單片機(jī)課程設(shè)計(jì)(論文)-基于LCD1602液晶顯示器課程設(shè)計(jì)

PAGEPAGE32摘要在日常生活中，我們對液晶顯示(LCD)并不陌生LCD智能顯示模塊不但可以顯示字符，漢字和圖形，同時(shí)具有可編程功能，且與單片機(jī)接口比較方便，如液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通用器件，如在計(jì)算器，萬用表，電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字，專用符號和圖形。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用中用液晶顯示作為輸出器件有很多優(yōu)點(diǎn)，如顯示質(zhì)量高，不閃爍；數(shù)字接口式，使得和單片機(jī)的接口更加簡單可靠，操作方便；體積小，重量輕；而且相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)TC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。關(guān)鍵字：單片機(jī)專用字符液晶顯示器（LCD1602）目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 1第一章緒論 11.1課題背景 21.2課題設(shè)計(jì)目標(biāo) 21.3課題設(shè)計(jì)的主要工作 3第二章硬件設(shè)計(jì) 42.1LCD1602簡介 52.1.1LCD1602引腳功能 72.2IIC總線 102.2.1IIC總線的特點(diǎn) 112.2.2IIC協(xié)議總線信號時(shí)序 92.2.3IIC總線器件尋址方式 72.3系統(tǒng)電路圖 7第三章軟件設(shè)計(jì) 73.1系統(tǒng)框圖 73.2程序清單 7第四章調(diào)試 7第五章總結(jié) 7參考文獻(xiàn) 7致謝 71緒論1.1課題背景當(dāng)今時(shí)候是一個(gè)信息化的時(shí)代，信息的重要性不言而喻的，獲取手段顯得尤其重要。人們所接受的信息有70%來自于人的視覺，無論用何種方式獲取的信息最終需要有某種顯示方式來表示。在當(dāng)代顯示技術(shù)中，主流的有LED顯示屏和LCD液晶顯示，而在這些顯示技術(shù)中，尤其以液晶顯示器LCD（Liquidcrystaldisplay）為代表的平板顯示器發(fā)展最快，應(yīng)用最廣。LCD是典型的發(fā)光器件，它一材料科學(xué)為基礎(chǔ)，綜合利用了精密機(jī)械，光電及計(jì)算機(jī)技術(shù)，并正在微機(jī)械，微光學(xué)，纖維光學(xué)等前沿領(lǐng)域研究基礎(chǔ)上，向高集成化，智能化方向發(fā)展。液晶顯示技術(shù)發(fā)展迅猛，市場預(yù)測表明，液晶顯示平均年銷售呈增長10%~13%，不久的將來有可能取代CRT，成為電子信息產(chǎn)品的主要顯示器件，另外，液晶顯示器對空間電磁輻射的干擾不敏感，且在緊湊的儀器空間不需要專門的屏蔽保護(hù)，因而課大大簡化儀器的結(jié)構(gòu)和制造成本，在各種便攜式儀器，儀表將會(huì)越來越廣泛的應(yīng)用。特別是在電池供電的單片機(jī)產(chǎn)品中，液晶顯示更是必選的顯示器件。1.2課題設(shè)計(jì)目標(biāo)本設(shè)計(jì)是基于AT89C51芯片單片機(jī)為主控芯片，結(jié)合1602液晶顯示模板等外圍電路，通過軟件程序，來實(shí)現(xiàn)液晶顯示英文字母和數(shù)字。本次設(shè)計(jì)的目的在于利用單片機(jī)和LCD1602來顯示英文字母和數(shù)字。1.3課程設(shè)計(jì)的主要工作（1）對系統(tǒng)的各個(gè)模塊的各個(gè)功能進(jìn)行深入分析和研究，在對課題所采用的方案進(jìn)行可行詳細(xì)的研究后設(shè)計(jì)具體功能電路。（2）熟悉所選芯片的功能并完成具體電路設(shè)計(jì)。（3）對系統(tǒng)的最終指標(biāo)進(jìn)行測試，針對系統(tǒng)的不足，進(jìn)行分析并提出一些改正方法。2單片機(jī)的概述目前單片機(jī)滲透到了我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及遠(yuǎn)程控制玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域中的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，因而在許多行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用，并且在諸多領(lǐng)域中都發(fā)揮了無可比擬的巨大作用。2.1單片機(jī)的定義和特點(diǎn)2.1.1單片機(jī)的定義單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)，是把\o"中央處理器"中央處理器、\o"存儲器"存儲器、\o"定時(shí)/計(jì)數(shù)器"定時(shí)/計(jì)數(shù)器、\o"輸入輸出接口"輸入輸出接口都集成在一塊\o"集成電路"集成電路\o"芯片"芯片上的\o"微型計(jì)算機(jī)"微型計(jì)算機(jī)。與應(yīng)用在個(gè)人電腦中的通用型\o"微處理器"微處理器相比，它更強(qiáng)調(diào)自供應(yīng)（不用外接硬件）和節(jié)約成本。單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥糜诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)的芯片內(nèi)僅由CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。2.1.2單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)以其卓越的性能，得到了廣泛的應(yīng)用，已深入到各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)應(yīng)用在檢測、控制領(lǐng)域中，具有如下特點(diǎn)：1、體積小、控制功能強(qiáng)、成本低。因而可以方便地組裝各種智能式控制設(shè)備和儀器，做到機(jī)、電、儀一體化。2、易擴(kuò)展。很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，為應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來極大方便。3、可靠性好、使用溫度范圍寬。在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠的工作，這是其他機(jī)種無法比擬的。4、種類多，型號全。很多單片機(jī)廠家逐年擴(kuò)大適應(yīng)各種需要，有針對性地推出一系列型號產(chǎn)品，使系統(tǒng)開發(fā)工程師有很大的選擇余地。大部分產(chǎn)品有較好的兼容性，保證了已開發(fā)產(chǎn)品能順利移植，較容易地使產(chǎn)品進(jìn)行升級換代。5、低功耗?，F(xiàn)在新型單片機(jī)的功耗越來越小，供電電壓從5V降低到了3.2V，甚至1V，工作電流從mA降到μA級，工作頻率從十幾兆可編程到幾十千赫茲。特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待、暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等。6、可以采用C語言開發(fā)環(huán)境，具有友好的人機(jī)互交環(huán)境。大多數(shù)單片機(jī)都提供基于C語言開發(fā)平臺，并提供大量的函數(shù)供使用，這使產(chǎn)品的開發(fā)周期、代碼可讀性、可移植性都大為提高。2.1.3單片微型計(jì)算機(jī)簡介單片微型計(jì)算機(jī)(SingleChipMicroComputer)簡稱單片機(jī)，它是一種把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理單元CPU、一定容量的隨機(jī)存儲器RAM和只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行口等制作在一塊芯片中的計(jì)算機(jī),從而實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能[5]。單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低等特點(diǎn)，在家用電器、智能化儀器、工業(yè)控制以及火箭導(dǎo)航尖端技術(shù)領(lǐng)域都發(fā)揮著十分重要的作用[6]。單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2.2所示。單片機(jī)接口電路及外設(shè)等++軟單片機(jī)接口電路及外設(shè)等++軟件單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)圖2.2單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖2.3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)組成示意圖單片機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)芯片，在實(shí)際應(yīng)用中通常很難直接把單片機(jī)和受控對象進(jìn)行電氣連接，而是必須外加各種擴(kuò)展接口電路以至外部設(shè)備，連同受控對象和單片機(jī)程序軟件構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，配以輸入、輸出、顯示、測量和控制等外圍電路和軟件能實(shí)現(xiàn)一種或多種功能的實(shí)用系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成示意圖如上圖2.3所示[7]。2.2單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2.2.1單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀單片機(jī)技術(shù)在不斷的發(fā)展，它反映在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功率消耗、外部電壓等級以及制造工藝上。在這幾方面，較為典型地說明了數(shù)字單片機(jī)的技術(shù)水平。在目前，用戶對單片機(jī)的需要越來越多，但是，要求也越來越高。下面分別就這三個(gè)方面說明單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步狀況。1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)步單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時(shí)器，比較器，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，串行通信接口，Watchdog電路，LCD控制器等。有的單片機(jī)為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN。例如，Infineon公司的C505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90。因此，這類單片機(jī)十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí)，構(gòu)成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。為了能在變頻控制中方便使用單片機(jī)，形成最具經(jīng)濟(jì)效益的嵌入式控制系統(tǒng)。有的單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了專門用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路，這些單片機(jī)有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola公司的MC68HC08MR16、MR24等。在這些單片機(jī)中，脈寬調(diào)制電路有6個(gè)通道輸出，可產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制交流電壓，并內(nèi)部含死區(qū)控制等功能。特別引人注目的是：現(xiàn)在有的單片機(jī)已采用所謂的三核（TrCore）結(jié)構(gòu)。這是一種建立在系統(tǒng)級芯片（Systemonachip）概念上的結(jié)構(gòu)。這種單片機(jī)由三個(gè)核組成：一個(gè)是微控制器和DSP核，一個(gè)是數(shù)據(jù)和程序存儲器核，最后一個(gè)是外圍專用集成電路（ASIC）。這種單片機(jī)的最大特點(diǎn)在于把DSP和微控制器同時(shí)做在一個(gè)片上。這是目前單片機(jī)最大的進(jìn)步之一。這些單片機(jī)都是高檔單片機(jī)，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位結(jié)構(gòu)，工作頻率一般在60MHz以上。2、功耗、封裝及電源電壓的進(jìn)步現(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來越小，特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等工作方式。而單片機(jī)的封裝水平也大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機(jī)也大量采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現(xiàn)，以大量減少體積。在這種形勢中，Microchip公司推出的8引腳的單片機(jī)特別引人注目。這是PIC12CXXX系列。它含有0.5～2K程序存儲器，25～128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器，6個(gè)I/O端口以及一個(gè)定時(shí)器，有的還含4道A/D，完全可以滿足一些低檔系統(tǒng)的應(yīng)用。擴(kuò)大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機(jī)發(fā)展的目標(biāo)之一。目前，一般單片機(jī)都可以在3.3～5.5V的條件下工作。而一些廠家，則可以生產(chǎn)出在2.2～6V的條件下工作的單片機(jī)。3、工藝上的進(jìn)步現(xiàn)在的單片機(jī)基本上采用CMOS技術(shù)，但已經(jīng)大多數(shù)采用了0.6um以上的光刻工藝，有個(gè)別的公司，如Motorola公司則已采用0.35um甚至是0.25um技術(shù)。這些技術(shù)的進(jìn)步大大地提高了單片機(jī)的內(nèi)部密度和可靠性。2.2.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢單片機(jī)在目前的發(fā)展形勢下，表現(xiàn)出幾大趨勢：1、可靠性及應(yīng)用越來越水平高，和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向；2、所集成的部件越來越多，NS（美國國家半導(dǎo)體）公司的單片機(jī)已把語音、圖像部件也集成到單片機(jī)中，也就是說，單片機(jī)的意義只是在于單片集成電路，而不在于其功能了。如果從功能上講它可以講是萬用機(jī)。原因是其內(nèi)部已集成上各種應(yīng)用電路；3、功耗越來越低和模擬電路結(jié)合越來越多。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高，單片機(jī)還會(huì)不斷產(chǎn)生新的變化和進(jìn)步，最終人們可能發(fā)現(xiàn)：單片機(jī)與微機(jī)系統(tǒng)之間的距離越來越小，甚至難以辨認(rèn)。2.3編程語言的選擇在1972年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的D.M.Ritchie在B語言的基礎(chǔ)上最終設(shè)計(jì)出了一種新的語言，他取了BCPL的第二個(gè)字母作為這種語言的名字，這就是C語言。在眾多的程序設(shè)計(jì)語言中，C語言簡潔緊湊，語言表達(dá)能力強(qiáng)，其結(jié)構(gòu)化的流程控制有助于編制結(jié)構(gòu)良好的程序。C語言程序經(jīng)編譯后生成的目標(biāo)程序代碼效率高，幾乎可以與匯編語言媲美。C語言既具備高級語言使用方便、接近自然語言和數(shù)學(xué)語言的特性，同時(shí)也具備對計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的良好操縱和控制能力。C語言可移植性好，一個(gè)C語言源程序可以不做改動(dòng)，或者稍加改動(dòng)，就可以從一種型號的計(jì)算機(jī)移轉(zhuǎn)到另外一種型號的計(jì)算機(jī)上編譯運(yùn)行。因此，C語言被廣泛應(yīng)用于各類系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的開發(fā)。所以本系統(tǒng)以C語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，增加了程序的可讀性和可移植性，便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡潔了。2.4主控單片機(jī)80C51是一種高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)，它帶有4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的80C51是一種高效微控制器，80C2051是它的一種精簡版本。80C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案[8]。80C51引腳即外觀如圖2.4所示。圖2.480C51引腳外觀圖2.580C51接口說明Vss(20腳)：接地。VCC(40腳)：主電源+5V。XTAL1(19腳)：接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，對于HMOS單片機(jī)，該端引腳必須接地；對于CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。XTAL2(18腳)：接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是個(gè)振蕩電路反相放大器輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路，對于HMOS單片機(jī)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對于CHMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。RST(9腳)：單片機(jī)剛剛接上電源時(shí)，其內(nèi)部各寄存器處于隨機(jī)狀態(tài)，在該腳輸入24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。PSEN(29腳)：在訪問片外程序存儲器時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲器讀選通信號。CPU在向片外存儲器取指令期間，PSEN信號在12個(gè)時(shí)鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效PSEN信號不出現(xiàn)。PSEN端同樣可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。我們根據(jù)PSEN、ALE和XTAL2輸出端是否有信號輸出，可以判別80C51是否在工作。ALE/(30腳)：地址鎖存控制信號(ALE)是訪問外部程序存儲器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時(shí)，此引腳()也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可以用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位(地址為8EH的SFR的第0位)的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。EA/VPP(31腳)：當(dāng)EA端輸入高電平時(shí)，CPU從片內(nèi)程序存儲器地址0000H單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)?shù)刂烦?KB時(shí)，將自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲器的程序。當(dāng)EA輸入低電平時(shí)，CPU僅訪問片外程序存儲器。在對87C51EPROM編程時(shí)，此引腳用于施加編程電壓VPP。輸入/輸出引腳：(1)P0.0~P0.7

(39腳~32腳)。(2)P1.0~P1.7

(1腳~8腳)。(3)P2.0~P2.7

(26腳~21腳)。(4)P3.0~P3.7

(10腳~17腳)。80C51單片機(jī)P3口的第二功能如表2.1所示。表2.180C51單片機(jī)P3口第二功能引腳號第二功能P3.0RXD（串行輸入線）P3.1TXD（串行輸出線）P3.2(外部中斷0輸入線)P3.3(外部中斷0輸入線)P3.4T0（定時(shí)器0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入）P3.5T1（定時(shí)器1外部計(jì)數(shù)脈沖輸入）P3.6(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出)P3.7(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出)一個(gè)1LCD1602顯示系統(tǒng)由單片機(jī)80C51，LCD1602模塊，單片機(jī)的時(shí)鐘復(fù)位電路和P0口的上拉電阻組成。2.6本章小結(jié)本章主要介紹了單片機(jī)的定義和特點(diǎn)，重點(diǎn)描述了單片機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢，最后簡單地介紹了選擇的編程語言。3設(shè)計(jì)要求和方案論證3.1設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)鍵盤，鍵盤功能包括模式選擇輸入。（2）選擇LCD1602顯示器,不同方式顯示內(nèi)容。（3）設(shè)計(jì)單片機(jī)及相應(yīng)的外圍接口實(shí)現(xiàn)LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊的電路設(shè)計(jì)。（4）編制相應(yīng)的控制軟件，完成Proteus軟件仿真和實(shí)物。3.2單片機(jī)芯片的選擇方案和論證方案一：8031芯片內(nèi)部無ROM，需要外擴(kuò)程序存儲器,由此造成電路焊接的困難，況且使用8031還需要另外購買其他的芯片，從而造成成本比較高，且性價(jià)比低。方案二：80C51芯片內(nèi)部有ROM，且片內(nèi)ROM全部采用FlashROM，它能夠在3V的超低壓工作，與51系列單片機(jī)完全兼容。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。因此，本設(shè)計(jì)選擇80C51芯片。3.3顯示模塊選擇方案和論證方案一：采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價(jià)格適中,對于顯示數(shù)字合適,采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí),雖然占用的單片機(jī)口線少，但連線還需要花費(fèi)一點(diǎn)時(shí)間，所以也不用此種作為顯示。方案二：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,若采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi),且價(jià)格也相對較高,所以在此也不用此種作為顯示。方案三：采用1602液晶顯示屏,該液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,內(nèi)置192種字符，可顯示大量符號、數(shù)字,清晰可見,而且功率消耗小壽命長抗干擾能力強(qiáng)。所以在此設(shè)計(jì)中采用1602液晶顯示屏。3.4電路設(shè)計(jì)最終方案決定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定:采用STC89C52作為主控制芯片，LCD1602作為顯示模塊。3.5本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能和萬年歷系統(tǒng)硬件平臺的選擇，比較了主控模塊，時(shí)鐘模塊，顯示模塊，溫度采集模塊中不同器件的優(yōu)劣，最后確定了電路設(shè)計(jì)的整體方案。這也是完成設(shè)計(jì)的先決條件。4硬件模塊設(shè)計(jì)4.1LCD顯示模塊4.1.11602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個(gè)字符芯片工作電壓:4.5—5.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm4.1.2在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。4.1.3LCD1602引腳功能LCD1602引腳如圖2.1所示圖2.1LCD1602引腳圖1602點(diǎn)陣字符液晶模塊(LCM)引腳及功能:1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表10-13所示:編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極表10-13：引腳接口說明表第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。4.1.4LCD1602顯示模指令集（1）清屏功能：清DDROM值和AC值（2）歸位功能：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H（3）輸入方式設(shè)置功能：設(shè)置光標(biāo)，畫面移動(dòng)方式。其中：I/D=1：數(shù)據(jù)讀寫操作后，AC自加一；I/D=0：數(shù)據(jù)讀寫操作后，AC自減一；S=1：數(shù)據(jù)讀寫操作，畫面平移；S=0：數(shù)據(jù)讀寫操作，畫面不動(dòng)；（4）顯示開關(guān)控制功能：設(shè)置顯示、光標(biāo)和閃爍開關(guān)。其中：D表示顯示開關(guān)，D=1為開，D=0為關(guān)；C表示光標(biāo)開關(guān)，C=1為開，C=0為關(guān)；B表示閃爍開關(guān)，B=1為開，B=0為關(guān)。（5）光標(biāo)、畫面位移功能：光標(biāo)、畫面移動(dòng)。其中：S/C=1畫面移動(dòng)一個(gè)字符位；S/C=0光標(biāo)移動(dòng)一個(gè)字符位；R/L=1:右移；R/L=0左移。（6）功能設(shè)置功能：工作方式設(shè)置（初始化指令）。其中：DL=1，8位數(shù)據(jù)接口；DL=0，4位數(shù)據(jù)接口；N=1，兩行顯示；N=0，一行顯示；F=1，5*10點(diǎn)陣顯示；F=0,5*7點(diǎn)陣顯示。（7）CGRAM地址設(shè)置功能：設(shè)置CGRAM地址，A5～A0=0～3FH。（8）DDRAM地址設(shè)置功能：設(shè)置DDRAM地址。其中：N=0，一行顯示A6~A0=0~4FH；N=1兩行顯示，首行A6~A0=0~2FH，次行A6~A0=40~67H。（9）讀BF及AC值功能：讀忙BF和地址計(jì)數(shù)器AC的值。其中：BF=1：忙，BF=0：準(zhǔn)備好。此時(shí)AC值意義為最近一次地址設(shè)置（CGRAM或DDRAM）定義。（10）寫數(shù)據(jù)功能：根據(jù)最近設(shè)置的地址性質(zhì)，數(shù)據(jù)寫入CGRAM或DDRAM中。（11）讀數(shù)據(jù)功能：根據(jù)最近設(shè)置的地址性質(zhì)，從CGRAM或DDRAM數(shù)據(jù)讀出。4.1.5基本操作時(shí)序表讀寫操作時(shí)序如圖10-55和10-56所示：圖10-55讀操作時(shí)序圖10-56寫操作時(shí)序4.1.6LCD1602顯示電路4.2矩陣鍵盤4.2.1矩陣鍵盤掃描原理方法一： 逐行掃描：我們可以通過高四位輪流輸出低電平來對矩陣鍵盤進(jìn)行逐行掃描，當(dāng)?shù)退奈唤邮盏降臄?shù)據(jù)不全為1的時(shí)候，說明有按鍵按下，然后通過接收到的數(shù)據(jù)是哪一位為0來判斷是哪一個(gè)按鍵被按下。方法二： 行列掃描：我們可以通過高四位全部輸出低電平，低四位輸出高電平。當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)，低四位不全為高電平時(shí)，說明有按鍵按下，然后通過接收的數(shù)據(jù)值，判斷是哪一列有按鍵按下，然后再反過來，高四位輸出高電平，低四位輸出低電平，然后根據(jù)接收到的高四位的值判斷是那一行有按鍵按下，這樣就能夠確定是哪一個(gè)按鍵按下了。4.2.2矩陣鍵盤工作原理在一般應(yīng)用中，鍵盤按其接線方法有：直接式鍵盤、行列式鍵盤（又稱矩陣鍵盤）、串轉(zhuǎn)并鍵盤等；在實(shí)驗(yàn)箱中，采用4×4的行列式鍵盤，即鍵盤排列為4行、4列，共16個(gè)按鍵。4×4鍵盤的電路圖如圖2-1所示，分別定義這16個(gè)按鍵盤為KEY1~16。圖2-14×4鍵盤電路圖圖中C1~C4為4×4鍵盤的列掃描線，L1~L4為4×4鍵盤的行掃描線。行列式鍵盤的操作一般完成兩個(gè)任務(wù)，一是檢測是否有鍵被按下，二是識別被按下的鍵是哪一個(gè)。一般會(huì)采用行列掃描法，可以同時(shí)完成上述兩項(xiàng)任務(wù)?；镜膾呙柙硎牵合仁剐袙呙杈€輸出高電平，然后讀取列掃描線的狀態(tài)，得到與按鍵橫向位置對應(yīng)的4位列碼；如果是有鍵被按下時(shí)，則對應(yīng)的列掃描線必然會(huì)被讀回高電平，如果是無鍵盤按下時(shí)，則讀取的列碼必定全是0。這也就可以判斷有無按鍵的按下了。一旦檢測到有鍵按下時(shí)，還需要有一個(gè)延時(shí)的消除抖動(dòng)的操作，以消除按鍵時(shí)帶有的抖動(dòng)信號；一般延時(shí)在15ms左右即可。延時(shí)后，如還能檢測到有按鍵按下，則可確定當(dāng)前是有鍵按下，可進(jìn)入獲取鍵值的操作。獲取鍵值時(shí)，采用行列依次掃描的方法。首先使第一行掃描線輸出高電平，其它的行掃描線輸出低電平，然后讀取列掃描線的狀態(tài)，得到列碼；如果本行無鍵按下，則得到的列碼為全0，并掃描下一行；如本行有鍵按下，則會(huì)讀取到對應(yīng)的列碼值，并退出掃描，進(jìn)行鍵值計(jì)算。當(dāng)?shù)谝恍袙呙铔]有檢測到按鍵時(shí)，則掃描下一行，即使第二行掃描線輸出高電平，其它行掃描線輸出低電平，其它與前面所述類似。在行列掃描時(shí)，可以用一個(gè)變量記錄下當(dāng)前掃描的行號，在計(jì)算鍵值時(shí)可以利用此行號以及列碼得知是哪一行、哪一列上的按鍵按下了。如：當(dāng)S5按下時(shí)，應(yīng)該檢測出第二行掃描時(shí)讀到有效的列碼0001（C4~C1）。4.2.3鍵盤電路的設(shè)計(jì)鍵盤可分為兩類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是較多按鍵（20個(gè)以上）和專用驅(qū)動(dòng)芯片的組合，當(dāng)按下某個(gè)按鍵時(shí)，它能夠處理按鍵抖動(dòng)、連擊等問題，直接輸出按鍵的編碼，無需系統(tǒng)軟件干預(yù)。通用計(jì)算機(jī)使用的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤就是編碼鍵盤。在智能儀器中，使用并行接口芯片8279或串行接口芯片HD7279均可以組成編碼鍵盤，同時(shí)還可以兼顧數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)，其相關(guān)的接口電路和接口軟件均可在芯片資料中得到。當(dāng)系統(tǒng)功能比較復(fù)雜，按鍵數(shù)量很多時(shí)，采用編碼鍵盤可以簡化軟件設(shè)計(jì)。非編碼鍵盤成本低廉。從成本角度出發(fā)，本設(shè)計(jì)選用的是非編碼鍵盤。如圖4.2.3圖4.2.36*6矩陣鍵盤電路5軟件設(shè)計(jì)5.1LCD1602的軟件規(guī)劃LCD1602顯示的程序主要包括以下功能模塊：1、讀鍵程序、判鍵程序段等部分；2、基于LCD液晶顯示屏的顯示模塊；3、主模塊，為系統(tǒng)的初始化5.2鍵盤掃描的程序設(shè)計(jì)鍵盤掃描子程序，首先讀出P1的低四位，然后讀出P1口的高四位。然后鍵值并顯示緩存。然后將鍵如的值轉(zhuǎn)換為ASCII碼然后就可以軟件來設(shè)置硬件按鍵各個(gè)鍵代表的內(nèi)容。讀鍵程序使用的是反轉(zhuǎn)法讀鍵，不管鍵盤矩陣的規(guī)模大小，均進(jìn)行兩次讀鍵。第一次所有行線均輸出低電平，從所有讀入鍵盤信息（列信息）；第二次所有列線均輸出低電平，從所有行線讀入鍵盤信息（行信息）。數(shù)字鍵按下則將相應(yīng)的數(shù)字送入緩存區(qū)，功能鍵按下則執(zhí)行相應(yīng)的程序。5.3顯示模塊的程序設(shè)計(jì)顯示模塊程序首先要對顯示模塊進(jìn)行初始化；然后控制光標(biāo)的位置；定義液晶顯示的控制端口，用指令完成；然后設(shè)置清屏、關(guān)閉顯示、歸位、開顯示、顯示位置的首地址等等。顯示模塊的流程圖如圖5.3所示：5.4系統(tǒng)總框圖開始LCD初始化寫第一行代買是否寫完寫第二行代買開始LCD初始化寫第一行代買是否寫完寫第二行代買停在這里顯示是否寫完 停在這里顯示是否寫完N整個(gè)屏幕向右移整個(gè)屏幕向右移N Y 6系統(tǒng)仿真Proteus內(nèi)容全面包括其能實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括軟件部分的匯編、C51等語言的調(diào)試過程，也包括硬件接口電路中的大部分類型。對同一類功能的接口電路，可以采用不同的硬件來搭建完成，因此采用Proteus仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，克服了用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)板教學(xué)中硬件電路固定、學(xué)生不能更改、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定等方面的局限性，可以擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。6.1仿真環(huán)境介紹Proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路(如LCD，RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件)[14]。當(dāng)然，軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應(yīng)的仿真模型，用開發(fā)板和仿真器當(dāng)然是最好選擇，可是對于單片機(jī)愛好者，或者簡單的開發(fā)應(yīng)該是比較好的選擇。Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。KeilC51是美國KeilCSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。KeilC5軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。6.2仿真過程與結(jié)果測試?yán)靡陨蟽煞N軟件，就可以進(jìn)行仿真了。這里以一個(gè)LCD1602字符顯示為例說明。6.2.1繪制電路圖運(yùn)行PROTEUS的ISIS程序后，進(jìn)入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設(shè)置VIEW菜單下的捕捉對齊和SYSTEAM下的顏色、圖形界面大小等項(xiàng)目。通過工具欄中的P(從庫中選擇元件命令)命令，在PICKDEVICES窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對位置，元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線，將電路圖繪制完畢。6.2.2HEX文件的生成利用KEIL51生成HEX文件。具體方法如下：(1)打開單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)KEILuVisio