【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （2）I/O 接口控制卡：有若干個(gè)集成電路按一定的邏輯組成為一個(gè)部件，或者直接與 CPU 同在主板上，或是一個(gè)插件插在系統(tǒng)總線插槽上?！?　 本設(shè)計(jì)是以 Atmega8515單片機(jī)為主控件，通過之間的 IIC 通信協(xié)議，控制液晶顯示器顯示模塊 CS1621顯示數(shù)據(jù)。主控件與顯示模塊直接的端口連接構(gòu)成的電路即為接口電路，接口電路具有設(shè)置數(shù)據(jù)的寄存、緩沖邏輯，以適應(yīng) CPU與外設(shè)之間的速度差異，能夠進(jìn)行信息格式的轉(zhuǎn)換。能夠協(xié)調(diào) CPU 和外設(shè)兩者在信息的類型和電平的差異。設(shè)置中斷和 DMA 控制邏輯，以保證在中斷和DMA 允許的情況下產(chǎn)生中斷和 DMA 請(qǐng)求信號(hào)，并在接受到中斷和 DMA 應(yīng)答天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6之后完成中斷處理和 DMA 傳輸?shù)裙δ堋?[11]圖24 　 　 顯示接口電路 ? CS：片選信號(hào)輸入端（帶上拉電阻） ，負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)是否發(fā)送輸出。 CS 為邏輯 高電平時(shí)，數(shù)據(jù)和命令不能讀出和寫入，并且串行接口電路復(fù)位。但當(dāng)CS為邏輯低電平時(shí)，控制器與 CS1621之間可以傳輸數(shù)據(jù)和命令。? WR：寫入數(shù)據(jù)端口。WRITE 時(shí)鐘輸入端（帶上拉電阻） 。在WR 信號(hào)的上升沿，DATA線上的數(shù)據(jù)被鎖存到CS1621 。? DATA：串行數(shù)據(jù)輸出端（帶上拉電阻） ，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或者發(fā)送輸出單元。? GND：負(fù)電源，接地。? VDD：正電源，接直流電源。? VLCD：背光亮度調(diào)節(jié)端，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值大小來實(shí)現(xiàn)改變調(diào)節(jié)顯示屏背光亮度明暗的目的。天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7第三章　　電導(dǎo)率儀顯示模塊顯示器件　CS1621LCD 顯示驅(qū)動(dòng)電路　　CS1621是一種128點(diǎn)陣式存儲(chǔ)映射多功能 LCD驅(qū)動(dòng)電路。CS1621 的S/W結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使它適合點(diǎn)陣式LCD顯示，包括LCD模塊和顯示子系統(tǒng)CS1621具有節(jié)電功能。CS1621是一種具有微控制器接口，由 RAM映射的324點(diǎn)陣式LCD驅(qū)動(dòng)器。電路上電時(shí)清零，并可以通過命令端進(jìn)行工作狀態(tài)設(shè)置，然后通過片選、讀、寫端對(duì)RAM數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫、修改操作，RAM內(nèi)容與LCD顯示驅(qū)動(dòng)的內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)。該電路為點(diǎn)陣式LCD驅(qū)動(dòng)顯示，各SEG端是相互獨(dú)立的，并容易對(duì) RAM數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，所以顯示點(diǎn)陣內(nèi)容靈活，可隨用戶任意定制。圖31　　CS1621封裝形式QFP44標(biāo)準(zhǔn)封裝天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8圖32　　CS1621 功能框圖CS1621管腳說明：? CS：片選信號(hào)輸入端（帶上拉電阻） 。CS 為邏輯高電平時(shí)，數(shù)據(jù)和命令不能讀出和寫入，并且串行接口電路復(fù)位。但當(dāng)CS 為邏輯低電平時(shí)，控制器與CS1621之間可以傳輸數(shù)據(jù)和命令。? RD：READ 時(shí)鐘輸入端（帶上拉電阻） 。RAM中的數(shù)據(jù)在RD信號(hào)的下降沿被輸出到DATA線上,主控制器可以在下一個(gè)上升沿鎖存這個(gè)數(shù)據(jù)。? WR：WRITE 時(shí)鐘輸入端（帶上拉電阻） 。在 WR信號(hào)的上升沿，DATA線上的數(shù)據(jù)被鎖存到CS1621 。? DATA：串行數(shù)據(jù)輸出端（帶上拉電阻） 。? VSS：負(fù)電源，GND。? VLCD：LCD 電源輸入。? VDD：正電源。? IRQ：時(shí)間基準(zhǔn)或WDT溢出標(biāo)志，NMOS開漏輸出端。? COM0~COM3：LCD COM輸出端。? SEG0~SEG31：LCD SEG輸出端。天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9圖33　　CS1621LCD顯示界面　　CS1621LCD顯示界面是定制的 CS1621液晶顯示器顯示模塊，顯示界面包括符號(hào)顯示器、5個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)字顯示器以及單位顯示器構(gòu)成。本設(shè)計(jì)是模擬電導(dǎo)率儀實(shí)際測(cè)定顯示被測(cè)液體電導(dǎo)率、溫度、PH值等數(shù)據(jù)的一部分?！★@示部分要求及顯示原理　　本設(shè)計(jì)要求通過 Atmega8515 單片機(jī)，控制液晶顯示器顯示模塊 CS1621，以程序語言控制顯示模塊 CS1621 顯示電導(dǎo)率、溫度。系統(tǒng)以 Atmega8515 單片機(jī)為核心，在了解掌握 Atmega8515 和定制液晶顯示器顯示模塊 CS1621 各引腳功能以及二者之間采用的 IIC 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互方式后，通過編寫程序然后將要顯示的數(shù)據(jù)送入定制液晶顯示器顯示模塊 CS1621 進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，最后實(shí)現(xiàn)液晶顯示器顯示電導(dǎo)率、溫度等數(shù)據(jù)的目的。系統(tǒng)通過定制液晶顯示器顯示模塊 CS1621 顯示電導(dǎo)率、溫度等參數(shù)。圖34　　CS1621LCD顯示界面天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10表31　　CS1621LCD顯示界面顯示位　　由圖 34 以及表 31 對(duì)應(yīng)可知 CS1621LCD 顯示界面的顯示數(shù)據(jù)控制驅(qū)動(dòng)碼控制顯示界面的工作方式，CS1621LCD 顯示驅(qū)動(dòng)碼是 0滅；1 亮。要控制顯示界面顯示的內(nèi)容，只要把對(duì)應(yīng)位置 1，對(duì)應(yīng)位亮起則可顯示要求的內(nèi)容。例如顯示內(nèi)容為 12．34μs/cm 以及 25℃則：　　顯示第一位字符 1 時(shí)應(yīng)設(shè)置 1BC 位置 1；　　顯示第二位字符 2 時(shí)應(yīng)設(shè)置 2A、2B、2D、2E、2G 共五位置 1；　　顯示第三位字符小數(shù)點(diǎn)時(shí)應(yīng)設(shè)置 DOT 位置 1；　　顯示第四位字符 3 時(shí)應(yīng)設(shè)置 3A、3B、3C、3D 、3G 共五位置 1；　　顯示第五位字符 4 時(shí)應(yīng)設(shè)置 4B、4C、4F 、4G 共四位置 1；　　顯示第六位字符電導(dǎo)率單位時(shí)應(yīng)設(shè)置 T4 位置 1；　　顯示第七位字符 2 時(shí)應(yīng)設(shè)置 5A、5B、5D、5E、5G 共五位置 1；　　顯示第八位字符 5 時(shí)應(yīng)設(shè)置 6A、6C、6D、6F、5G 共五位置 1；　　顯示第九位字符溫度單位時(shí)應(yīng)設(shè)置 T1 位置 1?！　∪绱嗽O(shè)置輸入的控制驅(qū)動(dòng)碼則最后輸出顯示界面就會(huì)顯示出要求顯示的內(nèi)容 12．34 μs/cm 以及 25℃。最后，若要求顯示的數(shù)字為負(fù)數(shù)時(shí)，則獎(jiǎng)對(duì)應(yīng)控制驅(qū)動(dòng)碼 1G 置 1，就能顯示出負(fù)號(hào)，接下來的數(shù)字顯示如上?！IC 總線　 　 IIC 即 I2C，一種總線結(jié)構(gòu)。IIC 即 InterIntegrated Circuit(集成電路總線） ，這種總線類型是由菲利浦半導(dǎo)體公司在八十年代初設(shè)計(jì)出來的，主要是用來連接整體電路(ICS)，IIC 是一種多向控制總線，也就是說多個(gè)芯片可以連接到同一總線結(jié)構(gòu)下，同時(shí)每個(gè)芯片都可以作為實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂圃?。這種方式簡(jiǎn)化了信號(hào)傳輸總線。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，把 CPU 和一個(gè)單獨(dú)工作1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16PINCOM1COM2COM3COM4SEG1SEG2SEG3SEG4SEG5SEG6SEG7SEG8SEG9SEG10SEG11SEG12COM1COM1 2A 2B 3A 3B 4A 4B T2 5A 5B 6A 6BCOM2COM2 2F 2G 3F 3G 4F 4G T3 5F 5G 6F 6GCOM3COM3 2E 2C 3E 3C 4E 4C T4 5E 5C 6E 6CCOM4COM4 2DDOT 3D 1BC 4D 1G 5D 6D T1天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11系統(tǒng)所必需的 ROM、RAM、 I/O 端口、A/D、D/A 等外圍電路集成在一個(gè)單片內(nèi)而制成的單片機(jī)或微控制器愈來愈方便。目前，世界上許多公司生產(chǎn)單片機(jī)，品種很多。其中包括各種字長(zhǎng)的 CPU，各種容量的 ROM、RAM 以及功能各異的 I/O 接口電路等等，但是，單片機(jī)的品種規(guī)格仍然有限，所以只能選用某種單片機(jī)來進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展的方法有兩種：一種是并行總線，另一種是串行總線。由于串行總線的連線少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，往往不用專門的母板和插座而直接用導(dǎo)線連接各個(gè)設(shè)備。因此，采用串行線可大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。PHILIPS 公司早在十幾年前就推出了 I2C 串行總線，利用該總線可實(shí)現(xiàn)多主機(jī)系統(tǒng)所需的裁決和高低速設(shè)備同步等功能。因此，這是一種高性能的串行總線?！IC 總線的硬件結(jié)構(gòu)　 　 I2C 串行總線一般有兩根信號(hào)線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線 SDA，另一根是時(shí)鐘線 SCL。所有接到 I2C 總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù) SDA 都接到總線的 SDA 上，各設(shè)備的時(shí)鐘線 SCL 接到總線的 SCL 上。為了避免總線信號(hào)的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端時(shí)必須是漏極開路（OD）輸出或集電極開路（OC）輸出。設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線 SDA 接口電路應(yīng)該是雙向的，輸出電路用于向 總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用于接收總線上的數(shù)據(jù)。而串行時(shí)鐘線也應(yīng)是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機(jī)，一方面要通過 SCL 輸出電路發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，另一方面還要檢測(cè)總線上的 SCL 電平，以決定什么時(shí)候發(fā)送下一個(gè)時(shí)鐘脈沖電平；作為接受主機(jī)命令的從機(jī)，要按總線上的 SCL 信號(hào)發(fā)出或接收 SDA 上的信號(hào)，也可以向 SCL 線發(fā)出低電平信號(hào)以延長(zhǎng)總線時(shí)鐘信號(hào)周期?？偩€空閑時(shí)，因各設(shè)備都是開漏輸出，上拉電阻 R 使 SDA 和 SCL 線都保持高電平。任一設(shè)備輸出的低電平都將使相應(yīng)的總線信號(hào)線變低，也就是說：各設(shè)備的 SDA 是“與”關(guān)系，SCL 也是 “與”關(guān)系?！?　 I2C 總線的運(yùn)行（數(shù)據(jù)傳輸）由主機(jī)控制。所謂主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)） 、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)以及傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出停止信號(hào)的設(shè)備，通常主機(jī)都是微處理器。被主機(jī)尋訪的設(shè)備稱為從機(jī)。為了進(jìn)行通訊，每個(gè)接到 I2C總線的設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址，以便于主機(jī)尋訪。主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)傳送，可以由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到從機(jī)，也可以由從機(jī)發(fā)到主機(jī)。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設(shè)備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱為接受器。I2C 總線上允許連接多個(gè)微處理器以及各種外圍設(shè)備，如存儲(chǔ)器、LED 及LCD 驅(qū)動(dòng)器、A/D 及 D/A 轉(zhuǎn)換器等。為了保證數(shù)據(jù)可靠地傳送，任一時(shí)刻總線只能由某一臺(tái)主機(jī)控制，各微處理器應(yīng)該在總線空閑時(shí)發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)，為了妥善解決多臺(tái)微處理器同時(shí)發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（總線控制權(quán)）沖突，以及決定由哪一臺(tái)微處理器控制總線的問題，I2C 總線允許連接不同傳送速率的設(shè)備。多臺(tái)設(shè)備之間時(shí)鐘信號(hào)的同步過程稱為同步化。天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12　IIC 總線的數(shù)據(jù)傳輸　　 在 I2C 總線傳輸過程中，將兩種特定的情況定義為開始和停止條件：當(dāng)SCL 保持“高 ”時(shí)，SDA 由“高”變?yōu)椤暗汀睘殚_始條件；當(dāng) SCL 保持“高”且 SDA 由“低”變?yōu)椤案摺睍r(shí)為停止條件。開始和停止條件均由主控制器產(chǎn)生。使用硬件接口可以很容易地檢測(cè)到開始和停止條件，沒有這種接口的微機(jī)必須以每時(shí)鐘周期至少兩次對(duì) SDA 取樣，以檢測(cè)這種變化。 SDA 線上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘“高”期間必須是穩(wěn)定的，只有當(dāng) SCL 線上的時(shí)鐘信號(hào)為低時(shí)，數(shù)據(jù)線上的“高”或“低”狀態(tài)才可以改變。輸出到 SDA 線上的每個(gè)字節(jié)必須是 8位，每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，但每個(gè)字節(jié)必須要有一個(gè)應(yīng)答 ACK。如果一接收器件在完成其他功能（如一內(nèi)部中斷）前不能接收另一數(shù)據(jù)的完整字節(jié)時(shí)，它可以保持時(shí)鐘線 SCL 為低，以促使發(fā)送器進(jìn)入等待狀態(tài)；當(dāng)接收器準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)的其它字節(jié)并釋放時(shí)鐘 SCL 后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進(jìn)行。數(shù)據(jù)傳送具有應(yīng)答是必須的。與應(yīng)答對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘脈沖由主控制器產(chǎn)生，發(fā)送器在應(yīng)答期間必須下拉 SDA線。當(dāng)尋址的被控器件不能應(yīng)答時(shí)，數(shù)據(jù)保持為高并使主控器產(chǎn)生停止條件而終止傳輸。在傳輸?shù)倪^程中，在用到主控接收器的情況下，主控接收器必須發(fā)出一數(shù)據(jù)結(jié)束信號(hào)給被控發(fā)送器，從而使被控發(fā)送器釋放數(shù)據(jù)線，以允許主控器產(chǎn)生停止條件。合法的數(shù)據(jù)傳輸格式如下：I2C 總線在開始條件后的首字節(jié)決定哪個(gè)被控器將被主控器選擇，例外的是“通用訪問”地址，它可以在所有期間尋址。當(dāng)主控器輸出一地址時(shí)，系統(tǒng)中的每一器件都將開始條件后的前7位地址和自己的地址進(jìn)行比較。如果相同，該器件即認(rèn)為自己被主控器尋址，而作為被控接收器或被控發(fā)送器則取決于 R/W 位?！S1621 時(shí)序圖圖 35　　CS1621 時(shí)序圖 WRITE 模式　　CS初始化串行接口電路和主控制器和 CS1621之間終接通信端。CS為1時(shí)，主控制器和CS1621之間數(shù)據(jù)和命令被禁止和初始化。出現(xiàn)命令模式和模式轉(zhuǎn)換之前，需要一個(gè)高電平脈沖初始化CS1621 的串行接口。數(shù)據(jù)線時(shí)串行輸入 /輸出線。讀寫數(shù)據(jù)或?qū)懭朊畋仨毻ㄟ^數(shù)據(jù)線。RD線是 READ時(shí)鐘輸入。RAM中的數(shù)據(jù)在RD信號(hào)的下降沿被讀出，讀出數(shù)據(jù)將顯示在 DATA線上。主控制器在天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13READ信號(hào)上升沿和下一個(gè)下降沿之間讀出正確數(shù)據(jù)。 WR線是WRITE時(shí)鐘輸入。數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)、地址、命令在WR信號(hào)上升沿全被讀到 CS1621?！　‘?dāng) CS 從高電平變成低電平即 CS 又 1 變?yōu)?0 時(shí)，在 WR 的上升沿開始DATA 開始讀出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)首三位為 CS1621 的控制指令，接著為六位地址數(shù)據(jù)，最后四位是控制數(shù)據(jù)，讀完數(shù)據(jù)之后。接著開始下一個(gè)讀數(shù)據(jù)的過程?！　「鶕?jù)上文介紹的要顯示的內(nèi)容 12．34 μs/cm 以及 25℃相對(duì)應(yīng)的控制驅(qū)動(dòng)碼，結(jié)合 CS1621 時(shí)序圖 WRITE 模式，在此模式下開始的三位字符一定為 101，則在此模式下控制顯示界面顯示 12．34 μs/cm 以及 25℃內(nèi)容其代碼101XXXXXXX