畢業(yè)設計基于壓力式的水位采集儀(硬件設計)

1、南 昌 工 程 學 院畢 業(yè) 設 計 (論 文)機械與電氣工程 學院 07自動化 專業(yè)畢業(yè)設計（論文）題目： 基于壓力式的水位采集儀（硬件設計） 學 生 姓 名： 黃發(fā)陽 班 級： 07自動化 學 號： 2007100251 指 導 教 師： 樊 宜 完 成 日 期： 2011 年 6 月 12日基于壓力式的水位采集儀(硬件設計)The water collection device based on pressure type（Hardware design）總計畢業(yè)設計（論文）52頁表 格 35幅插 圖 31幅摘要本設計是結合單片機與傳感器技術的綜合應用。它是基于壓力式的水位采集儀的設計，

2、由七個電路模塊構成，分別為信號處理與放大電路模塊、直流穩(wěn)壓電源模塊、模擬信號轉化數(shù)字信號（A/D）模塊、液晶顯示模塊、按鍵電路模塊、RS485通信電路模塊、單片機處理模塊。它利用高精度的12位并行A/D芯片對其信號采集，經(jīng)單片機處理后通過液晶顯示器顯示水位高度和此刻的時間，利用六個按鍵可設定水位預置和時間初始值，和利用串行通信接口標準RS485可遠程通信，便于控制室人員對其水位高度的控制。實際上，這裝置對道橋、水庫等處的水位測量和控制是非常有必要的 。關鍵詞：單片機處理 信號采集 液晶顯示 串行通信AbstractThis design is a integrated application

3、about combiningSCMwith sensor technology. It is a design of collecting instrumentbased on the water pressure type, and makes up of seven circuit modules, respectively signal processing and amplifying circuit module, DC module, analog signal into digital signal (A/D) module, LCD module, buttons circu

4、it module, RS485 communication circuit module, SCM processing module. It uses high precision 12 parallel A/D chip to acquire the signal, after SCM processing through liquid crystal display displays the height ofwater leveland time of the moment, using six buttons can set preset and initial value of

5、the height and the time, by serial communication interface standards RS485 completes remote communication, facilitating the personnel in control room to control the height of water level. In fact, this device is very necessary to water level of measuring and control on bridge, reservoirs and other p

6、laces.Keywords: SCM processing;signal acquisition; LCD display ;serial communication 目 錄摘要Abstract第一章引言1第二章總體設計22.1 總體設計規(guī)劃22.2 研制過程和其它說明3第三章各芯片的概述43.1 8051單片機和AT89C51單片機的概述43.2 MAX197的概述93.3 LCD12864的概述123.4 芯片MAX485和RS485通信的概述24第四章硬件設計304.1 信號處理與放大電路模塊設計304.2 直流穩(wěn)壓電源模塊設計314.3 模擬信號轉化數(shù)字信號（A/D）模塊設計324.

7、4 液晶顯示模塊設計334.5 按鍵電路的設計334.6 RS485通信電路模塊設計344.7 單片機處理模塊的設計36第五章制作與調試375.1 硬件電路的布線與焊接375.2 硬件電路的調試38第六章軟件設計396.1 總的程序設計規(guī)劃396.2 時間和按鍵處理子程序設計406.3 液晶顯示子程序設計426.4 程序的軟件調試和燒錄44結論46參考文獻47致謝48附錄一程序49附錄二整體電路圖62第一章 引言電子技術是十九世紀末、二十世紀初開始發(fā)展起來的新興技術，二十世紀發(fā)展最迅速，應用最廣泛，成為近代科學技術發(fā)展的一個重要標志。從第一代電子產(chǎn)品以電子管為核心到現(xiàn)在的大規(guī)模集成電路，在短短

8、五十多年的發(fā)展歷史中，為人類便利的生活和生產(chǎn)提供了不可或缺和不可磨滅的作用。如果說微型計算機的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學研究得到了質的飛躍，那么可編程控制器的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測控領域帶來了一次新的革命。壓力是生產(chǎn)過程控制中的重要參數(shù)，許多生產(chǎn)過程（尤其是化工煉油等生產(chǎn)過程都是在一定的壓力條件下進行的，例如，高壓容器的壓力不能超過規(guī)定值，某些減壓裝置則要求在低于大氣壓的真空下進行；在某些生產(chǎn)過程中，壓力的大小還直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)量與質量。此外，壓力檢測的意義還在于，其它一些過程參數(shù)如溫度、流量、液位等往往要通過壓力來間接測量，所以壓力的檢測是生產(chǎn)過程自動化中與具有特殊的地位。而針對水位的高度實時測量與

9、控制，往往需通過壓力傳感來進行檢測與控制來間接地測量。利用單片機對壓力進行測控的技術，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。用單片機對壓力進行實時檢測和控制，以解決工業(yè)及日常生活中對壓力的及時自動控制問題。用液晶顯示實際壓力值和時間，方便人工監(jiān)視。用鍵盤輸人壓力控制范圍值，便于在不同應用場所設置不同壓力范圍值。當實際壓力值不在該范圍時，系統(tǒng)能自動調節(jié)壓力，以保持設定的壓力基本不變，即水位高度不變，達到自動控制的目的。本設計用單片機對水位進行實時檢測，便于后面的水位控制，用液晶顯示實際壓力值和時間，用按鍵調整時鐘和水位高度，系統(tǒng)的水位最小區(qū)分度為0.1mm。本電路的設計包括放

10、大電路模塊、鍵盤控制模塊、A/D模塊、LCD顯示模塊、RS485通信模塊、電源模塊、單片機處理模塊。由于單片機技術在各領域正得到越來越廣泛的應用，世界上許多集成電路生廠家相繼推出了各種類型的單片機。在單片機家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術及高可靠性和高性能價格比，迅速占領了工業(yè)測控和自動化工程應用的主要市場，成為國內單片機應用領域中的主流。目前可用于MCS-51系列單片機開發(fā)的硬件越來越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以極方便的利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出用于不同目的的各類應用系統(tǒng)。我所采用的控制芯片為AT89C51，此芯片功能強大，能夠滿足設

11、計。第二章 總體設計2.1 總體設計規(guī)劃本電路的設計包括壓力傳感器模塊、信號處理與放大電路、A/D轉換模塊、按鍵控制模塊、LCD顯示模塊、RS485通信模塊、電源模塊、單片機處理模塊，又傳感器采集數(shù)據(jù)，由儀表放大電路對采集的信號進行處理，然后經(jīng)A/D轉換變?yōu)閿?shù)字信號輸送給單片機進行處理并在LCD上顯示并顯示此刻的時間，而且可以遠程通信。系統(tǒng)總體結構框圖如圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)總體結構框圖本課題設計水位高度和時間顯示可以完成如下功能： 使用點陣式LCD顯示器來顯示水位高度和當時的時間，顯示格式分別為“XXX.X mm”和“XX:XX:XX”。例如，08:12:45的時刻水位高度為212.3

12、mm 。 具有6個小按鍵操作來設置水位高度預值和時間調整。通過按“設置”鍵表示需按鍵處理，然后通過按“+” 、“-”可從數(shù)0開始一直調到9中的任意數(shù)字，通過按“左移” 、“右移”鍵確定哪位的設定，最后通過按“確定”鍵表示按鍵處理完畢。 利用RS485可以遠程通信，其既作驅動器用，將信息傳給計算機，又可作接收器用，從計算機獲取控制命令。2.2 研制過程和其它說明1.系統(tǒng)設計通過查閱資料和書籍，結合自身的電路知識來設計。2.畫電路原理圖利用protel99se和Proteus將設計的原理圖畫出，為制作PCB提供依據(jù)。3.硬件焊接考慮PCB板刻錄需儀器，我們自己手工焊接，取得印制電路板后，把器件按圖

13、正確的焊接在PCB板上。4.單片機程序的編寫了解AT89C51的內部資源，利用匯編語言進行編程。5.程序的調試和燒錄先在Keil-C51仿真軟件仿真，然后將程序燒錄進AT89C51進行系統(tǒng)電路的調試。系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分。本論文以硬件部分為主，軟件部分為輔。第三章 各芯片的概述3.1 8051單片機和AT89C51單片機的概述3.1.1 8051單片機的組成結構1） 8051單片機的引腳結構常見的8051單片機芯片一般為PDID封裝（一種芯片封裝模式），這種芯片上共有40個引腳，各個引腳的名稱如圖3.1所示。圖3.1 8051單片機的引腳結構2） 8051單片機的內部結構8051單片機的

14、內部結構包含中央處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大模塊，同時還包含數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，如圖3.2所示。圖3.2 8051單片機的內部結構1、中央處理器中央處理器是整個8051單片機的核心部件，它是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，即能夠一次處理8位（以下均指二進制位）的數(shù)據(jù)或代碼。中央處理器負責控制、指揮和調度整個單片機系統(tǒng)，使各部分器件協(xié)調工作，并完成一些運算功能。在中央處理器內部含有很多寄存器，這些寄存器擁有非常高的讀寫速度，這些寄存器用于緩存一些狀態(tài)變量或計算機的中間變量，在寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送速度非?？臁?、數(shù)據(jù)存儲器8051單片機

15、的內部還有一個容量為256字節(jié)的片內數(shù)據(jù)存儲器。其中有128個字節(jié)作為特殊功能寄存器，這些寄存器與單片機的各部件直接相關：其余128個字節(jié)的空間可用于存放用戶數(shù)據(jù)，或一些計算時的中間變量。當8051單片機的片內數(shù)據(jù)存儲器的容量無法滿足開發(fā)要求時，還可通過引腳外接容量為64KB的片內數(shù)據(jù)存儲器。3、程序存儲器(ROM)8051單片機的芯片內部設置了4KB的片內程序存儲器，用于存放指令程序及一些原始數(shù)據(jù)。與數(shù)據(jù)存儲器相同，8051單片機也可以通過引腳外接片外程序存儲器。4、定時/計數(shù)器8051單機中有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，它們可用來實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。5、并行輸入輸出（I/O）口8位并行

16、傳輸是指利用8條線路同時傳送每個字節(jié)信號的8個二進制位（一個字節(jié)等于8個二進制位）。8051單片機中，共有4個8位并行I/O接口，分別是P0口（引腳P0.0P0.7）、P1口（引腳P1.0P1.7）、P2口（引腳P2.0P2.7）、P3口（引腳P3.0P3.7）。這些I/O接口用于單片機與外部電路的數(shù)據(jù)傳送。6、全雙工串行口串行輸出是指用一條線路逐位的傳送每個字節(jié)信號的各個二進制位，全雙工串行傳輸是指用兩條串行線路來實現(xiàn)同時雙向地傳輸數(shù)據(jù)，即A向B發(fā)送信息的同時，B也可以向A發(fā)送信息。8051單片機內置一個全雙工串行通信口，用于與其他設備間的串行數(shù)據(jù)傳送。7、時鐘電路8051內置了一個時鐘電路

17、，其最高頻率可達12MHz。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機運行所需的脈沖時序。8051單片機的時鐘電路正常工作，需要通過引腳外接振蕩電容。8051單片機也可以通過引腳直接外接時鐘電路。3.1.2 AT89C51的結構和性能AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內含4KB的可反復擦寫的程序存儲器和128B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）,器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內配置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大的AT89C51單片機可靈活應用于各種控制領域。1） 主要性能參數(shù)l 與MCS-5

18、1產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容l 4KB可反復擦寫Flash閃速存儲器l 1000次擦寫周期l 時鐘頻率范圍：0Hz24MHzl 3級加密程序存儲器l 128*8B內部RAMl 32個可編程I/O接口線l 2個16位定時/計數(shù)器l 5個中斷源l 可編程串行UART通道l 低功耗空閑和掉電模式2） 功能特性概述AT89C51提供以下標準功能：4KB的Flash閃速存儲器，128B內部RAM,32個I/O接口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工

19、作，但允許RAM、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。3） 引腳功能如圖3.3所示AT89C51芯片引腳圖圖3.3 AT89C51芯片引腳圖VCC：供電電壓。GND：接地。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要

20、注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR中8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部

21、程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8個TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4個TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸

22、入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信

23、號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表3.1所示：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選

24、通）表3.1 P3口功能4）極限參數(shù)l 工作溫度：-55+125l 儲藏溫度：-65+15l 任一引腳對地電壓：-1.0V+7.0Vl 最高工作電壓：6.6Vl 直流輸出電流：15.0mA3.2 MAX197的概述 MAX197是Maxim公司推出的具有12位測量精度的高速A/D轉換芯片，只需單一電源供電，且轉換時間很短(6ms)，具有8路輸入通道，還提供了標準的并行接口8位三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口，可以和大部分單片機直接接口，使用十分方便。3.2.1 Max197芯片相應的功能CLK：時鐘輸入，在外部時鐘模式下，輸入與TTL/MOS相匹配的始終脈沖，在內部時鐘模式下，從這個引腳接一個電容CCLK至地

25、，設置內部時鐘頻率；當CCLK=10pF時，CLK典型值為1.56MHz。CS：片選腳，低電平有效。WR：當CS為低電平時，在內部采集模式，WR的上升沿將鎖住數(shù)據(jù)，并發(fā)出一個采集脈沖。當CS為低電平時，在外部采集模式下，WR的第一個上升沿啟動一次采集，WR的第二個上升沿結束采集并開始一次轉換。RD：如果CS為低電平，RD的下降沿將實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線上的一次讀操作。HBEN:輸入腳，控制數(shù)據(jù)總線復用，以得到12位轉換結果，當HBEN為高電平時，數(shù)據(jù)總線上輸出高4位數(shù)據(jù)；當SHDN為低電平時，器件進入掉電工作狀態(tài)。D7D4：三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口。D3/D11D0/D8：三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口。當HBEN=0時，輸

26、出為D3D0的數(shù)據(jù)，當HBEN=1時，輸出為D11D8數(shù)據(jù)。AGND:模擬地。CH0CH7為八路模擬輸入通道。INT:中斷輸出腳，當轉換完畢，輸出數(shù)據(jù)準備就緒，INT變?yōu)榈碗娖?。REFADJ：為帶隙電壓基準輸出/外部調節(jié)引腳，可連接一個0.01uF電容旁路至地。當在REF腳上采用外部基準電壓時，此管腳連到VDD上。REF：緩沖器基準電壓輸出/ADC基準電壓輸入。在內部基準電壓模式下，基準緩沖器提供4.096V的標準輸出電壓?？稍赗EFADJ腳微調，在外部基準電壓模式下，通過把REFADJ接至VDD使內部緩沖器無效。VDD：+5V電源，通過0.1uF電容旁路至地。DGND：數(shù)字地。3.2.2 M

27、AX197的控制字MAX197的控制字格式如表3.2所示D7D6D5D4D3D2D1D0PD1PD0ACQMODRNGBIPA2A1A0表3.2 MAX197的控制字格式表中的各個控制位如下：1）PD1、PD0：選擇時鐘和低功耗模式，其設置如表3.3所示PD1PD0說明00正常工作，外部時鐘模式01正常工作，內部時鐘模式10后備低功耗模式，不影響時鐘模式11低功耗模式，不影響時鐘模式表3.3 PD1、PD0位設置MAX197可以以內部或外部時鐘模式工作?？刂谱止?jié)的D6，D7位選擇內部或外部時鐘模式。一旦選擇了所要求的時鐘模式，改變這些位編程選擇低功耗模式時，不會影響時鐘模式。剛上電時，選擇外部

28、時鐘模式。內部時鐘模式設置控制字節(jié)的D7位為0，D6位為1可以選擇這種模式。在CLK腳和地之間接一個100pf的電容，可產(chǎn)生1.56MHz頻率。外部時鐘模式設置控制字節(jié)的D7位為0,D6位=0選擇外部時鐘模式。一般情況，要求100KHz2MHz的外部時鐘具有45%55%的占空比。當工作時鐘頻率低于100KHz時，在保持電容上將產(chǎn)生一個電壓降導致性能降低。2）ACQMOD：0為內部控制采集，1為外部控制采集。通過寫控制字節(jié)的ACQMOD位為0，選擇內部采集方式。此方式產(chǎn)生一個脈沖初始化采集間隔，這個時間是內部定時的。當六個時鐘周期采集間隔結束時，轉換開始。通過寫控制字節(jié)的ACQMOD位為1.選擇

29、外部采集方式。外部采集方式可以更精確的控制采樣間隔和轉換。在這種方式下，用戶通過2個寫脈沖控制采集和啟動轉換。在第一個寫脈沖中，要使ACQMOD位=1，它將啟動一次采集開始。在第二次寫脈沖中要使ACQMOD位=0，在WR的上升沿開始轉換并結束采集。在發(fā)第一個第二個寫脈沖時，多路輸入通道的地址位值必須一樣。在第二個寫脈沖中低功耗模式位（PD0，PD1）可以設一個新值。3）RNG,BIP:RNG位是選擇輸入端的滿量程電壓范圍，BIP位選擇單極性式和雙極性轉換模式，這兩位設置如表3.4所示。BIPRNG輸入范圍（v）00050101010+-511+-10表3.4 BIP設置4）A2，A1，A0：用

30、于選擇多路輸入、輸出的地址，如表3.5所示A2A1A0CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7000-001-010-011-100-101-110-111-表3.5 多輸入多輸出設置3.2.3數(shù)據(jù)的讀取在單極性方式下，輸出數(shù)據(jù)格式為二進制數(shù)；在雙極性方式下，其格式為補碼形式的二進制數(shù)，在讀輸出數(shù)據(jù)時，CS和RD必須為低電平。器件輸出的數(shù)據(jù)一共是12位，當HBEN為低電平時，讀低8位；當HBEN為高電平時，讀取較高的4個MSB位，輸出數(shù)據(jù)的D4D7位。數(shù)據(jù)的讀取格式如表3.6所示。數(shù)據(jù)位HBEN=0HBEN=1D0B0(LSB)B8D1B1B9D2B2B10D3B3B11(MSB)D4

31、B4B11D5B5B11D6B6B11D7B7B11表3.6 數(shù)據(jù)讀取格式3.3 LCD12864的概述3.3.1 HS12864-15芯片 HS12864-15芯片是LCD12864實際產(chǎn)品中的一種，本文通過該芯片來介紹LCD12864。 HS12864-15系列中文圖形液晶模塊的特性主要由其控制器ST7920決定。ST7920 同時作為控制器和驅動器，它可提供33 路com 輸出和64 路seg 輸出。在驅動器ST7921 的配合下，最多可以驅動25632 點陣液晶。1）HS12864-15 系列產(chǎn)品硬件特性如下：提供 8 位，4 位并行接口及串行接口可選并行接口適配 M6800 時序自動

32、電源啟動復位功能內部自建振蕩源6416 位字符顯示 RAM（DDRAM 最多 16 字符4 行，LCD 顯示范圍 162 行）2M 位中文字型 ROM（CGROM），總共提供 8192 個中文字型（1616 點陣）16K 位半寬字型 ROM(HCGROM)，總共提供 126 個西文字型（168 點陣）6416 位字符產(chǎn)生 RAM（CGRAM）2）HS12864-15 系列產(chǎn)品軟件特性如下：文字與圖形混合顯示功能畫面清除功能光標歸位功能顯示開/關功能光標顯示/隱藏功能顯示字體閃爍功能光標移位功能功能顯示移位功能垂直畫面旋轉功能反白顯示功能休眠模式HS12864-15 系列產(chǎn)品的引腳功能HS128

33、64-15 系列產(chǎn)品的引腳功能如下表所示:名稱引腳型態(tài)功能描述并口串口VCC2I模塊電源輸入（未注明為 5V）GND1I電源地V03I對比度調節(jié)端VEE18I液晶驅動電壓輸出端(或名 Vout)PSB15I并口/串口選擇：H 并口;L 串口*RST17I復位信號，低有效RS(CS)4I寄存器選擇端： H 數(shù)據(jù);L 指令片選，低有效R/W(SID)5I讀/寫選擇端：H 讀;L 寫串行數(shù)據(jù)線E(SCLK)6I使能信號串行時鐘輸入DB0-DB37-10I/O數(shù)據(jù)總線低四位空接DB4-DB711-14I/O數(shù)據(jù)總線高四位，4 位并口時空接空接LEDA20I背光正（或名 A、BLA）LEDK19I背光負

34、 (或名 K、BLK)表 3.7 HS12864-15 系列產(chǎn)品的引腳功能 HS12864-15 系列產(chǎn)品的原理原理簡圖3.4所示。圖3.4 HS12864-15 系列產(chǎn)品的原理3.3.4 ST7920內部硬說明1）中文字型產(chǎn)生 ROM（CGROM）及半寬字型 ROM(HCGROM)ST7920 的字型產(chǎn)生 ROM 通過 8192 個 1616 點陣的中文字型，以及 126 個168 點陣的西文字符，它用 2 個字節(jié)來提供編碼選擇，將要顯示的字符的編碼寫到 DDRAM 上，硬件將依照編碼自動從 CGROM 中選擇將要顯示的字型顯示再屏幕上。2）字型發(fā)生RAM(CGRAM)ST7920 的字型產(chǎn)

35、生 RAM 提供用戶自定義字符生成（造字）功能，可提供 4 組 1616 點陣的空間，用戶可以將 CGROM 中沒有的字符定義到 CGRAM 中。3）顯示 RAM(DDRAM)顯示 RAM 提供 642 字節(jié)的空間，最多可以控制 4 行 16 字的中文字型顯示。當寫入顯示資料 RAM 時，可以分別顯示 CGROM，HCGROM 及 CGRAM 的字型。三種字型的選擇：1) 顯示半寬字型將一個字節(jié)的編碼寫入 DDRAM 中，范圍是 027FH2) 顯示 CGRAM 字型將 2 個字節(jié)的編碼寫入 DDRAM 中，共有 0000H，0002H,0004H 及 0006H 四種編碼3) 顯示中文字型將

36、 2 字節(jié)的編碼寫入 DDRAM 中，先寫高 8 位，后寫低 8 位范圍是 A140HD75FH(BIG5),A1A0HF7FFH(GB)4）繪圖 RAM提供 6432 個字節(jié)的空間（由擴充指令設定繪圖 RAM 地址），最多可以控制25664 點陣的二維繪圖緩沖空間，在更改繪圖 RAM 是，由擴充指令設置 GDRAM 地址先垂直地址后水平地址（連續(xù) 2 個字節(jié)的數(shù)據(jù)來定義垂直和水平地址），再2 個字節(jié)的數(shù)據(jù)給繪圖 RAM（先高 8 位后低 8 位）。圖3.5 RAM圖5） DDRAM 內容、CGRAM 地址以及 CGRAM 內容的對照關系DDRAM 內容、CGRAM 地址以及 CGRAM 內容

37、的對照關系如表3.8。表3.8 DDRAM 內容、CGRAM 地址以及 CGRAM 內容的對照關系6） CGRAM 與中文字型的編碼只能出現(xiàn)在 adress counter 的起始位置（見下表）表3.9 CGRAM 與中文字型的編碼7） 168 半寬字型表表3.10 168 半寬字型表3.3.5 時序1）8 位并口寫操作時序圖圖3.6 8 位并口寫操作時序圖2）8 位并口讀操作時序圖圖3.7 8 位并口讀操作時序圖3）4 位并口時序圖圖圖3.8 4 位并口時序圖圖4）4位串口時序圖圖3.9 4位串口時序圖5）外部復位時序圖圖3.10 外部復位時序圖3.3.6 指令說明1）指令表 1（RE=0,

38、基本指令集）指令名控制信號控制代碼執(zhí)行時間RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除顯示00000000011.6ms地址歸 0000000001X72us進入設定點00000001I/DS72us顯示開關設置0000001DCB72us移位控制000001S/CR/LXX72us功能設定00001DLX0/REXX72us設定 CGRAM 地址0001A5A4A3A2A1A072us設定 DDRAM 地址0010A5A4A3A2A1A072us讀忙標志和地址01BFA6A5A4A3A2A1A072us寫顯示數(shù)據(jù)10顯示數(shù)據(jù)72us讀顯示數(shù)據(jù)11顯示數(shù)據(jù)72us2）指令表 2（RE=1,擴

39、充指令集）指令名稱控制信號控制代碼執(zhí)行時間RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0待命模式000000000172us卷動地址或 RAM 地址選擇000000001SR72us反白顯示00000001R1R072us睡眠模式0000001SLXX72us擴充功能設定00001DLX1/REG072us設定繪圖 RAM 地址001000A3A2A1A072usA6A5A4A3A2A1A0備注：當 ST7920 在接受指令前，MCU 必須先確認 ST7920 處于非忙狀態(tài)。即讀取 BF0，才能接受新的指令；如果在送出一條指令前不檢查 BF 狀態(tài)，則需要延時一段時間，以確保上一條指令執(zhí)行完畢，具體

40、指令執(zhí)行時間參照指令表。“RE”是基本指令集與擴充指令集的選擇控制位，當變更“RE”的狀態(tài)后，以后的指令維持在最后的狀態(tài)。除非再次變更“RE”的狀態(tài)，否則使用相同的指令集時，不需要重新設置“RE”。3）基本指令詳細說明表a.清除顯示（CLEAR）00000001格式將 DDRAM 填滿“20H”（空格）代碼，并且設定 DDRAM 的地址計數(shù)器（AC）為00H；更新設置進入設定點將 I/D 設為 1，游標右移 AC 加 1。b.地址歸0（HOME）0000001X格式設定DDRAM 的地址寄存器為 00H，并且將游標移到開頭原點位置；這個指令并不改變 DDRAM 的內容。c.進入設定點（ENTR

41、Y MODE SET）初始值：06H000001I/DS格式指定在顯示數(shù)據(jù)的讀取與寫入時，設定游標的移動方向及指定顯示的移位 I/D1，游標右移，DDRAM 地址計數(shù)器（AC）加 1；I/D0，游標左移，DDRAM 地址計數(shù)器（AC）減 1。d.顯示畫面整體位移如下表SI/D功能描述HH畫面整體左移HL畫面整體右移表3.13e.顯示開關設置（DISPLAY STATUS）初始值：08H00001DCB格式控制整體顯示開關，游標開關，游標位置顯示反白開關 D=1,整體顯示開；D=0，整體顯示關，但是不改變DDRAM 內容 C=1,游標顯示開；C=0，游標顯示關 B=1,游標位置顯示反白開，將游標

42、所在地址上的內容反白顯示；B=0，正常顯示。f.游標或顯示移位控制(CURSOR AND DISPLAY SHIFT CONTORL)初始值：0001 XXXX B （X0,1）0001S/CR/LXX格式這條指令不改變 DDRAM 的內容S/CR/L方向AC 的值LL游標向左移動AC=AC-1LH游標向右移動AC=AC+1HL顯示向左移動，游標跟著移動AC=ACHH顯示向右移動，游標跟著移動AC=AC表3.14g.功能設定(FUNCTION SET)初始值：0011 X0XX B (X=0,1)001DLX0/REXX格式DL:8/4 位接口控制位DL=1,8 位 MPU 接口；DL=1,4

43、 位 MPU 接口 RE：指令集選擇控制位RE1，擴充指令集；RE0，基本指令集同一指令的動作不能同時改變 DL 和 RE，需先改變 DL 再改變 RE 才能確保設置正確h.設定CGRAM地址01A5A4A3A2A1A0格式設定 CGRAM 地址到地址計數(shù)器（AC），AC 范圍為 00H3FH 需確認擴充指令中 SR0（卷動位置或 RAM 地址選擇）i.設定DDRAM地址10A5A4A3A2A1A0格式設定DDRAM 地址到地址計數(shù)器（AC）第一行 AC 范圍80H8FH第二行 AC 范圍90H9FH備注：ST7920 控制器的 12864 點陣液晶其實原理上等同 25632 點陣，第三行對應

44、的 DDRAM 地址緊接第一行；第四行對應的 DDRAM 地址緊接第二行。用戶在使用行反白功能時，如果第一行反白，第三行必然反白。第二行反白，第四行必然反白。這是正常現(xiàn)象。j.讀取忙標志和地址(RS=0,R/W=1)BFA6A5A4A3A2A1A0格式讀取忙標志以確定內部動作是否完成，同時可以讀出地址計數(shù)器（AC）值k.寫顯示數(shù)據(jù)到RAM(RS=1,R/W=0)D7D6D5D4D3D2D1D0格式 當顯示數(shù)據(jù)寫入后會使 AC 改變，每個 RAM（CGRAM，DDRAM）地址都可以連續(xù)寫入 2 個字節(jié)的顯示數(shù)據(jù)，當寫入第二個字節(jié)時，地址計數(shù)器（AC）的值自動加一。l.讀取顯示RAM 數(shù)據(jù)（RS1

45、，R/W1）D7D6D5D4D3D2D1D0格式讀取后會使 AC 改變設定RAM（CGRAM，DDRAM）地址后，先要 Dummy read 一次后才能讀取到正確的顯示數(shù)據(jù)，第二次讀取不需要 Dummy read，除非重新設置了 RAM 地址4）擴充指令詳細說明表00000001a.待命模式進入待命模式，執(zhí)行如何其它指令都可以結束待命模式；該指令不能改變 RAM 的內容。b.卷動位置或者 RAM 地址選擇初始值：02H0000001SR格式當 SR1 時，允許輸入垂直卷動地址；當 SR0 時，允許設定 CGRAM 地址（基本指令）。0000010R0c.反白顯示初始值：04H格式選擇 2 行中

46、的任意一行作反白顯示，并可決定反白與否。R0 初始值為 0，第一次執(zhí)行時為反白顯示，再次執(zhí)行時為正常顯示通過 R0 選擇要作反白處理的行： R0=0 第一行，R0=1 第二行說明：參考基本指令詳細說明中的 DDRAM 地址說明12864 點陣的液晶執(zhí)行反白功能時實用意義不大，因為一三行連在一起，二四行連在一起，用戶對第一行執(zhí)行反白顯示操作時，第三行必然也反白顯示。d.睡眠模式初始值：0000 10XXB(X=0，1)00001SL00格式SL1，脫離睡眠模式SL0，進入睡眠模式e.擴充功能設定初始值：001 DL X100 B (DL=1,8BIT 并口;DL=0,4BIT 并口X=0，1)0

47、01DLXREGX格式DL：8/4 位接口控制位DL=1,8 位 MPU 接口；DL=1,4 位 MPU 接口 RE：指令集選擇控制位RE1，擴充指令集；RE0，基本指令集 G：繪圖顯示控制位G1，繪圖顯示開；G0，繪圖顯示關同一指令的動作不能同時改變 RE 及 DL、G，需先改變 DL 或 G 再改變 RE 才能確保設置正確1000A3A2A1A0A6A5A4A3A2A1A0f.設定繪圖RAM地址格式設定GDRAM 地址到地址計數(shù)器（AC），先設置垂直位置再設置水平位置（連續(xù)寫入2 字節(jié)數(shù)據(jù)來完成垂直與水平坐標的設置）。垂直地址范圍:AC6AC0水平地址范圍:AC3AC03.3.7 初始化流

48、程和屏幕與DDRAM 地址的對應關系圖3.11 初始化流程第1 字第2 字第7 字第8 字第一行80H81H86H87H第二行90H91H96H97H第三行88H89H8EH8FH第四行98H99H9EH9FH表3.15 屏幕與DDRAM 地址的對應關系3.4芯片MAX485和RS485通信的概述 MAX485是用于通信的低功耗收發(fā)器，每個器件中都具有一個驅動器和一個接收器。3.4.1 芯片MAX485的概述1） 引腳排列、引腳說明和典型工作電路MAX481/MAX483/MAX485的引腳排列和典型工作電路分別如圖3.12所示：圖3.122）引腳說明如下表3.16所示：MAX481/MAX4

49、83/MAX485引腳 名稱 功能 1 RO接收器輸出端。若A比B大200mV，RO為高，若A比B小200mV，RO為低 2 /RE接收器輸出使能端。當/RE為低時，RO有效；當/RE為高時，RO為高阻狀態(tài) 3 DE驅動器輸出使能端。若DE為高，驅動輸出A和B有效；若DE為低，它們成高阻狀態(tài)，若驅動器輸出有效，器件作為線驅動器用；若為高阻狀態(tài)時，/RE為低，器件作線接收器用。 4 DI驅動器輸入端。DI為低，將迫使輸出為低；若DI為高，將迫使輸出為高。 5 GND地 6 A 同向接收器輸入和同向驅動器輸出端 7 B反向接收器輸入和反向驅動器輸出端 8 VCC正電源輸入端：4.75V5.25V表

50、3.16 MAX481/MAX483/MAX485引腳說明3） 總線驅動器芯片SN75176常用的RS485總線驅動芯片有SN75174，SN75175，SN75176。SN75176芯片有一個發(fā)送器和一個接收器，非常適合作為RS485總線驅動芯片。SN75176及其邏輯下所示。圖3.13 SN75176芯片及其邏輯關系3.4.2 RS485通信方式在計算機網(wǎng)路以及分布式工業(yè)控制系統(tǒng)中，RS-232C、RS-422、RS-485既是物理層的協(xié)議標準，也是串行通信接口的電氣標準，采用標準接口后，能很方便的把各種計算機、外部設備、測量儀器有機地連接起來，構成測量、控制系統(tǒng)。1977年，EIA制定了

51、新的通信標準RS-449，它定義了在RS-232C通信中沒有的10種電路功能，可以支持較高的輸出速率以及較遠的距離，提供平衡電路改進接口的電氣特性，其中規(guī)定用37腳連接器RS423/422是RS-499標準的子集，RS-485則是RS-422的一個變形。RS-485標準是一種多發(fā)送器的電路標準，它擴展了RS-422A的性能，文本給出了RS-449應用中對電纜、驅動器和接收器的要求，規(guī)定了雙端電氣接口形式，其標準是雙端傳送信號，把電位差轉變成邏輯電平，實現(xiàn)終端的信息接收。采用RS-232C標準進行單項數(shù)據(jù)傳輸時，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為20kbit/s，最大傳送距離為15M。改用RS422標準時最大傳輸速率可達1Mbi