【正文】 語言編制相應(yīng)的顯示程序．隨著單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用其相應(yīng)的匯編編程和所暴露的問題也越來越多逐漸引入了高級(jí)語言 C 語言就是其中的一種在大一時(shí)就曾接觸過 C 語言由于時(shí)間較短重視程度不夠后來又一直沒用過只能對(duì)它有一個(gè)大概的了解而對(duì)于 AVR 單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)和液晶顯示模塊的 使用則完全是一片空白這次畢業(yè)設(shè)計(jì)就不得不花大量的時(shí)間在這些基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)上為了更有效地完成這個(gè)課題特列出了如下計(jì)劃 表 11 畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度表 起止時(shí)間 工 作 內(nèi) 容 第 12 周 熟悉課題的基本要求查閱相關(guān)資料初步擬定設(shè)計(jì)的整體方案完成開題報(bào)告 第 38 周 自學(xué)這次課題所涉及的相關(guān)內(nèi)容包括 C 語言基礎(chǔ)知識(shí) AVR 單片機(jī)主要是 Atmega16L 芯片和 ICCAVR 編譯器的使用以及液晶顯示的相關(guān)內(nèi)容并設(shè)計(jì)一些簡單的實(shí)際電路熟練所學(xué)內(nèi)容并加以鞏固 熟悉繪圖軟件 Protel99 的使用 第 912 周 設(shè)計(jì) LCD 顯示電路電源電路用 Protel99 繪制原理圖和同學(xué)一起完成整個(gè)充電電路原理圖并繪制印制電路板 編寫顯示程序 第 1315 周 焊接調(diào)試電路根據(jù)各部分的作用對(duì)硬件電路進(jìn)行調(diào)試最后聯(lián)機(jī)調(diào)試 最后數(shù)周 寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文完成全部畢業(yè)設(shè)計(jì) 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是由郭偉同學(xué)和本人共同合作完成由他完成充電部分的硬件電路的設(shè)計(jì)和這邊的顯示部分相結(jié)合共同完成智能充電器的設(shè)計(jì) 第二章 硬件電路設(shè)計(jì) 經(jīng)過前面對(duì)充電 器原理液晶模塊 ATmega16L 等的總體了解和掌握以及對(duì)各種元器件和電路圖的分析和比較后現(xiàn)在就可以開始進(jìn)入硬件電路的設(shè)計(jì)了在本章里首先將介紹一下液晶模塊訪問方式的兩種接口電路然后對(duì) LCD 顯示電路原理圖作一個(gè)詳細(xì)的介紹接著介紹充電電路中所用到的各種芯片和元器件的原理和一些功能最后對(duì) PROTEL99 的使用和 PCB 板的繪制以及焊接做一簡單介紹然后再將自己的設(shè)計(jì)思想和同組人所設(shè)計(jì)的兩部分結(jié)合達(dá)成統(tǒng)一 第一節(jié) 液晶顯示模塊兩種訪問方式接口電路的選擇 單片機(jī)與液晶顯示模塊之間的連接方式分 為直接訪問方式和為間接控制方式兩種如圖 21 和圖 22 所示其中左為單片機(jī)右為液晶顯示模塊 一 直接訪問方式 數(shù)據(jù)總線 GND 5V 電位器 負(fù)電源 1 3 74LS00 A11 A10 A9 A8 MPU 圖 21 直接訪問方式電路圖 LCM 接口 直接訪問方式就是將液晶顯示模塊的接口作為存儲(chǔ)器或 IO 設(shè)備直接掛在單片機(jī)總線上單片機(jī)以訪問存儲(chǔ)器或 IO 設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作直接訪問方式的接口電路如圖 21 所示在圖中單片機(jī)通過高位地址 A11 控制 CSAA10控制 CSB以選通液晶顯示屏上各區(qū)的控制器同時(shí)用地址 A9作為 RW信號(hào)控制數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)流向用地址 A8 作為 DI 信號(hào)控制寄存器的選擇 E 使能 信號(hào)由 RD 和WE 共同產(chǎn)生這樣就實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)液晶顯示模塊的電路邊接電位器用于顯示對(duì)比度的 調(diào)節(jié) 二 間接控制方式 10K 負(fù)電源 GND MPU LCM 接口 圖 22 間接控制方式電路圖 間接控制方式是單片機(jī)通過自身的或系統(tǒng)中的并行接口與液晶顯示模塊連接單片機(jī)通過對(duì)這些接口的操作以達(dá)到對(duì)液晶顯示模塊的控制這種方式的特點(diǎn)就是電路簡單控制時(shí)序由軟件實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)高速單片機(jī)與液晶顯示模塊的接口電路圖如圖 22 所示在圖中以 P1 口作為數(shù)據(jù)口 P34 為 CSAP33為 CSBP32 為使能端 P31 為 RW 和 P30 為 DI 信號(hào)電位器 用于顯示對(duì)比度的調(diào)節(jié) 通過比較再結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際條件由于 Atmega16L 芯片沒有 WRRD 管腳而且為了使電路簡單且方便軟件實(shí)現(xiàn)所以最終決定采用間接控制的方式來設(shè)計(jì)LCD 顯示電路 第二節(jié) 硬件電路主要芯片 ATmega16L 主要引腳說明 以下是 ATmega16L 的引腳配置 圖 23 ATmega16L 芯片引腳 引腳說明 VCC 數(shù)字電路的電源 GND 地 端口 A PA7～ PA0 端口 A 作為 AD 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端 端口 A 為 8 位雙向 IO 口具 有可編程的內(nèi)部上拉電阻其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性可以輸出和吸收大電流作為輸入使用時(shí)若內(nèi)部上拉電阻使能端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流在復(fù)位過程中即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振端口 A 處于高阻狀態(tài) 端口 B PB7～ PB0 端口 B 為 8 位雙向 IO 口具有可編程的內(nèi)部上拉電阻其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性可以輸出和吸收大電流作為輸入使用時(shí)若內(nèi)部上拉電阻使能端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流在復(fù)位過程中即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振端口 B 處于高阻狀態(tài) 端口 C PC7～ PC0 端口 C 為 8 位雙向 IO 口具有可編程的內(nèi)部上拉電 阻其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性可以輸出和吸收大電流作為輸入使用時(shí)若內(nèi)部上拉電阻使能端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流在復(fù)位過程中即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振端口 C 處于高阻狀態(tài)如果 JTAG接口使能即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5 TDI PC3 TMS 與 PC2 TCK 的上拉電阻被激活 端口 D PD7～ PD0 端口 D 為 8 位雙向 IO 口具有可編程的內(nèi)部上拉電阻其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性可以輸出和吸收大電流作為輸入使用時(shí)若內(nèi)部上拉電阻使能則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流在復(fù)位過程中即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振端口 D 處于高阻 狀態(tài) RESET XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端 AVCC AVCCA 與 AD 轉(zhuǎn)換器的電源不使用 ADC 時(shí)該引腳應(yīng)直接與 VCC 連接使用 ADC 時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與 VCC 相連 AREF AD 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳 Atmega16L 的存儲(chǔ)器 AVR 結(jié)構(gòu)有兩個(gè)主要的存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間和程序存儲(chǔ)器空間此外Atmega16L 還有一個(gè) EEPROM 存儲(chǔ)器以保存數(shù)據(jù)這三個(gè)存儲(chǔ)器都為線性的平面結(jié)構(gòu) 1 Atmega16L 具有 16K 字節(jié)的在線編程 Flashlash 組織成 8K16 的形式用戶程序的安全性要根據(jù) Flash 程序存儲(chǔ)器的兩個(gè)區(qū)引導(dǎo) Boot 程序區(qū)和應(yīng)用程序區(qū)分開來考慮 Flash 存儲(chǔ)器至少可以擦寫 10000 次 Atmega16L 的程序存儲(chǔ)器為 13 位因此可以尋址 8K的存儲(chǔ)器空間關(guān)于用 SPI 或 JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對(duì) Flash 的串行下載將在軟件部分作詳細(xì)的介紹 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址方式分為 5 種直接尋址帶偏移量的間接尋址間接尋址帶預(yù)減量的間接尋址和帶后增量的間接尋址 ATmega16L 的全部 32 個(gè)通用寄存器 64 個(gè) IO 寄存器及 1024 個(gè)字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù) SRAM 可以通過所有上述的尋址模式進(jìn)行訪問 3 ATmega16L 包含 512 字節(jié)的 EEPROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器它是作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)空間而存在的可以按字節(jié)讀寫 EEPROM 的壽命至少為 100000 次擦除周期EEPROM 的訪問由地址寄存器數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器決定 Atmega16L 的時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘用于產(chǎn)生工作所需要的時(shí)序其連接電路如下圖 圖 24 晶體振蕩器連接圖 XTAL1 與 XTAL2 分別為用作片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出考慮到其最大頻率不超過 8MHz3728MHz Atmega16L 的系統(tǒng)復(fù)位 Atmega16L 有五個(gè)復(fù)位源 上電復(fù)位電源電壓低于上電復(fù)位門限 Vpot 時(shí) MCU 復(fù)位如果在單片機(jī)加 Vcc電壓的同時(shí)保持 RESET 引腳為低電平則可延長復(fù)位周期 Vcc Vpot Vpot RESET Vrst Vrst TIMEOUT INTERINAL tTOUT tTOUT RESET 圖 25 RESET引腳與 VCC相連時(shí) 圖 26 RESET引腳由外部控制時(shí) 單片機(jī)的復(fù)位電平 單片機(jī)的復(fù)位電平 外電復(fù)位引腳 RESET 上的低電平持續(xù)時(shí)間大于 最小脈沖寬度時(shí) MCU 復(fù)位 Vcc RESET Vrst TIMEOUT tTOUT INTERNAL RESET 圖 27 外部復(fù)位時(shí)序圖 看門狗復(fù)位看門狗使能并且看門狗定時(shí)器溢出時(shí)復(fù)位發(fā)生看門狗計(jì)數(shù)器溢出時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)晶振的復(fù)位脈沖 Vcc RESET WDT 1 XTAL Cycle TIMEOUT RESET tTOUT TIMEOUT INTERNAL RESET 圖 28 看門狗復(fù)位時(shí)序圖 掉電檢測(cè)復(fù)位掉電檢測(cè)復(fù)位功能使能且電源電壓低于掉電檢測(cè)復(fù)位門限Vpot 時(shí) MCU 即復(fù)位 JTAG AVR 復(fù)位復(fù)位寄存器為 1 時(shí) MCU 復(fù)位 第三節(jié) LCD 液晶顯示 LCD 的顯示原理 液晶顯示器是一種功耗極低的顯示器隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展 LCD 顯示器的規(guī)格眾多其專用驅(qū)動(dòng)芯片也相互配套使 LCD 在控制和儀表系統(tǒng)中廣 泛應(yīng)用提供了極大的方便根據(jù) LCD顯示原理的不同常見和常用的 LCD可以分為字符型 LCD和點(diǎn)陣型 LCD兩種不同的顯示原理使得這兩種 LCD的指令系統(tǒng)接口和功能等是不相同的各有優(yōu)缺點(diǎn)但結(jié)合到本次設(shè)計(jì)的實(shí)際要求經(jīng)過比較還是選用點(diǎn)陣型 LCD現(xiàn)就點(diǎn)陣型 LCD 的顯示原理模塊特點(diǎn)等做一簡要介紹 要想在液晶模塊上顯示一個(gè)漢字或字符需要 3個(gè)最基本的控制操作分別向 3個(gè)控制器寫指令代碼寫顯示數(shù)據(jù)和讀顯示數(shù)據(jù)這里要特別引起注意的是完成這3 項(xiàng)操作的前提條件是 KS0108B 控制器處于準(zhǔn)備好的狀態(tài)即 BUSY 0 由模塊的軟件特性知道當(dāng) BUSY 1 時(shí)系統(tǒng)的接口電路處于被封鎖的狀態(tài)是不能接受除讀狀態(tài)指令外的任何操作的因此在訪問控制器之前一定要判斷控制器的當(dāng)前狀態(tài)具體到軟件設(shè)計(jì)時(shí)則需設(shè)計(jì)一判忙程序在判斷 BUSY 0 后再往下進(jìn)行操作 在本模塊中每個(gè)漢字的大小是 16 16 點(diǎn)陣而每個(gè)字符的大小是 8 16 點(diǎn)陣即字符的寬度為漢字的 12 它們都是以二維數(shù)組的格式存放在 ROM 中向液晶模塊顯示一個(gè)漢字的過程就是由液晶屏顯示區(qū)的指定字符行的指定列開始連續(xù)輸出該字符對(duì)應(yīng)的字符庫中的 16 個(gè)列數(shù)據(jù)如果是顯示字符則輸出 8 個(gè)列數(shù)據(jù)即可 上面已經(jīng)介紹到 MGLS19264 液晶模塊 中液晶屏顯示區(qū)為 192 64 點(diǎn)陣其中它們的每 8 個(gè)像素行組成一頁整個(gè)顯示區(qū)共分為 8 頁每 64 列為一個(gè)區(qū)這樣它就有左中右 3 個(gè)區(qū)它的顯示區(qū)示意圖如下 左區(qū) 中區(qū) 右區(qū) 0 1 2 62 63 64 65 127 128 129 191 DB0 DB7 DB0 DB7 圖 29 液晶屏顯示區(qū)示意圖 液晶模塊顯示字符是從上到下從左到右進(jìn)行顯示的假設(shè)定義從最左上角開始顯示則先從上到下顯示第 0 頁的第一列依次從左向右開始顯示 MGLS19264LCM 的顯示部分為左中右 3 個(gè)區(qū)可以由 CS 片選的取值分別進(jìn)行控制其接口的片選定義如下 表 21 MGLS 的片選定義表 CS1 CS2 選中區(qū)域 0 0 左區(qū) 0 1 中區(qū) 1 0 右區(qū) 1 1 未選 有了上面的知識(shí)就可以編寫顯示界面這一塊程序由于每個(gè)漢字或字符在圖中位置是固定的只要定義了相應(yīng)的選區(qū)及 XY地址就可以顯示出具體的位置 用 lr