【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 low cost, easy to carry . That’s result in its universal in the fields of industrial control and home entertainment. This paper takes AT89C51 as the object of study,128X64 LCD as a display, supplemented with DS18B20, DS1302 chip. The singlechip puter system design is posed of a lunar calendar, a Gregorian calendar, time and temperature display. The functions of each part is test by soft wares of Keil C and Protues. 【 Key words】 Singlechip Microputer, 128x64 LCD, DS18B20, Protues 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒論 課題研究的背景 單片機(jī)的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)的里程碑事件，因?yàn)?它的 誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng)）兩大分支 。 單片機(jī)單芯片的微小體積和極低的成本 ，可廣泛的嵌入到如玩具、家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動(dòng)化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、艦船、個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。 單片機(jī)作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，他的成功應(yīng)用推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。 20年來，單片機(jī)經(jīng)歷了從單片微型計(jì)算機(jī) （ Single Chip Microputer）到微控制器（ MicroController Unit， MCU）到片上系統(tǒng)（ System on Chip）的發(fā)展， 推動(dòng)了嵌入式處理器的發(fā)展 。目前，各種類型的嵌入式處理器 逐漸形成了微控制器或片上系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)內(nèi)核，演化出龐大的嵌入式 系統(tǒng)家族。 目前，單片機(jī)已成為電子系統(tǒng)智能化的最普遍的應(yīng)用手段， 滲透到我們生活的各個(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。 文章結(jié)構(gòu)介紹 作為單片機(jī)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)應(yīng)用，本文意在完成一個(gè)基于單片機(jī)控制的液晶顯示萬年歷設(shè)計(jì)。該萬年歷具有正常走時(shí)、調(diào)時(shí)、陰歷陽歷顯示、實(shí)時(shí)溫度顯示等功能。先將本文的結(jié)構(gòu)框架介紹如下：第一章，緒論部分；第二章，單片機(jī) 及 液晶的簡(jiǎn)單介紹；第三章，單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括系 統(tǒng)電路圖 、元器件的選擇等；第四章，單片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)各模塊的程序流程圖、核心程序、仿真結(jié)果等；第五章，總結(jié)； 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 2 單片機(jī)及液晶的簡(jiǎn)單介紹 單片機(jī) 的簡(jiǎn)介 單片機(jī) 的 含義 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，可以將 CPU、 RAM、 ROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及輸入 /輸出（ I/O）接口電路等計(jì)算機(jī)的主要部件集成在一塊集成電路芯片上。 這樣組成的芯片級(jí)的微型計(jì)算機(jī)只以為“ 單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer） ” 或“單片微機(jī)”，在我國(guó)，習(xí)慣上稱其為“ 單片機(jī)” 。單片機(jī)雖然只是一個(gè)芯片，但是從組成和功能上看，它已經(jīng)具有了微機(jī)系統(tǒng)的含義。 由于單片機(jī)從功能和形態(tài)上來說都是作為控制領(lǐng)域應(yīng)用的要求而誕生的，并且發(fā)展到新一代 80C5 M68HCO M68HC11 系列單片機(jī)時(shí) ，在其中著力擴(kuò)展了各種控制功能，如模 /數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換、脈沖調(diào)制（ PWM） 、計(jì)數(shù)器捕獲 /比較邏輯（ PCA）、高速 I/O 口和 WDT 等，以突破了微型計(jì)算機(jī)（ Microputer） 的傳統(tǒng)內(nèi)容。所以更本質(zhì)的反應(yīng)單片機(jī)的叫法應(yīng)是微控制器（ MicroController Unit， MCU） 。 根據(jù) 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和微電子設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，雖然應(yīng)用系統(tǒng)中往往僅以單片機(jī)為核心，但是它已完全融入應(yīng)用系統(tǒng)之中，故而也有將單片機(jī)稱為 嵌入式微控制器（ Embedded MicroController）的。 在我國(guó)，單片機(jī)的叫法甚為普遍，這里把它認(rèn)為是一個(gè)單片形態(tài)的微控制器，因?yàn)楸疚倪€是將其稱為單片機(jī)。 單片機(jī) 的發(fā)展過程 1970 年微處理器研制成功以后，隨之出現(xiàn)了單片機(jī) （即單片的微型計(jì)算機(jī)）。1971 年美國(guó) Intel 公司生產(chǎn)的 4 位單片機(jī) 4004 和 1972 年生產(chǎn)的雛形 8 位單片機(jī)8008，特別是 1976 年 9 月 Intel 公司的 MCS— 48 單片機(jī)問世以來，在短短的時(shí)間年間，經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，其發(fā)展速度大約每二、三年要更新一代，集成度增加一倍，功能翻一番。發(fā)展速度之快，應(yīng)用范圍之廣 已經(jīng)達(dá)到了驚人的地步。它已經(jīng)滲透到生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，可謂無所不在。 下面列舉單片機(jī)發(fā)展過程中的一些重要事件 ，對(duì)單片機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r作簡(jiǎn)要說明。 1971 年 Intel 公司研制出世界上第一個(gè) 4 位的微處理器； Intel 公司的霍夫研制成功世界上第一塊 4位微處理器芯片 Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開始。因發(fā)明微處理器， 霍夫被英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志列山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 為“二戰(zhàn)以來最有影響力的 7位科學(xué)家”之一。 1971 年 11 月， Intel 推出 MCS4 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括 4001 ROM 芯片、 4002 RAM 芯片、 4003 移位寄存器芯片和 4004 微處理器 ）其中 4004（下圖）包含 2300個(gè)晶體管，尺寸規(guī)格為 3mm 4mm，計(jì)算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)年的 ENIAC，最初售價(jià)為 200美元。 1972 年 4月，霍夫等人開發(fā)出第一個(gè) 8位微處理器 Intel 8008。由于 8008 采用的是 P溝道 MOS 微處理器，因此仍屬第一代微處理器。 1973 年 intel 公司研制出 8 位的微處理器 8080； 1973 年 8 月，霍夫等人研制出 8位微處理器 Intel 8080，以 N溝道 MOS 電路取代了 P溝道，第二代微處理器就此誕生。 主頻 2MHz 的 8080 芯片運(yùn)算速度比 8008 快 10 倍，可存取 64KB 存儲(chǔ)器，使用了基于 6微米技術(shù)的 6000 個(gè)晶體管，處理速度為 （ Million Instructions Per Second ）。 1975 年 4月， MITS 發(fā)布第一個(gè)通用型 Altair 8800，售價(jià) 375 美元，帶有 1KB存儲(chǔ)器。這是世界上第一臺(tái)微型計(jì)算 機(jī)。 1976 年 intel 公司研制出 MCS48系列 8 位的單片機(jī)，這也是單片機(jī)的問世。 Zilog 公司于 1976 年開發(fā)的 Z80 微處理器，廣泛用于微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。當(dāng)時(shí)， Zilog、 Motorola 和 Intel 在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。 20 世紀(jì) 80 年代初， Intel 公司在 MCS48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了 MCS51系列 8 位高檔單片機(jī)。 MCS51 系列單片機(jī)無論是片內(nèi) RAM 容量， I/O 口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有了很大的提高。 液晶的簡(jiǎn)介 液晶的含義及用途 液晶 ，即液態(tài)晶體（ Liquid Crystal， LC），是 相態(tài) 的一種，因?yàn)榫哂刑厥獾睦?化 與 光 電 特性， 20 世紀(jì)中葉開始被廣泛應(yīng)用在輕薄型的 顯示技術(shù) 上。 人們熟悉的物質(zhì)狀態(tài)（又稱 相 ）為氣、液、固，較為生疏的是 等離子 和液晶。液晶相要具有特殊形狀分子組合始會(huì)產(chǎn)生，它們可以流動(dòng)，又擁有結(jié)晶的光學(xué)性質(zhì)。液晶的定義，現(xiàn)在以放寬而囊括了在某一溫度范圍可以是現(xiàn)液晶相，在較低溫度為正常結(jié)晶之物質(zhì)。而液晶的組成物質(zhì)是一種有機(jī)化合物，也就是以 碳 為中心所構(gòu)成的化合物。同時(shí)具有兩種物質(zhì)的液晶，是以分子間力量組合的，它們的特殊光學(xué)性質(zhì)，又對(duì) 電磁場(chǎng) 敏感，極有實(shí)用價(jià)值。 液晶顯示材料最常見的用途是 電子表 和 計(jì)算器 的顯示板，為什么會(huì)顯示 數(shù)字山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 呢？原來這種液態(tài)光電顯示材料，利用液晶的 電光效應(yīng) [1]把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成字符、圖像等可見 信號(hào) 。液晶在正常情況下，其 分子 排列很有秩序，顯得清澈透明，一旦加上直流電場(chǎng)后，分子的排列被打亂，一部分液晶變得不透明，顏色加深，因而能顯示數(shù)字和圖象。 液晶顯示技術(shù)的發(fā)展 在 之后，液晶研究暫時(shí)進(jìn)入低谷，也有人說， 19301960 年期間是液晶研究的空白期。究其原因，大概是由于當(dāng)時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)液晶的實(shí)際應(yīng)用。但是，在此期間，半導(dǎo)體電子工業(yè)卻獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。為使液晶能在顯示器中的應(yīng)用，透明電極的圖形化以及液晶與半導(dǎo)體電路一體化的微細(xì)加工技術(shù)必不可缺。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的進(jìn)步，這些技術(shù)已趨向成熟。 20 世紀(jì) 40 年代，開發(fā)出矽半導(dǎo)體，利用傳導(dǎo)電子的 n 型半導(dǎo)體和傳導(dǎo)電洞的 p 型半導(dǎo)體構(gòu)成 pn 介面（ pnjunction），發(fā)明了二極管和晶體管。在此之前，在電路中為實(shí)現(xiàn)從交流到直流的整流功能，要采用二極管，而要實(shí)現(xiàn)放大功能，要采用晶體 管。這些大而笨重的元件完全可以由半導(dǎo)體二極管和晶體管代替，不需要向真空中發(fā)射電子，僅在固體特別是極薄的膜層中，即可實(shí)現(xiàn)整流、放大功能，從而使電子回路實(shí)現(xiàn)了小型化。 接著，藉由光加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了包括二極管、晶體管在內(nèi)的電子回路圖形的薄膜化、超微細(xì)化。這種技術(shù)簡(jiǎn)稱為微影（ photolithography）。20 世紀(jì) 60 年代，隨著半導(dǎo)體集成電路（ integrated circuit）技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的小型化。 上述技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于在液晶顯示裝置（ display）中的應(yīng)用是必不可少的，隨著材料科 學(xué)和材料加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及新型顯示模式和驅(qū)動(dòng)技術(shù)的開發(fā)，液晶顯示技術(shù)獲得了快速發(fā)展。 1968 年，任職美國(guó) RCA 公司的 發(fā)表采用 DS（ dynamic scattering，動(dòng)態(tài)散射）模式的液晶顯示裝置。在此之后，美國(guó)企業(yè)最早開始了數(shù)字式液晶手表實(shí)用化的嘗試。 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 3 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)的原理框圖 圖 單片機(jī)系統(tǒng)的原理框圖 由上圖可以看出該單片機(jī)系統(tǒng)主要有四部分組成：按鍵輸入 模塊、溫度檢測(cè)模塊、時(shí)間模塊、單片機(jī)控制模塊、 12864 液晶 顯示模塊?，F(xiàn)在 我就將各模塊的功能一一介紹給大家。 單片機(jī)系統(tǒng)的模塊說明 及電路圖 ? 按鍵輸入模塊 在本設(shè)計(jì)中，總共有三個(gè)按鍵 （如圖 ） ， 采用獨(dú)立式連接方式， SET 鍵、 INC鍵 和 DEC 鍵 ，分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)的 、 、 端口。 圖 按鍵輸入連接 SET 鍵： 選擇 萬年歷分別進(jìn)入校時(shí)模式和 正常走時(shí)模式。 INC 鍵：在萬年歷的校時(shí)模式中，控制 各選擇位進(jìn)行加一操作。 DEC 鍵： 在萬年歷的校時(shí)模式中，控制各選擇位進(jìn)行減一操作。 ? 溫度 檢測(cè)模塊 在該模塊中，采用 DS18B20 溫度傳感器作為 溫度采集 芯片 。 DS18B20 溫度傳感DS1302時(shí)鐘芯片模塊 DS18B20 溫度檢測(cè)模塊 按鍵輸入模塊 單片機(jī) MCU 128x64液晶 顯示模塊 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 器 是達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的一種單總線芯片，它的 測(cè)溫范圍 為 － 55℃ ～ +125℃ ，固有測(cè)溫分辨率 ℃ ， 具有使用簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定 的 優(yōu)點(diǎn) ?？梢赃m用于工業(yè)生產(chǎn) 、家庭應(yīng)用等場(chǎng)合。 （如下圖） 圖 溫度檢測(cè)模塊 ? 時(shí)間模塊 該模塊提供萬年歷校時(shí)、走時(shí)功能，核心芯片是 DS1302。 DS1302 時(shí)鐘芯片也是達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的一種單總線芯片 ，工作電壓為 ～ 。 它可以對(duì)年 、 月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N 功能。 廣泛應(yīng)用與電話、傳真、便攜式儀器、以及電磁供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。 圖 時(shí)間模塊 ? 單片機(jī)控制模塊 由前所述，單片機(jī)由于其各種優(yōu)點(diǎn)，是一種常用的控制器件。 80C51 單片機(jī)是第三代單片機(jī)中的典型代表， 在該設(shè)計(jì)中，單片機(jī)作為控制模塊，接受來自按鍵模塊、時(shí)間模塊、溫度檢測(cè)模塊的信息，來控制液晶顯示模塊的顯示信息。 圖 液晶顯示模塊 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 ? 12864液晶顯示模塊 12864 是 128*64 點(diǎn)陣 液晶模塊的點(diǎn)陣數(shù)簡(jiǎn)稱，業(yè)界約定俗成的簡(jiǎn)稱 。 它主要由行驅(qū)動(dòng)器 /列驅(qū)動(dòng)器及 12864 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示 84 個(gè) (1616 點(diǎn)陣 )漢字。 該點(diǎn)陣的顯示屏成本相對(duì)較低，適用于各類儀器，小型設(shè)備的顯示領(lǐng)域。 單片機(jī)系統(tǒng)的 整體 電路設(shè)計(jì) 如上所述該單片機(jī)系統(tǒng)由鍵盤模塊、 12864 顯示模塊、單片機(jī)控制模塊、 DS18B20溫度檢測(cè)模塊、 DS1302 時(shí)鐘模塊組成。所以系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)也是由各模塊電路組合而成。 圖 單片機(jī)系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì) 單 片機(jī)系統(tǒng)的 各 器件 使用 說明 AT89C51 單片機(jī)的簡(jiǎn)要說明 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 的單片機(jī)。單片機(jī)的 可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 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。 圖 AT89C51 單片機(jī) 主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行 通道 低功耗的閑置和掉電模式 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 ? 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)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 4TTL 門電流。 P1口管腳寫 入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉 優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)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 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為 振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁