【正文】 靠性高，廣泛應(yīng)用于鼠標(biāo)器、 IC 卡、兒童玩具、家用電器、電信通信、工業(yè)控制、智能儀器儀表到汽車電電子、金融電子等許多領(lǐng)域，尤其適合機(jī)、電、儀一體化的智能型產(chǎn)品。 本文重點(diǎn)論述了 LCD 1602A液晶顯示以及 16F877A單片機(jī)的結(jié)合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的顯示及智能時(shí)鐘功能。 基于 PIC16F877A 單片機(jī)字符液晶顯示數(shù)字時(shí)鐘 5 第一章 方案對(duì)比與選擇 方案 1 采用 PIC16F877A 單片機(jī)、 LCD 1602A 字符液晶顯示、 32768Hz 低頻振蕩器 、使用 TMR1 延時(shí)等 。 32768Hz 的低頻振蕩器具有：準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn) 1S 定時(shí)，最合適的方案是 采用 TMR1外接 32768Hz 的低頻振蕩器。 TMR1 是一個(gè) 16位的定時(shí)器，可以允許計(jì)數(shù) 65536個(gè)脈沖。而 32768Hz 的晶振，在匹配的震蕩電路下 1S可產(chǎn)生 32768 個(gè)時(shí)序脈沖。假定 TMR1 的時(shí)間常數(shù)設(shè)置為 0000H，那么 TMR1 的溢出時(shí)間剛好是 2S。若需產(chǎn)生1S定時(shí)，只要將 TMR1 的時(shí)間常數(shù)設(shè)置為 8000H 即可 方案 2 采用 PIC16F877A 單片機(jī)、 LCD1602A 字符液晶顯示、 使用 軟件延時(shí) 等。 采用軟件延時(shí)需要用一段或多段的延時(shí)子程序來延時(shí)整個(gè)程序。 方案選擇 經(jīng)過兩個(gè)方案的比較：方案 1采用 TMR1 計(jì)數(shù)功能，使用計(jì)數(shù)功能對(duì) 1S 的延時(shí)會(huì)更準(zhǔn)確；而使用軟件延時(shí) 會(huì)使得整體程序復(fù)雜化，而對(duì) 1S延時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤差。經(jīng)過比較易行易懂易通性，本方案采用方案 1。 基于 PIC16F877A 單片機(jī)字符液晶顯示數(shù)字時(shí)鐘 6 第 二 章 16F877A 單片機(jī)概述 單片機(jī)的用途與發(fā)展 單片機(jī)全稱為單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer） ,又稱微控制器（ Microcontroller Unit） 或嵌入式控制器（ Embedded Controller） 。它是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)，通常片內(nèi)都 含有CPU、 ROM、 RAM、并行 I/O、串行 I/O、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等。 單片機(jī)以微處理器為核心，在相應(yīng)環(huán)境下開發(fā)出軟件并寫入片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器，再配上周邊的外圍電路，就構(gòu)成了應(yīng)用于各行各業(yè)的單片機(jī)系統(tǒng)。隨著信息化社會(huì)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用越來越引起人們的重視。單片機(jī)控制著當(dāng)今大多數(shù)電子設(shè)備、家用電器與機(jī)器設(shè)備。單片機(jī)的身影無處不在地存在于工業(yè)控制、消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)及周邊產(chǎn)品、通信和辦公設(shè)備等領(lǐng)域。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020 年，每個(gè)成年人平均每天會(huì)接觸到 351 個(gè)單片機(jī)。毫不夸張地說 ，我們生活在一個(gè)單片機(jī)的世界里。下面僅是一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域。 PIC16F877A 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) PIC16F877A 單片機(jī) 引腳 結(jié)構(gòu) 基于 PIC16F877A 單片機(jī)字符液晶顯示數(shù)字時(shí)鐘 7 PIC16F877A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的特點(diǎn) （ 1） 哈佛雙總線結(jié)構(gòu) 馮 諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般為統(tǒng)一編址，共用總線，讀取指令和存取操作數(shù)不能同時(shí)進(jìn)行。 PIC單片機(jī)采用了指令總線和數(shù)據(jù)總線分開的哈佛雙總線結(jié)構(gòu)，其程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物理空間（即地址）上完全獨(dú)立，讀取指令的總線和存取數(shù)據(jù)的總線也 完全分開，數(shù)據(jù)總線的寬度為8位，指令總線的寬度可以是 12/14/16 位。由于兩種總線獨(dú)立，讀取指令和存取操作數(shù)可以同時(shí)進(jìn)行，即可以引入指令的流水線機(jī)制，提高單片機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)流量，提高代碼的運(yùn)行效率，避免了傳統(tǒng)的馮 諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)的瓶頸現(xiàn)象。 （ 2） RISC 指令集 PIC 系列各種型號(hào)的單片機(jī)都采用精簡指令集，基本級(jí)僅 33 條指令，中級(jí)有 35 打指令加兩條保留指令，高級(jí)產(chǎn)品也只有 75 條指令。這樣的指令系統(tǒng)具有基于 PIC16F877A 單片機(jī)字符液晶顯示數(shù)字時(shí)鐘 8 易學(xué)易用的特點(diǎn)，而且所有指令都是單字指令，程序空間的效率即緊湊性比一般單片機(jī)高得多。 （ 3） 指令周期 除地址跳轉(zhuǎn)指令（ CALL,GOTO） 為雙周期指令外，其余都為單周期指令。 （ 4） 執(zhí)行速度 PIC 單片機(jī)的執(zhí)行速度非?？?，即使是基本級(jí)的 PIC12C5XX，指令周期也只有 1us，中級(jí)產(chǎn)品當(dāng)采用 20MHz 晶體振蕩器時(shí)，指令周期為 200ns；而 PIC18FXXX執(zhí)行速度更快，達(dá)到 16MIPS，并且具有硬件乘法器，單個(gè)指令周期內(nèi)就可完成 8位乘 8位的無符號(hào)乘法，僅僅只要 63ns。 （ 5） 硬件堆棧 基本級(jí)產(chǎn)品具有 2 級(jí)硬件堆棧，中級(jí)產(chǎn)品有 8 級(jí)，高級(jí)產(chǎn)品有 31 級(jí)硬件堆棧。 （ 6） 尋址方式 所有 PIC 單片機(jī)都采用直接 、間接或相對(duì)尋址 3種尋址方式中的一種，尋址方式比較簡單。 （ 7） 程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 各種型號(hào)的 PIC 單片機(jī)都具有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，某些中級(jí)產(chǎn)品具有E2PROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)可以保存 40 年以上。 本章小結(jié) PIC 單片機(jī)之所以能夠獲得廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樗哂幸幌盗刑攸c(diǎn)。例如， PIC的哈佛雙總線結(jié)構(gòu)、 RISC 指令系統(tǒng)、單周期指令、快速的執(zhí)行速度、簡單的尋址方式、程序和數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)的模式、 I/O 引腳的獨(dú)立編程能力和較大的驅(qū)動(dòng)能力、豐富的功能部件、多種編程方式以及一系列微控制特性等。這些特性都是使PIC 單片機(jī)得到迅速推廣應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)。 基于 PIC16F877A 單片機(jī)字符液晶顯示數(shù)字時(shí)鐘 9 第三章 LCD 1602A 字符液晶顯示說明 LCD 1602A 字符液晶顯示 的優(yōu)勢(shì) 本方案使用 LCD 1602A 字符液晶做顯示。 LCD 1602A字符 液晶顯示器具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在本題的制作中，用液晶來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的顯示時(shí)比較合適的一種選擇。 LCD 1602A 字符液晶引腳說明 引腳 1 VSS 一般接地 引腳 2 VDD 接電源（ +5V） 引腳 3 V0 液晶顯示器 對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)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(duì)比度）。 引腳 4 RS/RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時(shí)選擇指令寄存器。 引腳 5 R/W R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 引腳 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。 引腳 7 DB0 低 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0 位（最低位） 引腳 8 DB1 低 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1 位 引腳 9 DB2 低 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2 位 引腳 10 DB3 低 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3 位 引腳 11 DB4 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4 位 引腳 12 DB5 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5 位 引腳 13 DB6 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6 位 引腳 14 DB7 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是 busy flag） 引腳 15 BLA 背光電源正極 引 腳 16 BLK 背光 電源負(fù)極 本章小結(jié) 本章主要介紹了 LCD 1602A 字符液晶的使用與引腳功能。 LCD 1602A 字符液晶 具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn) ，在生活中也得到廣泛應(yīng)用。 基于 PIC16F877A 單片機(jī)字符液晶顯示數(shù)字時(shí)鐘 10 第 四 章 整體設(shè)計(jì)方案 硬件選擇 PIC16F877A 1個(gè) 1062 字符液晶 1個(gè) 4M晶振 1個(gè) PIC 插座 1個(gè) 雙頭插線 20 條 排針 1排 電源插口 2個(gè) 電容電阻 多個(gè) 電源 ＋５Ｖ； ５００ ｍＡ PIC16F877A單片機(jī)電路 基于 PIC16F877A 單片機(jī)字符液晶顯示數(shù)字時(shí)鐘 11 LCD 1602A 字符液晶顯電路 電源電路 輕觸按鍵電路 基于 PIC16F877A 單片機(jī)字符液晶顯示數(shù)字時(shí)鐘 12 整體電路圖 程序主流程圖 開始 初始化 液晶顯示 鍵盤掃描 返回 基于 PIC16F877A 單片機(jī)字符液晶顯示數(shù)字時(shí)鐘 13 LCD 1602A 字符液晶程序流程圖 本章小結(jié) 方案的總設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵，由其是電路圖以及程序流程圖。電路圖布線要求簡單易懂、程序流程圖 更要簡單清晰易懂。 開始 定義相關(guān)存儲(chǔ)單元 初始化相關(guān)寄存器 延時(shí) 10ms 初始化 1602 延時(shí) 10ms 送數(shù)據(jù)顯示 結(jié)束 基于 PIC16F877A 單片機(jī)字符液晶顯示數(shù)字時(shí)鐘 14 第 五 章 在線調(diào)式 MPLAB ICD 2 在線調(diào)試器 MPLWB ICD 2 在線調(diào)試器是在線仿真器 ICE 的一個(gè)廉價(jià)替代品，它使用的軟件平臺(tái)是 Microchip 的 MPLABIDE 或更高版本， Win Win9 WinNT、Win2020 和 Win PX 等使嘴使舌系統(tǒng)。 使用 ICD 2 進(jìn)行調(diào)試 （ 1） 調(diào)試準(zhǔn)備步驟。在完成 MPLAB 安裝設(shè)置正確連接好硬件之后，就可以開始使用了。 ① 連接。使用主菜單的 Debugger Connect 選項(xiàng)，或直接使用工具欄上的快捷圖標(biāo)來連接。連接成功之后在 Output 窗口的 MPLAB ICD 2 信息頁里將提示 Target Device PIC16F877 found, revision=0*4,如果提示 ICDWarnn0020:Invaild target device id??那么檢查電源設(shè)置以及 6芯電纜的連接情況。 ② 編譯。接下來要進(jìn)行編譯，以便生成相應(yīng)的調(diào)試文件。單擊主菜單的Project Build All 選項(xiàng)來編譯整個(gè)項(xiàng)目，或者使用工具欄上的快捷圖標(biāo)。 編譯的結(jié)果將在 Output 窗口和 Build 頁顯示。如果編譯 發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤，則將不能生成調(diào)試所需的 .hex 文件，編譯不能繼續(xù)進(jìn)行。需要根據(jù)該頁的提示改正程序之后，重新進(jìn)行編譯，直至編譯器沒有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。 ③ 編程（燒寫）。當(dāng)在 Output 窗口的 Build 頁中提示編譯成功之后，編譯過程生成了相應(yīng)的 .hex 文件。此時(shí)需要使用工具欄上的“編程”快捷圖標(biāo)對(duì)目標(biāo)芯片進(jìn)行編程，在編程時(shí)需要注意芯片的 CONFIG 字設(shè)置以及編程區(qū)域設(shè)置。 如果編程過程中出現(xiàn)“ CONFIG 區(qū)校驗(yàn)失敗”的提示，檢查芯片的 MCLR 腳電路。如果采用的是直接接到電源的上拉方式，就直接 斷開該線路。 (2)運(yùn)行及調(diào)試。在編程成功之后就可以進(jìn)行調(diào)試了。 ICD 2 提供了多種運(yùn)行及調(diào)試的手段。綜合運(yùn)用這些運(yùn)行調(diào)試手段可以比較方便地驗(yàn)證程序的功能，并發(fā)現(xiàn)其中存在的缺陷和錯(cuò)誤。 ① 運(yùn)行方式。按工具欄上快捷圖標(biāo)的順序由左至右， ICD 2 運(yùn)行的方式如下。 ● Run：全速運(yùn)行，如果運(yùn)行過程中遇到斷點(diǎn)將會(huì)停止。使用這個(gè)運(yùn)行方式可以直觀地觀察到程序的運(yùn)行效果，并驗(yàn)證其整體功能。 ● Halt：停止運(yùn)行。 ● Step Into：單步執(zhí)行。使用單步的功能可以觀察到當(dāng)前語句執(zhí)行的效果。 ● Step Over：快 單步。使用這個(gè)功能時(shí)系統(tǒng)將路過子程序的調(diào)用過程，直接執(zhí)行到調(diào)用的下一個(gè)語句，這樣在遇到 CALL 語句時(shí)就可以利用這個(gè)功能直接看到調(diào)用的結(jié)果了。 ● Reset：使芯片復(fù)位。對(duì)于匯編程序來說，執(zhí)行此功能后程序 PC將指向基于 PIC16F877A 單片機(jī)字符液晶顯示數(shù)字時(shí)鐘 15 芯片的復(fù)位地址；對(duì)于 C語言源程序來說，執(zhí)行此功能后程序 PC則是指向 main()函數(shù)首地址。 ② 斷點(diǎn)設(shè)置。 斷點(diǎn)功能是在調(diào)試中經(jīng)常使用到的功能，這項(xiàng)功能使芯片在運(yùn)行到相應(yīng)的程序語句時(shí)停止。 ③ 觀察變量設(shè)置。在運(yùn)行調(diào)試 的過程中，可能經(jīng)常會(huì)需要觀察一些寄存器的值。為了使用方便，可以把一些要查看的寄存器設(shè)置為觀察變量 。 ICD2 在線 調(diào)式結(jié)果 經(jīng)過不斷努力修改與調(diào)式，最終得到我們所需