單片機(jī)原理與項(xiàng)目實(shí)踐10第十章-多功能顯示儀項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐課件

1、第十章 多功能顯示儀項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐主 要 內(nèi) 容10.1 多功能顯示儀項(xiàng)目構(gòu)建10.2 矩陣鍵盤10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)主 要 內(nèi) 容10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)10.7 GPS接收模塊設(shè)計(jì)10.1 多功能顯示儀項(xiàng)目構(gòu)建10.1.1 項(xiàng)目簡介 多功能顯示儀項(xiàng)目具備綜合顯示功能，可以顯示溫度、時(shí)間、經(jīng)緯度等信息，可以通過鍵盤修改時(shí)間、日期等信息。該項(xiàng)目作為學(xué)生課程設(shè)計(jì)的一個(gè)項(xiàng)目，包含的知識(shí)點(diǎn)比較廣泛，包括了液晶顯示、矩陣鍵盤掃描、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷、串行通信、SPI總線、I2

2、C總線、1-WIRE總線等知識(shí)點(diǎn)，通過該項(xiàng)目的實(shí)踐可以為學(xué)生日后的項(xiàng)目開發(fā)打下初步基礎(chǔ)。10.1.2 硬件設(shè)計(jì)10.1 多功能顯示儀項(xiàng)目構(gòu)建1.硬件架構(gòu) 根據(jù)項(xiàng)目要求，本項(xiàng)目選擇了常用的AT89C52主芯片、DS1302芯片、DS18B20芯片、4*4矩陣鍵盤、SG12864-12液晶模塊、AT24C02存儲(chǔ)芯片以及GPS接收模塊。多功能顯示儀硬件架構(gòu)圖10.1 多功能顯示儀項(xiàng)目構(gòu)建10.1 多功能顯示儀項(xiàng)目構(gòu)建2.電路圖10.1 多功能顯示儀項(xiàng)目構(gòu)建3.項(xiàng)目組織該項(xiàng)目的組織實(shí)施可以有以下幾種形式：一是利用Proteus軟件仿真；二是利用現(xiàn)成的單片機(jī)開發(fā)板；三是利用萬能板加元器件的形式。10.

3、1 多功能顯示儀項(xiàng)目構(gòu)建4.建立工程5.主程序如書上所列6個(gè)步驟如書上所列程序10.2 矩陣鍵盤 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。10.2.1 線反轉(zhuǎn)法與掃描法10.2 矩陣鍵盤矩陣鍵盤電路圖10.2 矩陣鍵盤 首先讓P1口高四位為1，低四位為0。若有按鍵按下，則高四位中會(huì)有一個(gè)1翻轉(zhuǎn)為0，低四位不會(huì)變，此時(shí)即可確定被按下的鍵的行位置。然后讓P1口高四位為0，低四位為1。若有按鍵按下，則低四位中會(huì)有一個(gè)1翻轉(zhuǎn)為0，高四位不會(huì)變，此時(shí)即可確定被按下的鍵的列位置。最后將上述兩者進(jìn)行或運(yùn)算即可確定被按下鍵的行列位置。2.掃描法行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查

4、詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法，如上圖所示鍵盤，介紹過程如下。（1）判斷鍵盤中有無鍵按下（2）判斷閉合鍵所在的位置。10.2 矩陣鍵盤10.2.2 綜合顯示儀鍵盤程序10.2 矩陣鍵盤如書上所列程序 液晶顯示LCD12864分為兩種，帶字庫和不帶字庫。SG12864-12帶漢字庫液晶顯示模塊是12864點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（1616點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（816點(diǎn)陣）及64256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機(jī)：8位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。10.3 SG1

5、2864-12帶漢字庫液晶10.3.1 SG12864-12帶漢字庫液晶基礎(chǔ)知識(shí)1.12864管腳功能10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶2.12864基本操作時(shí)序如書上所列8位并行寫時(shí)序圖10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶串行寫時(shí)序3.指令說明10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶4.12864的使用1）使用前的準(zhǔn)備2）漢字與字符顯示如書上所列5.應(yīng)用說明10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶 用帶中文字庫的128X64顯示模塊時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）欲在某一個(gè)位置顯示中文字符時(shí)，應(yīng)先設(shè)定 顯示字符位置，即先設(shè)定顯示地址，再寫入 中文字符編碼。2）顯示ASCII字符過程與

6、顯示中文字符過程相同。5.應(yīng)用說明10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶3）當(dāng)字符編碼為2字節(jié)時(shí)，應(yīng)先寫入高位 字節(jié)，再寫入低位字節(jié)。4）模塊在接收指令前，向處理器必須先確 認(rèn)模塊內(nèi)部處于非忙狀態(tài)，即讀取BF標(biāo) 志時(shí)BF需為“0”，方可接受新的指令。5）“RE”為基本指令集與擴(kuò)充指令集的選 擇控制位。10.3.2 多功能顯示儀液晶顯示程序 液晶是多能能顯示儀的顯示部分，可以顯示溫度、濕度、經(jīng)緯度。以下的程序包括液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)、顯示字符、字符串等內(nèi)容。10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶1. 電路圖10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶 液晶顯示電路圖2.程序10.3 SG128

7、64-12帶漢字庫液晶如書上所列10.4.1 I2C總線10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)1. I2C簡介 I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。I2C總線只有兩根雙向信號(hào)線。一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。I2C總線系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)SDA與SCL的線“與”關(guān)系圖10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)2. 數(shù)據(jù)傳送I2C數(shù)據(jù)傳送時(shí)序圖10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)（1）規(guī)定起始與終止信號(hào)圖10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)（2）起始信號(hào)和終止信號(hào)（3）

8、數(shù)據(jù)傳送格式 每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)字節(jié)傳送時(shí)序圖10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)起始信號(hào)S10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)（4）典型信號(hào)模擬1）為了保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)的 I2C總線的數(shù)據(jù)傳送有嚴(yán)格的時(shí)序要求。 終止信號(hào)PI2C總線的基本信號(hào)時(shí)序圖10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)2）典型信號(hào)模擬子程序：起始信號(hào)： Void T2CStart(void) SDA = 1; /置數(shù)據(jù)線高電平S

9、omeNop( ); /延時(shí)SCL = 1; /置時(shí)鐘線高電平SomeNop( ); /延時(shí)SDA = 0; /置下降沿SomeNop( ); 10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)終止信號(hào)：void I2cStop(void) SDA = 0; /置數(shù)據(jù)線低電平SomeNop( ); SCL = 1; /置時(shí)鐘線高電平SomeNop( ); SDA = 1; /置數(shù)據(jù)線高電平SomeNop( ); 注意：在I2C總線的應(yīng)用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn) :1）嚴(yán)格按照時(shí)序圖的要求進(jìn)行操作。2）若與口線上帶內(nèi)部上拉電阻的單片機(jī)接口 連接，可以不外加上拉電阻。3）程序中為配合相應(yīng)的傳輸速率，在對(duì)口線 操作的指

10、令后可用NOP指令加一定的延時(shí)。10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)4）為了減少意外的干擾信號(hào)將EEPROM內(nèi)的數(shù)據(jù)改寫可用外部寫保護(hù)引腳（如果有），或者在EEPROM內(nèi)部沒有用的空間寫入標(biāo)志字，每次上電時(shí)或復(fù)位時(shí)做一次檢測，判斷EEPROM是否被意外改寫。10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)10.4.2 AT24C02基礎(chǔ)知識(shí)10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì) 具有I2C總線接口的EEPROM很多，ATMEL公司生產(chǎn)的AT24C系列EEPROM主要型號(hào)有AT24C01/02/04/08/16等，其對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)容量分別為1288/ 2568/ 5128/ 10248/ 20488。1.A

11、T24C02的引腳配置與引腳功能 AT24C02芯片的常用封裝形式有直插（DIP8）式和貼片（SO-8）式兩種。AT24C02芯片實(shí)物圖和引腳圖10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)2. AT24C02的特征 與400kHz的I2C總線兼容；+1.86.0V電壓范圍；低功耗CMOS技術(shù)；寫保護(hù)功能：當(dāng)WP位高電平時(shí)進(jìn)行寫保護(hù)狀態(tài)；頁寫緩沖器；自定時(shí)擦除寫周期；1000000個(gè)編程/擦除周期；可保存數(shù)據(jù)100年；8腳DIP、SOIC或TSSOP封裝；溫度范圍：商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)和汽車級(jí)。10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)3. AT24C02引腳描述AT24C02引腳功能描述10.4 I2C總線A

12、T24C02設(shè)計(jì)引腳名稱功能引腳名稱功能A0、A1、A2器件地址選擇WP寫保護(hù)SCL串行時(shí)鐘GND地SDA串行數(shù)據(jù)/地址VCC+1.86.0V單片機(jī)與AT24C02連接的電路圖10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì) 如果WP管腳連接到Vcc，所有的內(nèi)容都被寫保護(hù)只能讀。當(dāng)WP管腳連接到Vss 或懸空允許器件進(jìn)行正常的讀/寫操作。1）寫操作過程10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)AT24C02寫操作時(shí)序2）讀操作過程10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)AT24C02讀操作時(shí)序10.4.3 多功能顯示儀At24c02程序10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)1. 電路圖 AT24C02作為重要

13、的存儲(chǔ)設(shè)備，可以存儲(chǔ)一些重要的數(shù)據(jù)，當(dāng)單片機(jī)上電后可以從AT24C02里面把數(shù)據(jù)讀出，例如可以存儲(chǔ)口令、日期時(shí)間、操作記錄等數(shù)據(jù)，在本程序中，提供了把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到AT24C02以及把數(shù)據(jù)從AT24C02讀出的兩個(gè)重要函數(shù)。10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)1. 電路圖10.4 I2C總線AT24C02設(shè)計(jì)2.程序如書上所列10.5.1 SPI總線基礎(chǔ)知識(shí)1. SPI總線簡介10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) SPI（Serial Peripheral Interface），串行外圍設(shè)備接口，是Motorola公司推出的一種同步串行接口技術(shù)。 SPI主要應(yīng)用在EEPROM，F(xiàn)lash

14、，實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC），數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC），數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）以及數(shù)字信號(hào)解碼器之間。2.SPI信號(hào)線10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) SPI接口共有4根信號(hào)線，兩條數(shù)據(jù)線（SDO和SDI）和兩條控制線（CS和SCLK）。信號(hào)線名稱功能MOSI（SDI）主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入MISO（SDO）主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出SCLK時(shí)鐘信號(hào)，由主器件產(chǎn)生SS（CS）從器件使能信號(hào)，由主器件控制SPI的4根信號(hào)線功能表10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)SPI信號(hào)傳輸示意圖10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)SPI多設(shè)備通信3.SPI的特點(diǎn)10.5 SPI

15、總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)（1）采用主-從模式（Master-Slave）的 控制方式（2）采用同步方式（Synchronous）傳輸 數(shù)據(jù)（3）數(shù)據(jù)交換4.SPI協(xié)議舉例10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) SPI是一個(gè)環(huán)形總線結(jié)構(gòu)，由SS（CS）、SCLK、SDI、SDO構(gòu)成，其時(shí)序其實(shí)很簡單，主要是在SCLK的控制下，兩個(gè)雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)例子：假設(shè)主機(jī)和從機(jī)初始化就緒：并且主機(jī)的SBUFF=0 xaa，從機(jī)的SBUFF=0 x55，下面將分步對(duì)SPI的8個(gè)時(shí)鐘周期的數(shù)據(jù)情況演示一遍：假設(shè)上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)，具體過程如表10-7

16、所示。10.5.2 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘1.DS1302的結(jié)構(gòu)及工作原理10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。 DS1302實(shí)物及引腳圖10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)2.DS1302的控制字節(jié)10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)D7（MSB）D6D5D4D3D2D1D0（LSB）1RAM A4A3A2A

17、1A0RD 在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)單字節(jié)數(shù)據(jù)讀時(shí)序10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)單字節(jié)數(shù)據(jù)寫時(shí)序3.數(shù)據(jù)輸入/輸出 在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位D0位到高位D7。10.5 SPI總線

18、DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)4.DS1302的寄存器 DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式，其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見表10-10。此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)10.5.3 多功能顯示儀DS1302程序10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 多功能顯示儀DS1302程序包括時(shí)間日期數(shù)據(jù)獲取程序、時(shí)間日期數(shù)據(jù)設(shè)置程序，以及時(shí)間日期顯示程序。1.電路圖10.5 SPI總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)2.程序如書上所列10.5 SPI

19、總線DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)10.6.1 1-wire單總線概述10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì) 1-wire單總線是Maxim全資子公司Dallas的一項(xiàng)專有技術(shù)。與目前多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信方式，如SPI、I2C不同，它采用單根信號(hào)線，既傳輸時(shí)鐘，又傳輸數(shù)據(jù)而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。它具有節(jié)省I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。1-wire 總線結(jié)構(gòu)10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)10.6.2 DS18B20芯片介紹10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)1.DS18B20外觀與引腳 DS18B20是Dallas公

20、司推出的一種改進(jìn)型智能數(shù)字溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它只需一根導(dǎo)線就能讀出被測溫度，并可以根據(jù)實(shí)際需求編程實(shí)際912位數(shù)字讀數(shù)方式。10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)DS18B20實(shí)物及引腳圖10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)DS18B20引腳定義：1）DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；2）GND為電源地；3）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源 接線方式時(shí)接地）。4）NC表示無連接。10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)2.DS18B20的主要特性電壓范圍：3.05.5V;獨(dú)特的單線接口方式實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫；不需要任何外圍元件;測溫范圍5

21、5+125，在-10+85時(shí)精度為0.5;可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫;10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)在9位分辨率時(shí)最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快;測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力;負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部：

22、1）64位ROM：2）溫度傳感器3）高速緩存存儲(chǔ)器4）配置寄存器10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)4.DS28B20芯片ROM指令Read ROM（讀ROM）33HMatch ROM（指定匹配芯片）55HSkip ROM（跳躍ROM指令）CCHSearch ROM（搜索芯片）F0HAlarm Search（報(bào)警芯片搜索）ECHWrite Scratchpad（向RAM中寫數(shù)據(jù)）4EH10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)Read Scratchpad（從RAM中讀數(shù)據(jù)）BEHCopy Scratchpad（將RAM數(shù)據(jù)復(fù)制到EEPROM中）48HConvert T（溫度轉(zhuǎn)換）44HRecall EEPROM（將EEPROM中的報(bào)警值復(fù)制到RAM）B8HRead Power Supply（工作方式切換）B4H10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)10.6.3 多功能顯示儀DS1820程序 多功能顯示儀DS1820程序包括溫度的采集、轉(zhuǎn)換、設(shè)置等內(nèi)容。10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)1.電路圖10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設(shè)計(jì)2.程序如書上所列10.6 1-wire單總線 DS1