按键对显示屏进行操作，指示灯用于指示逆变当前的状态。
本发明LCD液晶屏图片和字库下载流程为：在电脑端利用画图软件和字库生成软件，制作LCD液晶显示系统所需图片和字库，通过串口线将LCD液晶屏与电脑端串口相连接，然后利用调试助手将制作的图片和字库下载到对应的位置。
本发明的有益效果是：本发明以LPC1768的微处理器作为硬件开发平台，利用μC/OS-II嵌入式操作系统，在减少系统硬件设计的复杂度和提高系统的可靠性的同时，实现系统的实时性；选用LCD工业串口屏作为其显示终端，降低了二次开发的代码量，避免了在界面代码设计上浪费大量的研发资源和时间，使得产品的开发可以并行进行，极大的缩短了新产品的开发时间，提高了市场竞争力。
附图说明
图1为本发明硬件系统结构示意图；
图2为本发明LCD液晶屏与LPC1768接口示意图；
图3为本发明硬件系统部分供电电路原理图；
图4为本发明硬件系统部分JTAG接口电路图；
图5为本发明硬件系统部分RTC电路图；
图6为本发明硬件系统部分E2PROM电路图；
图7是本发明硬件系统部分按键与指示灯电路图；
图8是本发明图片和字库下载流程图；
图9是本发明软件系统主程序流程如图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步的详细说明。
基于ARM-μC/OS-II的LCD液晶显示系统和显示方法，包括硬件系统和软件系统两部分；如图1所示，所述硬件系统结构主要由电源、复位、晶振、JTAG调试、按键、RTC、LED、KEY、LCD显示屏组成；如图9所示，所述软件系统主程序流程为：首先对硬件进行初始化，让硬件层做好准备以便更好的为软件服务；其次初始化ucos所有变量和数据结构；最后创建初始化任务，并且启动μC/OS-II操作系统。
本发明以NXP公司推出的LPC1768的微处理器作为硬件开发平台来控制LCD液晶显示，LPC1768是基于ARM Cortex-M3内核的微控制器；ARM Coxtex-M3是ARM公司针对微控制领域推出的新一代处理器架构，它采用了ARM v7-M体系结构和面向高级语言Thumb-2指令集，在代码密度、实时性、运算性能、功耗、价格等方面达到了很好的平衡；LPC17XX系列Cortex-M3微处理器用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用，其操作频率可达100MHz；ARM Cortex-M3CPU具有3级流水线和哈佛结构；LPC17XX系列微控制器具有丰富的片上资源和外设组件，支持JTAG实时仿真和跟踪，可满足一般工业控制的需要，同时还可以减少系统硬件设计的复杂度和提高系统的可靠性。
μC/OS-II是由Micrium公司总裁Jean J.Labrosse编写的一个可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任务实时内核，由于μC/OS-II的绝大部分代码是用ANSI C写的，因此可以方便的移植到多种8位、16位、32位嵌入式微处理器上；uC/OS-II支特64个任务，每个任务的优先级必须是不同的，调度算法总是让处于就绪状态的最高优先级任务先执行，并提供了信号量、邮箱和消息队列等多种通讯同步原语，每个任务都处在以下5种状态之一的状态下，即休眠态、就绪态、运行态、挂起态和被中断态；uC/OS-II中全部系统调用的执行时间是可确定的，其系统调用的执行时间不依赖于应用任务的多少，这也是实时性的表现。
本发明以迪文3.5寸TFT工业串口液晶屏作为其显示终端，其图形点阵为320*240，颜色为65K色，内核为M100，工作温度为-20～70℃，适合工业现场环境要求。
如图2所示，图2为本发明LCD液晶屏与LPC1768接口示意图；本发明中所述LCD液晶屏与所述LPC1768通过串口连接在一起，采用异步全双工串口，串口模式为8N1，即每个数据传送包括1个起始位，8个数据位和1个停止位；数据传送方向为下行时，由LPC1768发送数据给HMI；数据传送方向为上行时，由HMI发送数据给LPC1768。因为迪文HMI的处理速度足以满足该系统的要求，用不着判断BUSY信号状态，故将其悬空。
如图3至图7所示，本发明硬件系统部分电路原理为：
图3中，供电电路原理是主要为LPC1768微控制器进行供电，在本实施例中采用外部5V供电，而LPC1768需要3.3V电源，因此通过1117-3.3以获得3.3V电源；
图4中，JTAG接口电路原理主要是通过JTAG接口直接进行仿真调试与实时跟踪；
图5中，RTC电路原理主要为LCD显示屏提供实时时钟数据；
图6中，E2PROM电路，LPC1768支持400K高速模式的I2C接口，原理主要为系统扩展一块可擦除存储器用于保存数据，如光伏并网逆变器当前发电量、历史发电量、故障信息列表等其他数据；
图7中，按键与指示灯电路原理是通过按键对显示屏进行操作，如查看逆变器工作状态、PV端与交流端的电压和电流、发电量，以及设置显示语言、显示时间等，指示灯用于指示逆变当前的状态，说明是正常运行，还是出现故障。
如图8所示，图8是本发明图片和字库下载流程图；本发明迪文LCD液晶屏图片和字库下载流程为：在电脑端利用画图软件和字库生成软件，制作LCD液晶显示系统所需图片和字库，通过串口线将LCD液晶屏与电脑端串口相连接，然后利用迪文公司所提供的迪文调试助手将制作的图片和字库下载到对应的位置。
本发明以NXP公司推出的LPC1768的微处理器作为硬件开发平台，利用μC/OS-II嵌入式操作系统，在减少系统硬件设计的复杂度和提高系统的可靠性的同时，实现系统的实时性；选用迪文LCD工业串口屏作为其显示终端，降低了二次开发的代码量，避免了在界面代码设计上浪费大量的研发资源和时间，使得产品的开发可以并行进行，极大的缩短了新产品的开发时间，提高了市场竞争力。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.基于ARM-μC/OS-II的LCD液晶显示系统，它由电源、复位、晶振、JTAG调试电路、按键与指示灯电路、RTC电路、LED、KEY、LCD液晶屏组成；其特征在于：以LPC1768的微控制器作为硬件开发平台来控制LCD液晶屏显示；以3.5寸TFT工业串口液晶屏作为其显示终端，其图形点阵为320*240，颜色为65K色，内核为M100，工作温度为-20～70℃；所述LCD液晶屏与所述LPC1768微控制器通过串口连接在一起，采用异步全双工串口，串口模式为8N1，即每个数据传送包括1个起始位，8个数据位和1个停止位；数据传送方向为下行时，由LPC1768微控制器发送数据给HMI；数据传送方向为上行时，由HMI发送数据给LPC1768微控制器。
2.一种权利要求1所述LCD液晶显示系统的显示方法，其特征在于：首先对显示系统进行初始化，让硬件层做好准备以便更好的为软件服务；其次初始化ucos所有变量和数据结构；最后创建初始化任务，并且启动μC/OS-II操作系统。
3.根据权利要求2所述的显示方法，其特征在于：
供电电路为LPC1768微控制器进行供电；
JTAG调试电路通过JTAG接口直接进行仿真调试与实时跟踪；
RTC电路为LCD显示屏提供实时时钟数据；
E2PROM电路为系统扩展一块可擦除存储器用于保存数据；
按键与指示灯电路通过按键对显示屏进行操作，指示灯用于指示逆变当前的状态。
4.根据权利要求3所述的显示方法，其特征在于：LCD液晶屏图片和字库下载流程为：在电脑端利用画图软件和字库生成软件，制作LCD液晶显示系统所需图片和字库，通过串口线将LCD液晶屏与电脑端串口相连接，然后利用调试助手将制作的图片和字库下载到对应的位置。
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