CN108710594A - 一种12864串口组态屏装置及控制方法 - Google Patents

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唐慧军
王怡康
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Abstract

本发明提供了一种12864串口组态屏装置及控制方法，主要包括:STC15W控制器、LCD12864显示屏、字库、4个按键、2个指示灯和串行通讯接口等组成。STC15W控制器是该装置的主控。LCD12864显示器用于字符图形显示。主控通过执行程序主要完成来自串行通讯接口的显示命令解码，组合按键输入，驱动显示器的数据图形显示，用于参数数据存储等功能。串行通讯接口采用异步通讯协议进行与外界系统相连。本发明装置提供了一种替代传统裸LCD12864显示器系统使用的一种模块化解决方案，非常适合于嵌入到应用系统中担任字符图形显示单元或组态应用，性价比高。

Description

一种12864串口组态屏装置及控制方法
技术领域
本发明涉及显示器领域，特别是涉及一种12864串口组态屏装置及控制方法。
背景技术
LCD12864液晶显示器是一种图形显示器，显示的最小单位是像素，其由128行，64列个像素组成，既可以显示多行字符，又可显示图形。一般的仪器仪表上常常采用LCD12864液晶显示器作为数据图形的显示器件。但由于LCD12864屏的显示接口采用并口连接，造成在实际使用中硬件电路存在较多的连接线。同时，在软件设计方面，LCD12864显示驱动程序和字符库等常常占用较多的存储空间，在主控制器上实现显示系统，往往存在容量速度不足方面等问题。以上两方面的问题使LCD12864使用起来不方便。
发明内容
为了解决的上述技术问题的不足，本发明公开了一种12864串口组态屏装置及控制方法，该装置采用串口连接，集成有显示驱动和字库，可以通过电脑软件设计组态界面，非常利于小型仪器仪表的数据图形显示单元。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种12864串口组态屏装置，包括STC15W控制器，STC15W控制器通过显示接口连接LCD12864屏，STC15W控制器的USART高速串口引出到串行通讯接口，字库通过SPI总线连接STC15W控制器；外部控制器通过串行通讯接口发送串口控制命令给STC15W控制器，STC15W控制器进行解码分析后，通过LCD12864屏完成所要求的显示绘图、界面操作和控制；
LCD12864屏在组态时，组态图形元素以程序代码的形式存放在组态控制器中，外部控制器通过编制组态布局脚本，并把脚本转化为控制命令发给组态控制器，组态控制器分析控制命令，调用图形元素的函数完成组态界面的绘制。
所述的串行通讯接口是遵循RS232、RS485或TTL USART标准规范之一的接口。
所述的字库采用GT20L16P1Y芯片，用于提供标准ASCII字符集和汉字字符集的字模点阵信息；字模点阵信息按照字符内码进行编址，STC15W控制器通过字符内码检索字模点阵信息。
所述的显示绘图，包括字符定标，字符翻滚、字符颜色等显示和点、线、面、圆，矩形，示波器，进度条在内的界面元素的绘制，由STC15W控制器调用图形函数，计算图形像素点坐标，通过LCD12864屏显示对应的像素点完成图形绘制。
所述的控制功能包括背光灯亮度控制、指示灯闪烁控制、时间设置和波特率设置；由STC15W控制器调用背光灯亮度控制函数、指示灯闪烁控制函数、时间设置函数和波特率设置函数完成对应控制。
所述的界面操作功能包括界面删除，界面添加，界面显示和界面绘制；皆由STC15W控制器调用界面函数来完成。
所述的LCD12864屏具有(行，列)为(128，64)个像素的点阵屏，其屏接口为并口、SPI接口或I2C接口的显示接口形式；
所述的STC15W控制器还通过输入接口与按键相连接；
所述的STC15W控制器上还连接以后指示工作状态的指示灯。
一种所述的12864串口组态屏装置的控制方法，包括以下操作：
在外部控制器和12864串口组态屏通过串行通讯接口(10)连接后，外部控制器通过遵循12864串口组态屏的通讯帧格式发出控制命令，STC15W控制器(1)分析解读命令帧，调用相应的功能函数，完成控制功能；
所述的通讯帧格式为：
FF FF FF功能号数据长数据1，数据2......CRC；
CRC＝(unsigned char)(功能号+数据长+数据1+数据2+....+数据N)
格式中，内容采用16进制形式的字节数据；对于16位的数据，高字节在前，低字节在后；FF FF FF是帧格式头，占3个连续字节，功能号指明12864串口组态屏实现功能的函数索引号，从0开始往后编排，最大达255；数据长是所有数据的字节数；数据1，数据2..是功能函数的所需的参数；帧格式字节总数不是固定长度的，根据参数个数不同，长度不同。
所述的控制命令包括以下字符显示和绘图命令：
功能号为00的显示字符串命令，其参数包括行、列、颜色模式和字符串；
功能号为01的设置字符前景背景颜色命令，其参数包括前景颜色和背景颜色；
功能号为02的设置行列字符间距命令，其参数包括行间距和列间距；
功能号为03的删除行命令，其参数包括行和颜色；
功能号为04的删除字命令，其参数包括行和列；
功能号为05的清屏命令，其参数包括颜色；
功能号为06的画圆命令，其参数包括圆心(X、Y)、半径r和颜色；
功能号为07画矩形命令，其参数包括left、top、right、bottom、模式和颜色；
功能号为08的画点命令，其参数包括点(X、Y)和颜色；
功能号为09的画线命令，其参数包括起点(X1、Y1)、末点(X2、Y2)和颜色；
功能号为0A的填充矩形区域命令，其参数包括起点(X1、Y1)、末点(X2、Y2)和颜色；
功能号为0B的光点移动命令，其参数包括移动到(x，y)、光点样式和颜色；
功能号为0C的数码字体显示命令，其参数包括起点(X1、Y1)、字体大小、前景颜色、背景颜色和数字串；
功能号为0D的罗马字体显示命令，其参数包括起点(X1、Y1)、字体大小、前景颜色、背景颜色和数字串。
所述的控制命令包括以下设备控制命令：
功能号为7F的设备状态检查命令：
设备忙时返回：FF FF FF 7f 01 01 81；
设备闲时返回：FF FF FF 7f 01 00 80；
功能号为7E的查询设备命令：
返回设备号FF FF FF 7E 00 7E
有设备返回：FF FF FF 7E 01 01 80
无设备返回：--------------等待设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开的12864串口组态屏装置及控制方法，是替代传统裸LCD12864显示器系统使用的一种模块化解决方案，该系统采用增强型51控制器STC15W，自带汉字字库，支持数字数码和罗马字体，4按键可通过组合出多种输入满足用户输入要求，2线全双工串口使得设备的连接非常容易，可通过界面进行设置波特率，智能眼指示，内置多种屏保界面可选即节电又美观，通过多样控制命令灵活的达到组态、控制和显示的目的，不仅可以作为数据显示终端，滚动输出控制台，人机交互设备，还可以编写脚本实现菜单功能，常用图形图表的显示，自定义设置图形用户界面，支持脚本应用程序设计，具有RS485总线连接功能，支持通讯重联自恢复功能，和简单示波器功能等，是种综合性人机交互设备，因其体积小，重量轻，性价比高非常适合于嵌入到应用系统中担任字符图形显示单元或组态应用。
附图说明
图1是本发明的结构组成示意框图；
图2是本发明的一种简单实施例；
图3是本发明的总线连接方式的实施例；
图4为进入系统菜单下的组态界面管理页示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细阐述，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1-图3，一种12864串口组态屏装置，包括STC15W控制器1，STC15W控制器1通过显示接口连接LCD12864屏2，STC15W控制器1的USART高速串口引出到串行通讯接口10，字库3通过SPI总线连接STC15W控制器1；外部控制器通过串行通讯接口10发送串口控制命令给STC15W控制器1，STC15W控制器1进行解码分析后，通过LCD12864屏2完成所要求的显示绘图、界面操作和控制；
LCD12864屏2在组态时，组态图形元素以程序代码的形式存放在组态控制器1中，外部控制器通过编制组态布局脚本，并把脚本转化为控制命令发给组态控制器1，组态控制器分析控制命令，调用图形元素的函数完成组态界面的绘制。
通电后，本装置进行自检初始化。初始化成功并完成后，实时读取按键值和外部控制器的串口输入命令。当接收到外部串口命令时，则进行串口命令解码，并完成解码功能要求的字符显示和图形绘制。参照图4，通过组合按键进入系统菜单下的组态界面管理页，具有页面删除、添加等操作，这种功能需要连接PC机进行。PC机画图板软件用来提供组态界面的绘制。利用PC机串口助手软件进行组态界面下载，从而达到修改某个界面的功能。通过组合按键进入系统菜单下的功能设置页，具有时间设置、背光灯亮度设置、波特率设置等功能。通过组合按键进入系统菜单下的启动画面页，具有屏保设置、启动画面设置、自动运行画面设置等功能。
具体的，所述的串行通讯接口10是遵循RS232、RS485或TTL USART标准规范之一的接口。
所述的字库3采用GT20L16P1Y芯片，用于提供标准ASCII字符集和汉字字符集的字模点阵信息；字模点阵信息按照字符内码进行编址，STC15W控制器1通过字符内码检索字模点阵信息。
所述的显示绘图包括字符定标，字符翻滚、字符颜色等显示和点、线、面、圆，矩形，示波器，进度条在内的界面元素的绘制，由STC15W控制器1调用图形函数，计算图形像素点坐标，通过LCD12864屏显示对应的像素点完成图形绘制。
所述的控制功能包括背光灯亮度控制、指示灯闪烁控制、时间设置和波特率设置；由STC15W控制器1调用背光灯亮度控制函数、指示灯闪烁控制函数、时间设置函数和波特率设置函数完成对应控制。
所述的界面操作功能包括界面删除，界面添加，界面显示和界面绘制；皆由STC15W控制器1调用界面函数来完成。
所述的LCD12864屏具有(行，列)为(128，64)个像素的点阵屏，其屏接口为并口、SPI接口或I2C接口的显示接口形式；
所述的STC15W控制器1还通过输入接口与按键相连接；
所述的STC15W控制器1上还连接以后指示工作状态的指示灯。
下面给出所述的12864串口组态屏装置的控制方法，包括以下操作：
在外部控制器和12864串口组态屏通过串行通讯接口10连接后，外部控制器通过遵循12864串口组态屏的通讯帧格式发出控制命令，STC15W控制器1分析解读命令帧，调用相应的功能函数，完成控制功能；
所述的通讯帧格式为：
FF FF FF功能号数据长数据1，数据2......CRC；
CRC＝(unsigned char)(功能号+数据长+数据1+数据2+....+数据N)
格式中，内容采用16进制形式的字节数据；对于16位的数据，高字节在前，低字节在后；FF FF FF是帧格式头，占3个连续字节，功能号指明12864串口组态屏实现功能的函数索引号，从0开始往后编排，最大达255；数据长是所有数据的字节数；数据1，数据2..是功能函数的所需的参数；帧格式字节总数不是固定长度的，根据参数个数不同，长度不同。
比如，当外部控制器要求12864串口组态屏在屏幕的(0x30,0x40)坐标处绘制一个像素点，则其发出“FF FF FF 08 03 30 40 04 7F”的命令；当12864串口组态屏接收到后，找出第4个值为08，说明是要求实现的功能是绘制像素点，找出第5个数值和第6个数值，作为绘制像素点的坐标值。然后调用DrawDot(30,40)函数完成像素点的绘制。
所述的控制命令包括以下字符显示和绘图命令：
功能号为00的显示字符串命令，其参数包括行、列、颜色模式和字符串；
功能号为01的设置字符前景背景颜色命令，其参数包括前景颜色和背景颜色；
功能号为02的设置行列字符间距命令，其参数包括行间距和列间距；
功能号为03的删除行命令，其参数包括行和颜色；
功能号为04的删除字命令，其参数包括行和列；
功能号为05的清屏命令，其参数包括颜色；
功能号为06的画圆命令，其参数包括圆心(X、Y)、半径r和颜色；
功能号为07画矩形命令，其参数包括left、top、right、bottom、模式和颜色；
功能号为08的画点命令，其参数包括点(X、Y)和颜色；
功能号为09的画线命令，其参数包括起点(X1、Y1)、末点(X2、Y2)和颜色；
功能号为0A的填充矩形区域命令，其参数包括起点(X1、Y1)、末点(X2、Y2)和颜色；
功能号为0B的光点移动命令，其参数包括移动到(x，y)、光点样式和颜色；
功能号为0C的数码字体显示命令，其参数包括起点(X1、Y1)、字体大小、前景颜色、背景颜色和数字串；
功能号为0D的罗马字体显示命令，其参数包括起点(X1、Y1)、字体大小、前景颜色、背景颜色和数字串。
所述的控制命令包括以下设备控制命令：
功能号为7F的设备状态检查命令：
设备忙时返回：FF FF FF 7f 01 01 81；
设备闲时返回：FF FF FF 7f 01 00 80；
功能号为7E的查询设备命令：
返回设备号FF FF FF 7E 00 7E
有设备返回：FF FF FF 7E 01 01 80
无设备返回：--------------等待设备
以上是本组态屏的基本字符显示和绘图命令。只要是遵循命令格式可以自行进行扩展功能。
下面给出一些命令的列举：
1)显示字符串
如：FF FF FF 00 07 01 01 01 B0 D6 C2 E8 3A其表示为：在1行1列显示“中国”两字，字符最多达18个汉字
2)设置字符前景背景颜色
如：FF FF FF 01 02 01 03 06其命令为：设置前景颜色01，背景颜色03
3)设置行列字符间距
如：FF FF FF 02 02 01 03 08其命令为：设置行间距1个像素，字符间距3个像素
4)删除行
如：FF FF FF 03 02 01 03 09其命令为：删除第一行，为03颜色
5)删除字
如：FF FF FF 04 02 01 01 08其命令为：删除第一行第一列字符
6)清屏
如：FF FF FF 05 01 01 07其命令为：清屏为01颜色
7)画圆
如：FF FF FF 06 04 20 20 10 03 5D其命令为：在中心点(20,20)画半径为10的圆
8)画矩形
如：FF FF FF 07 06 20 20 30 30 00 02 AF其命令为：在20 20 30 30画一矩形，颜色为02
9)画点
如：FF FF FF 08 03 30 40 04 7F其命令为：在(30、40)处画一点，颜色为04
10)画线
如：FF FF FF 09 05 20 20 30 30 02 AF其命令为：画一线，起点(20,20)，末点(30,30)，颜色02
11)填充矩形区域
如：FF FF FF 0A 05 20 20 30 30 02 B0其命令为：填充矩形左上点(20,20)，右下点(30,30)，颜色02
下面给出具体的实施例。
参照图1，一种12864串口组态屏装置，包括：STC15W控制器1、LCD12864屏2，字库3，按键A-D4-7，指示灯A8和B9，串行通讯接口10等组成。STC15W控制器1通过显示接口连接LCD12864屏2，字库3通过SPI总线连接STC15W控制器1。STC15W控制器1的USART高速串口引出到串行通讯接口10。4个按键A-D4-7提供该装置的用户输入。2个指示灯提供该装置的状态显示。
STC15W控制器1(比如宏晶科技有限公司的STC15W系列单片机)具有运行速度快，大容量FALSH程序存储器，4-8KB的内部RAM存储器，波特率可变的高速串口等部件，使得完全可以把显示器，字库，按键，指示灯等部件的驱动程序集成在控制器中。
LCD12864屏2具有128x64个像素点，内部具有1KB字节的显示缓存，对应每个点占一个数据存储位。
参照图2，外部控制器1和本发明装置12864组态屏2通过TTL串口相连。外部控制器1通过发送TTL串口命令到该12864组态屏2，实现组态屏的使用。
参照图3，外部控制器1和本发明装置12864组态屏2通过RS485总线相连，每个组态屏动态定义自己的地址。外部控制器1通过发送串口命令到12864组态屏2，实现组态屏的使用。所述的串行通讯接口10指的是TTL串口、USART接口、RS485、RS422中之一的标准通讯接口。

Claims (10)

1.一种12864串口组态屏装置，其特征在于，包括STC15W控制器(1)，STC15W控制器(1)通过显示接口连接LCD12864屏(2)，STC15W控制器(1)的USART高速串口引出到串行通讯接口(10)，字库(3)通过SPI总线连接STC15W控制器(1)；外部控制器通过串行通讯接口(10)发送串口控制命令给STC15W控制器(1)，STC15W控制器(1)进行解码分析后，通过LCD12864屏(2)完成所要求的显示绘图、界面操作和控制；
LCD12864屏(2)在组态时，组态图形元素以程序代码的形式存放在组态控制器(1)中，外部控制器通过编制组态布局脚本，并把脚本转化为控制命令发给组态控制器(1)，组态控制器分析控制命令，调用图形元素的函数完成组态界面的绘制。
2.如权利要求1所述的12864串口组态屏装置，其特征在于，所述的串行通讯接口(10)是遵循RS232、RS485或TTL USART标准规范之一的接口。
3.如权利要求1所述的一种12864串口组态屏装置，其特征在于，所述的字库(3)采用GT20L16P1Y芯片，用于提供标准ASCII字符集和汉字字符集的字模点阵信息；字模点阵信息按照字符内码进行编址，STC15W控制器(1)通过字符内码检索字模点阵信息。
4.如权利要求1所述的一种12864串口组态屏装置，其特征在于，所述的显示绘图，包括字符定标，字符翻滚、字符颜色等显示和点、线、面、圆，矩形，示波器，进度条在内的界面元素的绘制，由STC15W控制器(1)调用图形函数，计算图形像素点坐标，通过LCD12864屏显示对应的像素点完成图形绘制。
5.如权利要求1所述的一种12864串口组态屏装置，其特征在于，所述的控制功能包括背光灯亮度控制、指示灯闪烁控制、时间设置和波特率设置；由STC15W控制器(1)调用背光灯亮度控制函数、指示灯闪烁控制函数、时间设置函数和波特率设置函数完成对应控制。
6.如权利要求1所述的一种12864串口组态屏装置，其特征在于，所述的界面操作功能包括界面删除，界面添加，界面显示和界面绘制；皆由STC15W控制器(1)调用界面函数来完成。
7.如权利要求1所述的一种12864串口组态屏装置，其特征在于，所述的LCD12864屏具有(行，列)为(128，64)个像素的点阵屏，其屏接口为并口、SPI接口或I2C接口的显示接口形式；
所述的STC15W控制器(1)还通过输入接口与按键相连接；
所述的STC15W控制器(1)上还连接以后指示工作状态的指示灯。
8.一种权利要求1所述的12864串口组态屏装置的控制方法，其特征在于，包括以下操作：
在外部控制器和12864串口组态屏通过串行通讯接口(10)连接后，外部控制器通过遵循12864串口组态屏的通讯帧格式发出控制命令，STC15W控制器(1)分析解读命令帧，调用相应的功能函数，完成控制功能；
所述的通讯帧格式为：
FF FF FF功能号数据长数据1，数据2......CRC；
CRC＝(unsigned char)(功能号+数据长+数据1+数据2+....+数据N)
格式中，内容采用16进制形式的字节数据；对于16位的数据，高字节在前，低字节在后；FF FF FF是帧格式头，占3个连续字节，功能号指明12864串口组态屏实现功能的函数索引号，从0开始往后编排，最大达255；数据长是所有数据的字节数；数据1，数据2..是功能函数的所需的参数；帧格式字节总数不是固定长度的，根据参数个数不同，长度不同。
9.如权利要求8所述的12864串口组态屏装置的控制方法，其特征在于，所述的控制命令包括以下字符显示和绘图命令：
功能号为00的显示字符串命令，其参数包括行、列、颜色模式和字符串；
功能号为01的设置字符前景背景颜色命令，其参数包括前景颜色和背景颜色；
功能号为02的设置行列字符间距命令，其参数包括行间距和列间距；
功能号为03的删除行命令，其参数包括行和颜色；
功能号为04的删除字命令，其参数包括行和列；
功能号为05的清屏命令，其参数包括颜色；
功能号为06的画圆命令，其参数包括圆心(X、Y)、半径r和颜色；
功能号为07画矩形命令，其参数包括left、top、right、bottom、模式和颜色；
功能号为08的画点命令，其参数包括点(X、Y)和颜色；
功能号为09的画线命令，其参数包括起点(X1、Y1)、末点(X2、Y2)和颜色；
功能号为0A的填充矩形区域命令，其参数包括起点(X1、Y1)、末点(X2、Y2)和颜色；
功能号为0B的光点移动命令，其参数包括移动到(x，y)、光点样式和颜色；
功能号为0C的数码字体显示命令，其参数包括起点(X1、Y1)、字体大小、前景颜色、背景颜色和数字串；
功能号为0D的罗马字体显示命令，其参数包括起点(X1、Y1)、字体大小、前景颜色、背景颜色和数字串。
10.如权利要求8所述的12864串口组态屏装置的控制方法，其特征在于，所述的控制命令包括以下设备控制命令：
功能号为7F的设备状态检查命令：
设备忙时返回：FF FF FF 7f 01 01 81；
设备闲时返回：FF FF FF 7f 01 00 80；
功能号为7E的查询设备命令：
返回设备号FF FF FF 7E 00 7E
有设备返回：FF FF FF 7E 01 01 80
无设备返回：--------------等待设备。
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