【文章內(nèi)容簡介】 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對顯示區(qū)域進行控制，只要輸入所需的控制電壓，就可以顯示出字符。 LCD 能夠現(xiàn)實字符的關(guān)鍵在于其控制器，目前大部分點陣型 LCD 都使用日立公司的 HD44780 集成電路做為控制器。 HD44780 是集 驅(qū)動器與控制器于一體，專用于字符顯示的液晶顯示控制驅(qū)動集成電路，它的特點如下： （ 1）顯示緩沖區(qū)及用戶定義區(qū)的字符發(fā)生器全部內(nèi)藏在片內(nèi)。 （ 2）接口數(shù)據(jù)傳輸有 8 位和 4 位兩種傳輸模式。 （ 3）具有簡單而功能很強的指令集，可以實現(xiàn)字符的移動、閃爍燈功能。 HD44780 的工作原理較為復雜，但它的應用卻非常簡單。只要將待顯字符的標準 ASCII 碼放入內(nèi)部數(shù)據(jù)顯示存儲器（ DD RAM），內(nèi)部控制線路就會自動將字符傳送到顯示器上。例如，要 LCD 顯示字符“ A”，則只需將 A 的 ASCII 碼 41H 存入 DD RAM，控制線路就會通過 HD44780 的另一個部件字符產(chǎn)生器（ CG ROMa）將 A 的字型點陣數(shù)據(jù)找出來顯示在 LCD 上。 1602 型 LCD 的主要技術(shù)參數(shù) 1. 1602 型 LCD 的主要技術(shù)參數(shù)如下： 顯示容量： 16X2 個字符 芯片工作電壓： ~ 工作電流： () 模塊最佳工作電壓： 字符尺寸： （ WXH） mm 1602LCD 采用標準的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如 微機原理及應用課程設(shè)計說明書 15 表 35 表 35 1062LCD 引腳功能 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 +5V 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負極 其中： 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接 地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器 ,低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)命令。 1602 型 LCD 顯示字符的過程 要用 1602 型 LCD 顯示字符必須解決 3 個問題：（ 1）待顯示字符 ASCII 標準碼產(chǎn)生；（ 2）液晶顯示模式的設(shè)置；（ 3）字符顯示位置的指定。其中： （ 1）字符 ASCII 標準碼的產(chǎn)生常用字符的標準 ASCII碼，在程序中定義字符常量或字符串常量時， C語言在編譯后會自動產(chǎn)生其標準 ASCII 碼。只要將生成的標準 ASCII 碼通過單片機的 I/O口送入數(shù)據(jù)顯示用存儲器（ DDRAM），內(nèi)部控制線路就會自動將字符傳送到顯示器上。 （ 2）液晶顯示模式的設(shè)置包括要讓液晶顯示字符 ，必須對有無光標、光標的移動方向、光標是否閃爍及字符的移動方向等進行設(shè)置，才能獲得所需的顯示效果。 1602液晶顯示模式的設(shè)置是通過控制指令對內(nèi)部的控制器控制而實現(xiàn)的，常用的控制指令見表 36。 微機原理及應用課程設(shè)計說明書 16 表 36 常用控制指令表 指令 指令碼 說明 指令周期 Fosc=250kHz R S R/ W DB 7 DB 6 DB 5 DB 4 DB 3 DB 2 DB 1 DB 0 清屏 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 清除屏幕，置 AC為 0，光標回位 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 DDRAM 地址為 0，顯示回原位，DDRAM 內(nèi)容不變 設(shè)置輸入方式 0 0 0 0 0 0 0 1 1/D S 設(shè)置光標移動方向并指定顯示是否移動 40us 顯示開關(guān) 0 0 0 0 0 0 1 D C B 設(shè)置顯示開關(guān) D、光標開關(guān) C、光標所在字符閃爍 B 40us 移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L 移動光標及整體顯示，同內(nèi)容時不改變 DDRAM 40us 功能設(shè)置 0 0 0 0 1 DL N F 設(shè)置接口數(shù)據(jù)位數(shù)DL、顯示行數(shù) L、字符字體 F 40us CGRAM 地址設(shè)置 0 0 0 1 ACC 設(shè)置 CGRAM 地址，設(shè)置后發(fā)送接收數(shù)據(jù) 40us DDRAM 地址設(shè)置 0 0 1 ADD 設(shè)置 DDRAM 地址，設(shè)置后發(fā)送接收數(shù)據(jù) 40us 1602 型 LCD 的讀寫操作 LCD 是一個慢顯示器件，所以在寫每條指令前一定要先讀 LCD 的忙碌狀態(tài)。如果 LCD 正忙于處理其他指令，就等待；如果不忙，再執(zhí)行寫指令。為此， 1602 型 LCD 設(shè)了一個忙碌標志位 BF，該位鏈接在 8 位雙向數(shù)據(jù) 線的 DB7 位上。如果 BF 為低電平“ 0”，表示 LCD 不忙；如果 BF 為高電平“ 1”，則表示 LCD 處于忙碌狀態(tài)，需要等待。假定 1602 型 LCD 的 8 位雙向數(shù)據(jù)線（ DB0~DB7）是通過單片機的 P0 口進行數(shù)據(jù)傳遞的，那么只要檢測 P0口的 引腳電平（ DB 連 ）就可以知道忙碌標志位 BF 的狀態(tài)。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 proteus 軟件環(huán)境介紹 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計首先是在 Proteus 軟件環(huán)境中仿真實現(xiàn)的。 Proteus 軟件是來自英國 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件， Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球 微機原理及應用課程設(shè)計說明書 17 廣泛使用，除了具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖、 PCB 自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的電路仿真是互動的。針對微處理器的應用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試。如果有顯示及輸出，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，還能看到運行后輸入輸出的效果。Proteus 建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境，尤其重要的是 Proteus Lite 可以完全免費，也可以花微不足道的費用注冊達 到更好的效果。 Proteus 是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具?？梢苑抡?51 系列、 AVR、 PIC 等常用的 MCU及其外圍電路（如 LCD， RAM， ROM，鍵盤，馬達， LED， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC器件 ...）。其實 Proteus 與 multisim 比較類似，只不過它可以仿真 MCU，當然，軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應的仿真模型，用開發(fā)板和仿真器當然是最好選擇，可是初學者擁有它們的可能性比較小。當然，硬件實踐還是必不可少的。在沒有硬件的情況下， Proteus能像 pspice 仿真模擬 /數(shù)字電路那樣仿真 MCU及外圍電路。另外，即使有硬件，在程序編寫早期用軟件仿真一下也是很有必要的。 Proteus 軟件主要具有以下幾個方面的特點： 設(shè)計和仿真軟件 Proteus 是一個很有用的工具 ，它可以幫助學生和專業(yè)人士提高他們的模擬和數(shù)字電路的設(shè)計能力。 它允許對電路設(shè)計采用圖形環(huán)境，在這種環(huán)境中，可以使用一個特定符號來代替元器件，并完成不會對真實電路造成任何損害的電路仿真操作。 它可以仿真儀表以及可描述在仿真過程中所獲得的信號的圖表。 它可以仿真目前流行的單片機，如 PICS, ATMELAVR, MOTOROLA, 8051 等。 在設(shè)計綜合性方案中 ,還可以利用 ARES 開發(fā)印制電路板。 Protel 軟件環(huán)境介紹 Protel 印制板設(shè)計軟件包是澳大利亞 protel technology 公司與 1990 年推出的電子 CAD產(chǎn)品，具有方便、易學、實用、快速以及高速度、高步通率的特點。它采用了分層次下拉窗口菜單結(jié)構(gòu)形式，用戶基本上不需要記背太多的鍵盤命令，用鼠標點擊菜單命令就能操作， protel 有著很高的自動布線布通率。布通率是電子產(chǎn) CAD 產(chǎn)品的一項重要指標，它反映電子元件在電路圖中連接關(guān)系有多少能在印刷版圖中實現(xiàn)。在設(shè)計常用的單、雙面印制板時只要選擇適當?shù)脑季趾筒季€策略方法 ， protel 就可以輕易的達到98%100%的布通率。對于極少數(shù)不能布通的定方 ， protel 可以用飛線 指示出來，引導用戶用手工方法連通。另外， protel 有強大的宏命令設(shè)置功能，利用宏命令功能多定義的 微機原理及應用課程設(shè)計說明書 18 熱鍵可以大大提高操作速度。 Protel 對微機的軟硬件配置要求很低： cpu 在 8088 以上， 以上版本，內(nèi)存640kb 以上，雙軟件（或一個軟件一個硬盤），單色顯示器（多層板設(shè)計時最好用彩色），各種兼容打印機。也能在 Windows9X 平臺的模擬 DOS 下運行。 Protel 已成為印制板設(shè)計加工方面的工業(yè)標準。據(jù)初步統(tǒng)計 protel 在 CAD 的市場占有率達 95%，成為電子產(chǎn)品制造業(yè)界的首選 CAD 軟件。 keil 軟件環(huán)境介紹 Keil C51 是 美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 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、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。運行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系統(tǒng)。如果你使用 C 語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選，即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。 2020 年 2 月發(fā)布 Keil μVision4 ， Keil μVision4 引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應用程序。新版本支持更多最新的 ARM 芯片，還添加了一些其他新功能。 2020 年 3月 ARM 公司發(fā)布最新集成開發(fā)環(huán)境 RealView MDK 開發(fā)工具中集成了最新版本的Keil uVision4，其編譯器、調(diào)試工具實現(xiàn)與 ARM 器件的最完美匹配 。 5 硬件電路設(shè)計 溫度采集單元電路 微機原理及應用課程設(shè)計說明書 19 圖 51 1602LCD 顯示單元電路 圖 52 超溫報警單元電路 溫度采集裝置收集到的溫度超過系統(tǒng)預設(shè)的溫度，單片機 和 腳、 腳輸出信號電平使 LED燈點亮，從而顯示出報警。其單元電路如圖 所 示： 微機原理及應用課程設(shè)計說明書 20 圖 53 報警電路 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 單 片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。本次課程設(shè)計中選用AT89C52 式單片機，其最小系統(tǒng)主要由電復位、振蕩電路組成。單片機的最小系統(tǒng)如圖 54所示。 單片機的復位電路原理是在單片機的復位引腳 RST 上電阻和電容，實現(xiàn)上電復位。當復位電平持續(xù)兩個時鐘周期以上時復 位有效。復位電路由按鍵復位和上電復位兩部分組成，上電復位是在復位引腳上連接一個電容到 VCC，再連接一個電阻到 GND；按鍵復位是在復位電容上并聯(lián)一個開關(guān)，當開關(guān)按下時電容被放電、 RST 也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復位。 AT89C52 單片機使用 12MHZ 的晶振最為振蕩源，由于單片機