【文章內(nèi)容簡介】 OCMJ48C液晶顯示模塊是肇慶金鵬電子有限公司開發(fā)制造的C系列中文顯示模塊中的一種。C系列中文模塊可以顯示字母，數(shù)字符號，中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。提供三種控制接口，分別是8位微處理器接口，四位微處理器接口及串行接口。所有的功能，包括顯示RAM，字型產(chǎn)生器在內(nèi)都包含在一個芯片里面，只要一個最小的微處理器系統(tǒng)，就可以方便操作模塊。內(nèi)置2M位中文字型ROM總共提供8192個中文字型（16x16點陣），16K位半寬字型ROM（CGROM）總共提供126個符號字型（16x8點陣），64x16位字型產(chǎn)生RAM（CGRAM），另外繪圖顯示畫面提供一個64x256點的繪圖區(qū)域GDRAM，可以和文字畫面混合顯示。提供多功能指令：畫面清除（Display clear）、光標(biāo)歸位（Return home）、顯示打開/關(guān)閉（Display on/off）、光標(biāo)顯示/隱藏（Cursor on/off）、顯示字符閃爍（Display character blink）、光標(biāo)移位（Cursor shift）、顯示移位（Display shift）、垂直畫面卷動（Vertical line scroll）、反白顯示（By_line reverse display）、待命模式（Standby mode）[10]。四、PIC單片機（一）PIC系列單片機的特點美國Microchip公司的PIC系列單片機主要有以下特點：（1）哈佛總線結(jié)構(gòu)；（2）指令單字節(jié)化；（3）尋址方式簡單；（4）精簡指令集（RISC）技術(shù)；（5）代碼壓縮率高；（6）運行速度高；（7）功耗低；（8）驅(qū)動能力強，達到20mA的電流驅(qū)動能力；（9）自帶硬件看門狗電路；（10）外接電路簡單；（11）開發(fā)方便。這些特點使PIC系列單片機越來越受到中國用戶的青睞，在工業(yè)控制，智能儀表等不同領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[11]。PIC16F87X系列單片機是Microchip公司于1998年年底推出的新產(chǎn)品，可以實現(xiàn)在線調(diào)試和在線編程。本設(shè)計系統(tǒng)采用PIC16F877型號單片機作為控制芯片來實現(xiàn)步進電機的旋轉(zhuǎn)，調(diào)速以及LCD顯示等功能，下面介紹一下該類型單片機的結(jié)構(gòu)及用到的各模塊。（二）PIC16F877單片機的結(jié)構(gòu)1．PIC16F877單片機的基本功能模塊首先對PIC16F877單片機的基本功能區(qū)域所包含的主要部件及其功能進行介紹，以便對其基本功能硬件有一個概要的認識。基本功能區(qū)域的主要功能模塊包括以下7部分，它們是：程序控制區(qū)域，數(shù)據(jù)存儲區(qū)域，E2PROM數(shù)據(jù)存儲區(qū)域，算數(shù)邏輯運算區(qū)域，輸入/輸出端口模塊、多功能定時器模塊，核心模塊[11]。本設(shè)計沒有用到該類型單片機的專用功能模塊，在此將不再贅述。下面主要介紹一下用到的輸入/輸出端口模塊和多功能定時模塊。2．輸入/輸出端口模塊PIC16F877單片機具有豐富的接口資源，共設(shè)置有5個輸入輸出端口，分別為RA（6位）、RB（8位）、RC（8位）、RD（8位）、RE（3位），合計共有33個引腳。大多數(shù)引腳除了具有I/O功能外，還配置有其它特殊功能。通用I/O引腳可以看作是最簡單的外設(shè)，PIC單片機通過I/O端口監(jiān)視和控制其它設(shè)備，為了增強器件的靈活性和功能，一些引腳被定義為多功能復(fù)用引腳。這些功能由器件上相應(yīng)外設(shè)的特點決定。一般來說，當(dāng)相應(yīng)的外設(shè)使能時，其對應(yīng)的引腳不能作為通用I/O引腳使用。對于大多數(shù)端口，I/O引腳的輸入輸出方向，由數(shù)據(jù)方向寄存器（TRIS寄存器）來控制，數(shù)據(jù)方向寄存器TRISx控制PORTx方向。當(dāng)TRIS寄存器的某位置“1”時，相應(yīng)的引腳便為輸入；當(dāng)置“0”時其引腳便為輸出。PORT寄存器可以鎖存輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)讀PORT寄存器時，器件直接讀I/O引腳上的電平（而不是內(nèi)部的寄存器）。因此在對端口執(zhí)行讀修改寫入命令或引腳由輸入變?yōu)檩敵鰰r，應(yīng)該特別小心。圖17是一個典型的I/O端口，它沒有畫出I/O引腳復(fù)用的外設(shè)功能。讀PORT寄存器是讀取引腳上的電平狀態(tài)，而寫PORT寄存器是將數(shù)據(jù)寫入端口的數(shù)據(jù)寄存器。所有的寫操作都是讀修改寫入操作。因此對一個端口進行寫入操作意味著總是光讀取端口的引腳電平，在修改這個值，然后再寫入端口的數(shù)據(jù)鎖存器[12]。圖17 典型的I/O端口[12]3．定時器/計數(shù)器TMR0定時器/計數(shù)器模塊的正常工作一般表現(xiàn)為計數(shù)累計功能，通常是由時鐘脈沖來驅(qū)動的。該時鐘可以是單片機本身的工作時鐘，即使用內(nèi)部時鐘，稱之為定時器；也可以使用外部引腳輸入的時鐘，即使用外部的時鐘輸入來累計，稱之為計數(shù)器。PIC16F877單片機配置3個定時器/計數(shù)器模塊，分別為TMR0，TMR1和TMR2。本控制系統(tǒng)主要利用TMR0的定時功能為步進電機合理分配脈沖寬度以達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。下面主要介紹TMR0的功能特性及與該模塊相關(guān)的寄存器。TMR0定時器/計數(shù)功能主要是基于一個8位累加定時/計數(shù)寄存器TMR0，采用時鐘信號的上升沿，下降沿觸發(fā)計數(shù)方式。TMR0在RAM數(shù)據(jù)寄存器中具有特定的地址001H和101H，可通過軟件指令進行讀/寫操作。另外，TMR0帶有一個可編程預(yù)分頻器，可達到定時/計數(shù)的擴展效果。在TMR0計數(shù)溢出時，相應(yīng)的溢出中斷標(biāo)志自動置位，可通過設(shè)置TMR0中斷使能狀態(tài)而產(chǎn)生溢出中斷[12]。該模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖18所示圖18 TMR0結(jié)構(gòu)框圖[12]定時器/計數(shù)器TMR0主要設(shè)計有4個寄存器，它們分別是定時器/計數(shù)器TMR0，選項寄存器OPTION_REG，中斷控制寄存器INTCON，方向寄存器TRISA。本控制系統(tǒng)主要是靠改變TMR0的計數(shù)初值以及OPTION_REG中的分頻比來調(diào)節(jié)脈沖的寬度，以達到精確調(diào)速的目的[12]。第二章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計一、控制系統(tǒng)總體概述本控制系統(tǒng)采用PIC16F877單片機作為控制核心，通過鍵盤輸入指令，產(chǎn)生各種控制信號，實現(xiàn)步進電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制，并可通過LCD顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)。系統(tǒng)電路由五部分組成，即輸入、顯示部分；PIC單片機；驅(qū)動控制電路；直流電壓源及步進電機。控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。該控制系統(tǒng)可實現(xiàn)如下功能：1．通過鍵盤可以設(shè)定步進電機的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)數(shù)（以整轉(zhuǎn)為單位），2．通過鍵盤可以設(shè)定步進電機轉(zhuǎn)向，3．鍵盤所設(shè)置的參數(shù)可以通過LCD進行實時顯示。由于本控制系統(tǒng)所控制的電機類型為兩相六線混合式步進電動機，因此系統(tǒng)由PIC16F877單片機的PORTA端口產(chǎn)生A和A、B和B兩相信號。為提高系統(tǒng)的驅(qū)動能力，在單片機與步進電機之間增加控制驅(qū)動電路。圖21 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖二、控制系統(tǒng)的硬件電路（一）控制系統(tǒng)總體電路本控制系統(tǒng)硬件總體電路以單片機作為系統(tǒng)核心，主要由PIC16F877單片機及單片機工作外圍電路、步進電機控制驅(qū)動電路、LCD顯示屏接口電路、鍵盤輸入電路等組成。在該系統(tǒng)中輸入由單片機接口電路構(gòu)成的1*4鍵盤完成，單片機根據(jù)輸入的鍵值控制步進電機的脈沖分配，輸出脈沖控制電動機的運行以及LCD顯示屏實時對步進電機的狀態(tài)進行相應(yīng)的顯示。由于本設(shè)計所要控制的步進電機功率較小，步距角也相對較小，所要求實現(xiàn)的控制精度要求也不是很高，因此采用單極性驅(qū)動電路并且省略了細分驅(qū)動電路，硬件電路相對來說比較簡單。控制系統(tǒng)電路圖如圖22所示。圖22控制系統(tǒng)總體電路圖（二）單片機與步進電機接口驅(qū)動電路本控制系統(tǒng)采用PIC16F877單片機產(chǎn)生脈沖控制信號。單片機內(nèi)部的RAM和ROM即可滿足該設(shè)計的要求。步進電機控制信號將PIC16F877單片機的PORTA端口的RARARARA5，4個引腳輸出的具有時序的高低電平作為步進電機的控制信號，用于作用在作為開關(guān)的三極管基極以導(dǎo)通三極管，使直流電壓源能直接向步進電機供電。KP39HM2025型混合式步進電動機是兩相六線制步進電動機，導(dǎo)線顏色分別為紅色、紅色、黃色、橙色、黑色、棕色。其中兩根紅色導(dǎo)線為公共端，接12V穩(wěn)壓電源，黃色、橙色、黑色、棕色導(dǎo)線依次為電動機A相、A非相、B相、B非相。由于單電壓驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，功率驅(qū)動元件少，成本低，適用于驅(qū)動小功率步進電動機或用于性能指標(biāo)要求不高的場合，基于上述特點與本設(shè)計的要求恰好符合故采用此驅(qū)動電路對步進電機進行驅(qū)動。圖23為單電壓功率驅(qū)動電路的原理圖（只畫出其中一相）。來自單片機的信號電壓經(jīng)過電流放大后加到三極管VT的基極，控制VT的導(dǎo)通和截止，從而控制相繞組的通電和斷電。R和VD構(gòu)成了相繞組關(guān)斷時的續(xù)流電路[13]。由于電感的存在，繞組的通電和斷電不能瞬時完成，電流上升緩慢會導(dǎo)致電機的動態(tài)轉(zhuǎn)矩下降，因此應(yīng)縮短電流上升的時間常數(shù)，使電流前沿變陡。通常在繞組回路中串入電阻Rs，使繞組回路的時間常數(shù)減小。圖23 單電壓驅(qū)動電路（其中一相）[13]（三）單片機與LCD顯示屏接口電路（8位并行模式）8位并行模式下，