關(guān)鍵字：LCD12864 數(shù)字示波器
本文針對LCD12864 特性，完成了數(shù)字示波器顯示必須的繪圖驅(qū)動程序設(shè)計(jì)，這個教程定位給初學(xué)者使用，我立足從簡單到復(fù)雜一步一步介紹設(shè)計(jì)過程，甚至是調(diào)試的過程，還包括一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，特別是提供了完整的keil 工程附件。希望讀者立足示波器項(xiàng)目，學(xué)到更多軟硬件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)技巧。
一、簡易數(shù)字示波器原理
數(shù)字示波器基本原理可以簡單理解為：數(shù)據(jù)采集+ 圖形顯示，該過程循環(huán)進(jìn)行，如圖1 所示。
圖1 簡易數(shù)字示波器流程圖
LCD 圖形顯示需要根據(jù)LCD 特性設(shè)計(jì)，不同LCD驅(qū)動程序不同，本篇將結(jié)合不帶字庫的LCD12864 設(shè)計(jì)顯示程序。
二、圖形液晶LCD12864繪圖驅(qū)動設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
關(guān)于LCD 的硬件接口電路，在其他教程中有詳細(xì)介紹，涉及單片機(jī)總線知識和CPLD 內(nèi)部電路，需要認(rèn)真學(xué)習(xí)，這里借助現(xiàn)成的驅(qū)動函數(shù)，重點(diǎn)講解LCD繪圖程序設(shè)計(jì)。
LCD12864 的電路接口在頭文件中定義：
#define LCD_LCW XBYTE[0xf4ea]
// 左屏命令寫入
#define LCD_LDW XBYTE[0xf5ea]
// 左屏數(shù)據(jù)寫入
#define LCD_LCR XBYTE[0xf6ea]
// 左屏命令讀出
#define LCD_LDR XBYTE[0xf7ea]
// 左屏數(shù)據(jù)讀出
#define LCD_RCW XBYTE[0xf8ea]
// 右屏命令寫入
#define LCD_RDW XBYTE[0xf9ea]
// 右屏數(shù)據(jù)寫入
#define LCD_RCR XBYTE[0xfaea]
// 右屏命令讀出
#define LCD_RDR XBYTE[0xfbea]
// 右屏數(shù)據(jù)讀出
后面所有對LCD 的編程操作都是基于以上接口定義進(jìn)行的各種讀寫操作。
首先來看LCD12864 的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)圖，如圖2 所示。
圖2 LCD點(diǎn)陣分布結(jié)構(gòu)圖
此LCD 屏由水平128 列，垂直64 行組成。水平128 列分左右各64 列兩個半屏構(gòu)成。垂直64 行又分8 頁，每頁8 行（1 列8 點(diǎn)剛好1 字節(jié)）。程序每次對LCD 的繪圖操作就是以最小單位1 字節(jié)進(jìn)行操作的。
理解這點(diǎn)至關(guān)重要。也就是每次只能針對8 點(diǎn)進(jìn)行操作，而不是1 點(diǎn)進(jìn)行操作。左右屏由單獨(dú)地址線控制（前面的接口定義就是分左右屏定義的）。實(shí)際打點(diǎn)只需往指定“位置”寫入數(shù)據(jù)，“1”亮，“0”暗。
LCD 驅(qū)動忙檢測函數(shù)void loop_lcd12864_is_busy（unsigned char right）。
void loop_lcd12864_is_busy（unsigned char right）
{
unsigned char tmp,counter=0;
do {
if（right） tmp = LCD_RCR;
else tmp = LCD_LCR;
if（counter++>50） break; // 超時跳出
}
while （（tmp|0x7f）==0xff）； //bit7 為1 則表示LCD 內(nèi)部執(zhí)行命令，處于“忙”狀態(tài)
}
對LCD 進(jìn)行讀寫操作時，需要進(jìn)行“忙”檢測，LCD 內(nèi)部也是由控制器來完成一系列刷屏操作的，執(zhí)行各種操作都是需要一定的時間，也就是說不是任何時候外部控制器都可以對LCD 發(fā)操作指令的，只有LCD為空閑狀態(tài)時才可以操作，忙檢測就是循環(huán)讀取LCD狀態(tài)標(biāo)志位，判斷是否空閑，關(guān)于命令的細(xì)節(jié)請參考數(shù)據(jù)手冊。
命令寫入函數(shù)void lcd_cmd_wr（unsigned char cmd,right）。
void lcd_cmd_wr（unsigned char cmd, right）
{
loop_lcd12864_is_busy（right）； // 忙檢測
if（right） LCD_RCW = cmd; // 右屏命令寫入
else LCD_LCW = cmd; // 左屏命令寫入
}
數(shù)據(jù)寫入函數(shù)void lcd_dat_wr（unsigned char data,right）。
void lcd_dat_wr（unsigned char data,right）
{
loop_lcd12864_is_busy（right）；
if（right） LCD_RDW = data;
else LCD_LDW = data;
}
lcd_cmd_wr（） 和lcd_dat_wr（） 兩個函數(shù)分別是給LCD 寫命令和寫數(shù)據(jù)函數(shù)，通過寫命令函數(shù)設(shè)定地址。每個函數(shù)都分左右屏，“right”參數(shù)選擇，“0”選左屏，“非0”選右屏。
讀數(shù)據(jù)函數(shù)unsigned char lcd_dat_rd（unsigned char right）。
unsigned char lcd_dat_rd（unsigned char right）
{
loop_lcd12864_is_busy（right）；
if（right） return（LCD_RDR）；
else retuen（LCD_LDR）；
}
該函數(shù)可以讀出LCD 當(dāng)前顯示的數(shù)據(jù)，首次操作需要讀2次才有效。
LCD 清屏函數(shù)void lcd12864_clr（void）。
void lcd12864_clr（void）
{
unsigned char i,j;
for（i=0;i<8;i++） { // 從0 到7 共8 頁
lcd_cmd_wr（ORGX,0）； // 分頁設(shè)定左屏0 點(diǎn)地址
lcd_cmd_wr（ORGY+i,0）；
lcd_cmd_wr（ORGX,1）； // 分頁設(shè)定右屏0 點(diǎn)地址
lcd_cmd_wr（ORGY+i,1）；
for（j=0;j<64;j++） {
lcd_data_wr（0,0）；
lcd_data_wr（0,1）；
}
}
}
該函數(shù)對LCD 所有點(diǎn)陣寫0，完成一次清屏操作。這里的ORGY，PRGX 是設(shè)定光標(biāo)的命令，光標(biāo)指向（0,0）字節(jié)，是一個固定值。實(shí)際在執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入的時，x 坐標(biāo)范圍從0 到63，在連續(xù)寫入過程中能夠?qū)崿F(xiàn)自動加1，y 軸頁地址范圍從0 到7，需要逐頁設(shè)定。
LCD 初始化函數(shù)void lcd12864_init（void）。
void lcd12864_init（void）
{
lcd_cmd_wr（DISPON,0）； // 顯示開啟
lcd_cmd_wr（DISPFIRST,0）； // 設(shè)定顯示首行地址，修改首行地址可以實(shí)現(xiàn)屏幕滾動顯示效果
lcd_cmd_wr（ORGY,0）； // 設(shè)定初始光標(biāo)
lcd_cmd_wr（ORGX,0）；
lcd_cmd_wr（DISPON,1）； // 初始另外一半
lcd_cmd_wr（DISPFIRST,1）；
lcd_cmd_wr（ORGY,1）；
lcd_cmd_wr（ORG,1）；
lcd12864_clr（）； // 執(zhí)行清屏，非必須操作
}
該函數(shù)用來初始化LCD，設(shè)置顯示模式，光標(biāo)位置等，在對LCD 繪圖時，最多的命令就是設(shè)定當(dāng)前光標(biāo)位置，通過光標(biāo)位置來指定將要操作的LCD 顯示點(diǎn)。
在對LCD 編程操作以前，一定要執(zhí)行此函數(shù)對LCD 進(jìn)行初始化操作。
從驅(qū)動函數(shù)可見，一次對LCD 寫入數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位，通過寫命令設(shè)定坐標(biāo)，y 坐標(biāo)從0 頁到7 頁，x 坐標(biāo)從0 列到63 列，分左右屏，左上角為坐標(biāo)（0，0）點(diǎn)，這和我們習(xí)慣的左下角為（0，0）坐標(biāo)軸是不一樣的。
因?yàn)槊看尾僮鱈CD 是一個字節(jié)為單位，對應(yīng)8 點(diǎn)，如果我們希望以任意點(diǎn)為坐標(biāo)顯示，還得另外尋找別的辦法編程實(shí)現(xiàn)真正“點(diǎn)”顯示。
如圖3 所示，在屏幕上指定位置畫點(diǎn)，水平軸就是x，與LCD 坐標(biāo)一致，垂直軸需要將點(diǎn)坐標(biāo)變成字節(jié)為單位的坐標(biāo)，我們先按習(xí)慣將y 軸64 點(diǎn)從下至上編號0 到63，其中0 到7 點(diǎn)為字節(jié)0，8 到15 點(diǎn)為字節(jié)1，依此類推對應(yīng)8 字節(jié)。
圖3 LCD“點(diǎn)”顯示示例
第一點(diǎn)y 軸為30，應(yīng)該對應(yīng)垂直哪個字節(jié)的哪個比特呢？
實(shí)際30 點(diǎn)應(yīng)該在第4 字節(jié)（24 到31）的Bit 6 上，拿30/8 取整為3，剛好是應(yīng)該跳過的前3 字節(jié)（對應(yīng)0 到23），那么30%8（30 除8 取余數(shù)）呢，余數(shù)是6，不是剛好是Bit 位嗎？所以可以這樣將y 值映射到某字節(jié)的某點(diǎn)上，如果y 軸64 點(diǎn)對應(yīng)8 字節(jié)變量Da[n]，n從0 到7，則：
da[y/8] = 1 《 （y%8）；或da[y》3]=0x01《（y&0x07）；后一種算法更優(yōu)。
關(guān)鍵字：LCD12864 數(shù)字示波器
通過總結(jié)規(guī)律，用以上算法可以將任意0 到63 之間的數(shù)據(jù)作為坐標(biāo)描點(diǎn)到對應(yīng)的8 個字節(jié)中，然后將8個字節(jié)全部寫入LCD，則通過剛才算法就會有一點(diǎn)與所給坐標(biāo)一致。
第一點(diǎn)：da[30/8] = 1 《 30%8; 即da[3] = 0x40;
第二點(diǎn)：da[10/8] = 1 《10%8; 即da[1] = 0x04;
首先給出列顯示子函數(shù)，在任意列顯示y 值對應(yīng)點(diǎn)。
{
unsigned char j;
if（x<64） { // 根據(jù)列坐標(biāo)選擇左右半屏
for（j=0;j<8;j++） { // 寫左半屏
lcd_cmd_wr（ORGY+j,0）；
lcd_cmd_wr（ORGX+x,0）；
lcd_data_wr（da[j],0）；
}
}
else {
x-=64;// 坐標(biāo)調(diào)整
for（j=0;j<8;j++） { // 寫右半屏
lcd_cmd_wr（ORGY+j,1）；
lcd_cmd_wr（ORGX+x,1）；
lcd_data_wr（da[j],1）；
}
}
}
有了列顯示函數(shù)，LCD 任何坐標(biāo)位置上描點(diǎn)繪圖函數(shù)為：
void lcd_disp（unsigned char x,y） //x 水平坐標(biāo)，y 垂直坐標(biāo)
{
unsigned char dat[8];
unsigned char j;
y=63-y;// 使xy 坐標(biāo)符合習(xí)慣
for（j=0;j<8;j++） dat[j] = 0x0;
dat[y/8] |= 0x01《（y&0x07）；
lcd_row_wr（x,dat）；
}
以上函數(shù)能夠在指定坐標(biāo)（x，y）上描點(diǎn)，下面嘗試將ADC 的值采集后送LCD 顯示。再按時間軸x 軸順序?qū)⒉煌瑫r刻采集到的y 值順序?qū)懭隠CD，這是我們就可以在LCD 上看到隨時間變化的電壓曲線了。主程序?yàn)椋?/p>
void main（）
{
unsigned char i;
lcd12864_init（）；
for（i=0;i<128;i++） {
lcd_disp（i,read_adc（0）/16）；// 從10bit 映射到6bit，要除16
}
while（1）；
}
調(diào)整輸入給ADC 的信號頻率，可以得到滿意的波形圖了，效果如圖4 所示。
圖4 LCD實(shí)時顯示ADC圖
如果你成功做到了這一步，可喜可賀，已經(jīng)掌握了繪圖基礎(chǔ)了，不過程序還要繼續(xù)完善。
三、圖形液晶LCD12864繪圖驅(qū)動設(shè)計(jì)提高
如何在現(xiàn)實(shí)波形顯示的基礎(chǔ)上，同時將定標(biāo)網(wǎng)格也顯示出來呢？
首先我們看一種C 語法“A = 0x05; A |= 0x50;”運(yùn)行以上指令后，A = 0x55 ；也可以說第二個數(shù)據(jù)0x50 是疊加到第一個數(shù)據(jù)上的，我們可以用這種算法把需要顯示的亮點(diǎn)（也就是“1”）按一定的算法疊加在一起，送LCD 顯示，就出現(xiàn)了我們希望的在波形上增加背景網(wǎng)格的效果。
因?yàn)榫W(wǎng)格與水平x 軸是嚴(yán)格關(guān)聯(lián)的，所以我們可以對x 軸數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，有規(guī)律的將邊框和背景格點(diǎn)加入。
改進(jìn)帶背景格的lcd_disp（） 函數(shù)。
void lcd_disp（unsigned char x,unsigned char y）
{
unsigned char da[8];
unsigned char j;
y = 63-y;
for（j=1;j<7;j++） da[j] = 0x0;
da[0]=0x01;
da[7]=0x80;
if（x%5==0） {
da[21/8] |= 0x01《（21%8）；
da[42/8] |= 0x01《（42%8）；
}
if（（x==0）||（x==127）） {// 加兩端邊框
for（j=0;j<8;j++） da[j] = 0xff;
}
da[y/8] |= 0x01《（y%8）；
lcd_row_wr（x,da）；
}
效果如圖5 所示。
圖5 帶網(wǎng)格的LCD顯示圖
四、圖形液晶LCD12864移動游標(biāo)線繪圖驅(qū)動設(shè)計(jì)
聲明控制水平線的變量“unsigned charpointY=0;” 范圍0 到63， 聲明控制垂直線的變量“unsigned char pointX=0;”范圍0 到127。
void lcd_disp（unsigned char x,unsigned char y）
{
unsigned char da[8];
unsigned char j;
y = 63-y;
for（j=1;j<7;j++） da[j] = 0x0;
{// 繪制邊框
da[0]=0x01;
da[7]=0x80;
if（（x==0）||（x==127）） {
for（j=0;j<8;j++） da[j] = 0xff;
}
}
if（x%5==0） da[pointY>>3] |= 0x01 《 （pointY&0x07）；
// 繪制由變量pointY 控制的水平游標(biāo)線
if（x==pointX） // 繪制由變量pointX 控制的垂直游標(biāo)線
for（j=0;j<64;j++）
if（j%5==0） da[j>>3] |= 0x01 《（j&0x07）；
da[y/8] |= 0x01《（y%8）； // 繪制信號波形
lcd_row_wr（x,da）；
}
運(yùn)行效果如圖6 所示。
圖6 水平垂直移動游標(biāo)線示例
五、圖形液晶LCD12864數(shù)字符號顯示
圖形點(diǎn)陣LCD 顯示數(shù)字，原理是把數(shù)字以點(diǎn)陣的形式取模，再把點(diǎn)陣模寫入特定的LCD 空間即可，首先來看數(shù)字取模，如圖7 所示，對數(shù)字“0”按8×5點(diǎn)取模。
圖7 數(shù)字取模示例圖
縱向看，8 點(diǎn)一列，從上至下對應(yīng)bit0 到bit7，我們用1 表示“亮”，0 表示“暗”，從左至右，依次確定為0111 1100，即0x7c ；1000 0010，即0x82 ；10000010， 即0x82 ；1000 0010， 即0x82 ；0111 1100，即0x7c ；如果我們依次將這5 個字節(jié)寫入LCD 某頁連續(xù)5個地址空間，LCD 上就會顯示“0”。
下面我們把數(shù)字變量在LCD 上動態(tài)顯示，就是數(shù)值變了，顯示跟著變。
字符顯示LCD 驅(qū)動函數(shù)，實(shí)現(xiàn)8×n 點(diǎn)陣字符寫入函數(shù)。
void lcd_put_xyns（unsigned char x,y,n,unsigned char *s）
{
unsigned char i;
for（i=0;i
if（（x+i）>63） {
lcd_cmd_wr（ORGY+y,1）；
lcd_cmd_wr（ORGX+x+i-64,1）；
lcd_dat_wr（s[i],1）；
}
else {
lcd_cmd_wr（ORGY+y,0）；
lcd_cmd_wr（ORGX+x+i,0）；
lcd_dat_wr（s[i],0）；
}
}
}
參數(shù)：“x, y”是坐標(biāo)，這里y 是頁坐標(biāo)，取值從0 到7，“n”是點(diǎn)陣模字節(jié)數(shù)，“*s”是點(diǎn)陣模起始地址。
將字模生成字模表：
unsigned char code number[]={
0x7C,0x82,0x82,0x7C,0x84,0xFE,0x80,0x00,0xCC,0xA2,0x
92,0x8C,0x44,0x92,0x92,0x6C,
0x38,0x24,0xFE,0x20,0x9E,0x92,0x92,0x62,0x7C,0x92,0x9
2,0x64,0x06,0xF2,0x0E,0x02,
0x6C,0x92,0x92,0x6C,0x4C,0x92,0x92,0x7C,0x80,
};
lcd_put_xyns（0,0,4,number+0*4）； // 直接顯示字符0
lcd_put_xyns（4,0,4,number+1*4）； // 直接顯示字符1
……
tmp=3421; // 以下代碼顯示變量tmp
lcd_put_xyns（80,2,4,number+（tmp/1000）*4）；
lcd_put_xyns（84,2,4,number+（tmp/100%10）*4）；
lcd_put_xyns（88,2,4,number+（tmp/10%10）*4）；
lcd_put_xyns（92,2,4,number+（tmp%10）*4）；
關(guān)鍵字：LCD12864 數(shù)字示波器
運(yùn)行效果如圖8 所示。
圖8 LCD顯示數(shù)字圖
基于以上原理，我們還可以將其他字符取模顯示。
最終完成的效果如圖9 所示。
圖9 完整示波器效果圖
六、數(shù)字示波器幾個參數(shù)
1. 數(shù)據(jù)采樣率與時間軸定標(biāo)
數(shù)據(jù)采樣率也就是每秒鐘連續(xù)采集到的數(shù)據(jù)個數(shù)，或者說兩個有效數(shù)據(jù)之間的時間間隔。為了在LCD 上還原波形圖，時間軸與采樣率之間要有嚴(yán)格的換算關(guān)系。
為了還原波形圖，采樣率與被測量信號頻率之間有一定的關(guān)聯(lián)，不同的采樣率，對應(yīng)不同頻段的信號，高采樣率適合高頻信號，低采樣率適合變化緩慢的低頻信號。
從顯示效果來看，為了在屏幕上再現(xiàn)信號的頻率特征，根據(jù)Nyquist 頻率特征定理，一般要保證信號的每個周期內(nèi)至少有2 點(diǎn)，用LCD 再現(xiàn)，2 點(diǎn)效果已經(jīng)很差了。最高采樣率一般由ADC 器件決定，這里用的TLC1549 最快只能做到88μs 采集一點(diǎn)，按2 點(diǎn)每周期計(jì)算的話，可以做到對5.6K（1000000/88/2） 信號采樣，實(shí)際效果已經(jīng)很差了，1K 以內(nèi)效果最好。
實(shí)際在設(shè)計(jì)采樣率檔位時，最快檔按100μs 每點(diǎn)，屏幕每5 點(diǎn)（500μs）一格，第一檔就是0.5ms/div，這一檔位需要連續(xù)采樣，用少量延時控制采樣率為10k，第二檔就是1ms/div，第三檔2ms/div，第四檔5ms/div，第五檔10ms/div，后面四檔分別用定時器控制完成。
2. 電壓軸分檔定標(biāo)
由于這版沒做模擬電路，沒有信號電調(diào)理電路，所謂電壓檔定標(biāo)是純軟件算法實(shí)現(xiàn)，屏幕同樣取5 點(diǎn)一格，共10 格，當(dāng)輸入信號從0 到5V 變化時，LCD 剛好滿屏顯示，每格0.5V，另外還設(shè)計(jì)了0.1v/div，0.2v/div，1v/div，2v/div，5v/div。共6 檔。
3. 交流直流切換
功能完善的示波器應(yīng)該從硬件上實(shí)現(xiàn)交直流切換，本版先從軟件上實(shí)現(xiàn)交流直流顯示，設(shè)計(jì)思想是根據(jù)采樣得到的數(shù)據(jù)的最大值和最小值確定交流信號幅度和中值，把直流部分減掉，顯示只顯示交流部分，這就是交流檔，直流檔就是不做去直流處理。
4. 運(yùn)行停止切換
該功能實(shí)現(xiàn)起來很容易，所謂停止，就是停止新的數(shù)據(jù)采集，重復(fù)顯示同一幀數(shù)據(jù)，顯示的效果就是波形穩(wěn)定無抖動，便于對信號電壓和頻率進(jìn)行測量。
5. 電壓測量
根據(jù)當(dāng)前電壓檔位（每格表示多少伏），計(jì)算出兩測量線之間的電壓值，在LCD 上顯示。
6. 頻率測量
根據(jù)當(dāng)前時間軸檔位（每格表示多長時間），計(jì)算出兩測量線之間的時間，假定兩測量線之間剛好是一個周期，轉(zhuǎn)換成頻率值在LCD 上顯示。
7. 波形平移
用變量控制波形在LCD 上顯示的相對位置，實(shí)現(xiàn)波形上下左右平移。
8. 幀同步
我們使用的數(shù)字示波器，對有規(guī)律的周期信號能夠穩(wěn)定顯示，要想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定顯示，需要在起始點(diǎn)顯示信號的不同周期的同一點(diǎn)，如何做到這點(diǎn)呢？
如圖10 所示，我們對比兩幀數(shù)據(jù)，波形起點(diǎn)不在同一點(diǎn)，我們沒辦法保證每次數(shù)據(jù)采樣剛好在同一點(diǎn)（硬件觸發(fā)的除外），我需要按一定的規(guī)律，在LCD 上繪圖時，總是從同一點(diǎn)開始，例如過零點(diǎn)，這里我們首先用統(tǒng)計(jì)的辦法找出信號的最大值和最小值，計(jì)算出信號中交流部分的中點(diǎn)，也就是過零點(diǎn)，然后逐點(diǎn)比較，搜尋過零點(diǎn)。
圖10 不同幀數(shù)據(jù)起點(diǎn)不同
程序設(shè)計(jì)思想是逐點(diǎn)比較過濾，我們?nèi)≈兄?，如圖7-1 中第5 點(diǎn)所示，信號從小于中值到大于中值的上升沿為起點(diǎn)，不同幀信號可能從1、2、3、4 任何一點(diǎn)開始，這就要用程序判斷把設(shè)定的起點(diǎn)5 以前的數(shù)據(jù)丟掉。
程序是這樣的：
while（da_buffer[i] > dam） if（++i > （DATA_SIZE/2）） break;
while（da_buffer[i] <= dam） if（++i > （DATA_SIZE/2）） break;
while（da_buffer[i] > dam） if（++i > （DATA_SIZE/2）） break;
這里的dam 就是信號交流部分的中值。
程序用幾個while 語句，看上去很呆板，實(shí)際運(yùn)行效果很好喔。第一句把比設(shè)定值大的數(shù)據(jù)過濾，如圖10 中的1、2、3 點(diǎn)，如果數(shù)據(jù)是從4 開始的，第一句會直接跳過；第二句把比設(shè)定值小的數(shù)據(jù)跳過，找出過零點(diǎn)的上升沿5 點(diǎn)。
9. 矢量繪圖
前面我們介紹的LCD 描點(diǎn)繪圖不是矢量繪圖，圖形由一系列的“點(diǎn)”組成，在波形繪圖區(qū)，每列只有1個點(diǎn)，拿方波繪圖來看，描點(diǎn)繪圖圖形如圖12 所示，矢量繪圖在點(diǎn)與點(diǎn)之間填充“直線”，方波繪圖效果如圖11 所示。對比兩種繪圖效果，最好選擇矢量繪圖，LCD 波形顯示效果較點(diǎn)繪圖好很多。
圖11 點(diǎn)繪圖
圖12 矢量繪圖
矢量繪圖需要按時間軸連續(xù)兩點(diǎn)同時考慮，根據(jù)兩點(diǎn)之間的差值補(bǔ)點(diǎn)，這就是繪圖程序disp（x, y, l）中參數(shù)l 的作用。
七、數(shù)字示波器程序流程圖設(shè)計(jì)分析
表達(dá)程序設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵就是程序流程圖，下面將重點(diǎn)分析本程序設(shè)計(jì)的幾個關(guān)鍵流程圖。
主程序流程圖如圖13 所示，初始化完成系統(tǒng)初始化設(shè)置，包括全局變量初始化，紅外按鍵中斷、定時器中斷初始化，在主循環(huán)程序中，處理外部按鍵輸入，由于數(shù)據(jù)采集是在定時中斷中完成的，主循環(huán)中需要等待一幀數(shù)據(jù)采集完成后，才能對數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理，包括直流濾波，數(shù)據(jù)到LCD 映射，調(diào)用LCD 顯示函數(shù)完成波形繪圖，一幀數(shù)據(jù)處理完成后，重新開中斷，等待下一幀數(shù)據(jù)采集。
圖13 主程序流程圖圖
LCD 波形顯示流程圖如圖14 所示，LCD 波形顯示區(qū)需要根據(jù)新采集到的數(shù)據(jù)不斷刷新，這里以LCD列為單位，一次繪圖一個（x, y）坐標(biāo)點(diǎn)，這里的編程思想是定義7 字節(jié)內(nèi)存變量，與LCD 的第x 列對應(yīng)，首先對參數(shù)進(jìn)行檢查，例如y 參數(shù)就不能超過LCD 顯示去最大值，超過需要修正，確保點(diǎn)到點(diǎn)映射不出錯，需要顯示的內(nèi)容除了波形信號外，還有窗口邊框，背景格，游標(biāo)線等，都要同時考慮。這里的l 參數(shù)是兩點(diǎn)之間的間隔，采用矢量顯示，兩點(diǎn)之間用直線矢量繪圖代替描點(diǎn)，顯示效果要好很多。
圖14 LCD波形顯示
數(shù)據(jù)采集流程圖如圖15 所示，數(shù)據(jù)采集需要嚴(yán)格等時，而且根據(jù)不同頻率的信號，從低頻到高頻需要用不同的采樣率，所以這里用定時器控制采樣時間間隔。
圖15 數(shù)據(jù)采集流程圖
由于定時器中斷任務(wù)調(diào)用需要額外時間，對于高速中斷是有一定時間間隔限制的，通過計(jì)算，100μs 周期采樣用定時器實(shí)現(xiàn)不了，所以這里定時數(shù)據(jù)采樣分高速和低速兩檔，高速檔一次一幀，低速檔一次一點(diǎn)，一幀數(shù)據(jù)采集完成后，回到主程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。
按鍵任務(wù)流程圖如圖16 所示，由于示波器控制需要很多按鍵，涉及電壓檔位，采樣時間檔位，游標(biāo)線等，這些檔位都由一個全局變量控制，在按鍵任務(wù)模塊，就是根據(jù)有效按鍵，對這些檔位全局變量進(jìn)行加減調(diào)整，變量調(diào)整后，有些效果會在波形顯示刷新中體現(xiàn)出來，還有的需要單獨(dú)刷新顯示。
圖16 按鍵任務(wù)流程圖
八、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與心得體會
STC89C52RC 內(nèi)部擴(kuò)展RAM 只有256 字節(jié)，不像數(shù)據(jù)手冊上介紹的512 字節(jié)，外部RAM 超量使用會導(dǎo)致意想不到的后果，經(jīng)常莫名其妙的死機(jī)。
窗口波形顯示有兩種模式，逐點(diǎn)顯示（采集一個數(shù)據(jù)馬上刷新顯示）和逐幀顯示（采集完成一幀數(shù)據(jù)后刷新顯示），經(jīng)過測試論證，低頻逐點(diǎn)視覺效果好，高頻沒區(qū)別，但是逐點(diǎn)沒辦法同步。
由于版面限制，這里發(fā)表的只是一個壓縮版，詳細(xì)資料見“大學(xué)生電子實(shí)驗(yàn)室論壇” http://www.ceet.hbnu.edu.cn/bbs/。
初學(xué)者在學(xué)習(xí)他人程序時，不要僅僅對程序代碼下功夫看懂，其實(shí)真正學(xué)習(xí)的捷徑是看懂程序流程圖，學(xué)習(xí)他人的程序設(shè)計(jì)思想，在吸收他人程序設(shè)計(jì)思想的前提下，具體編程實(shí)現(xiàn)特定的功能，程序可以有多種“寫法”。
作為終端輸出顯示裝置，并不需要很高的刷新速度，因?yàn)樗墙o“人”看的，每秒超過10 次的變化，對人眼睛產(chǎn)生不了有用的效果。
我寫這篇教程，特別注重解決問題方法的總結(jié)，我認(rèn)為掌握一種解決問題的方法比掌握一種具體的知識要重要得多。