【正文】 摘 要 液晶顯示已經(jīng)是人機(jī)界面的關(guān)鍵技術(shù)。本文對(duì)基于單片機(jī)的液晶顯示控制技術(shù)進(jìn)行了研究。首先本文 闡述 了LCD1602 液晶屏的顯示原理，隨后通過在 Proteus 仿真軟件上構(gòu)建相關(guān)的仿真電路，并連接在 Keil 軟件編寫、編輯及編譯生成的相關(guān)的 .Hex 驅(qū)動(dòng)程序電路仿真，成功仿真出對(duì)所需內(nèi)容的顯示。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計(jì)算機(jī)相比， 單片機(jī) 缺少了外圍設(shè)備等。它的體積 小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。其中最成功的是 INTEL 的 8031，此后在 8031上發(fā)展出了MCS51系列 MCU 系統(tǒng)。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16位 單片機(jī) ，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。隨著 INTEL i960系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32位 單片機(jī) 迅速取代 16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。高端的 32位 Soc 單片機(jī)主頻 已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90年代中期的專用 處理器 ，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1美元，最高端的型號(hào)也只有 10美元。而在作為 掌上電腦 和手機(jī)核心處理的高端 單片機(jī) 甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng) 。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè) 芯片中，使 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。其中最成功的是 INTEL 的 8031，此后在 8031上發(fā)展出了 MCS51系列單片機(jī) 系統(tǒng)。盡管 2021年以后 ARM已經(jīng)發(fā)展出了 32位的 主頻 超過 300M 的高端 單片機(jī) ，直到基于 8031的 單片機(jī) 還在廣泛的使用。事實(shí)上 單片機(jī) 是世界上數(shù)量最多 處理器 ，隨著單片機(jī)家族的發(fā)展壯大，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。手機(jī)、 電話 、 計(jì)算器 、家用電器、電子玩具、 掌上電腦 以及鼠標(biāo)等電子產(chǎn)品中都含有 單片機(jī) 。 單片機(jī)應(yīng)用分類 單片機(jī) 作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，根據(jù)發(fā)展情況，從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型 /專用型、總線型 /非總 線型及工控型 /家電型。 例如， 80C51是通用型 單片機(jī) ，它不是為某種專用途設(shè)計(jì)的；專用型單片機(jī)是針對(duì)一類產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成 ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制 電路 ?？偩€型 單片機(jī) 普遍設(shè)置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些 引腳 用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過 串行口 與單片機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及 外設(shè)接口 集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行 擴(kuò)展總線 ，大大減省封裝成本和 芯片 體積，這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。一般而言，工控型尋址范圍大，運(yùn)算能力強(qiáng)；用于家電的 單片機(jī) 多為專用型，通常是小封裝、低價(jià)格，外圍器件和 外設(shè)接口 集成度高。例如， 80C51類 單片機(jī) 既是通用型又是總線型，還可以作工控用。運(yùn)算器由運(yùn)算部件 ——算術(shù)邏輯單元（ Arithmetic amp。 ALU 的作用是把傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，輸入來源為兩個(gè) 8位數(shù)據(jù)，分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。例如，兩個(gè)數(shù) 6和 7相加，在相加之前，操作數(shù)6放在累加器中， 7放在數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)執(zhí)行加法指令時(shí)， ALU即把兩個(gè)數(shù)相加并把結(jié)果 13存入累加器，取代累加器原來的內(nèi)容 6。 (2) 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試，如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較。 。其主要功能有： (1) 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。 (3) 指揮并控制 CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。外部總線又稱為系統(tǒng)總線，分為數(shù)據(jù)總線 DB、地址總線 AB 和控制總線 CB。 （ 1）累加器 A 累加器 A 是微處理器中使用最頻繁的寄存器。 （ 2）數(shù)據(jù)寄存器 DR 數(shù)據(jù)寄存器通過數(shù)據(jù)總線向存儲(chǔ)器和輸入 /輸出設(shè)備送（寫）或取（讀）數(shù)據(jù)的暫存單元。 （ 3）指令寄存器 IR 和指令譯碼器 ID 指令包括操作碼和操作數(shù)。當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)，先把它從內(nèi)存中取到數(shù)據(jù)寄存器中，然后再傳送到指令寄存器。其中，指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。在程序開始執(zhí)行前必須將程序 的第一條指令的內(nèi)存單元地址（即程序的首地址）送入 PC，使它總是指向下一條要執(zhí)行指令的地址。由于內(nèi)存與 CPU 之間存在著速度上的差異，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內(nèi)存讀 /寫操作完成為止。同樣，如果把外圍設(shè)備的地址作為內(nèi)存地址單元來看的話，那么當(dāng) CPU 和外圍設(shè)備交換信息時(shí)，也需要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器 。 導(dǎo)彈 的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡 ，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)， 錄像機(jī) 、 攝像機(jī) 、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開 單片機(jī) 。因此， 單片機(jī) 的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。采用 單片機(jī) 控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或 數(shù)字電路 更加強(qiáng)大。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種 報(bào)警系統(tǒng) ，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。 （ 4） 網(wǎng)絡(luò)和通信 ： 現(xiàn)代的 單片機(jī) 普遍具備 通信接口 ，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型 程控交換機(jī) 、 單片機(jī)的液晶顯示器設(shè)計(jì) 6 樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信， 無線電 對(duì)講機(jī)等。 （ 6）模塊化系統(tǒng)：某些專用 單片機(jī) 設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種 電路 中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不 要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如：音樂信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類似于 ROM），由 微控制器 讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號(hào)（類似于聲卡）。 （ 7）汽車電子： 單片機(jī) 在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中 的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于 CAN 總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能 電子控制器 、 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)、 abs防抱死系統(tǒng) 、制動(dòng)系統(tǒng)、胎壓檢測(cè)等。 單片機(jī)的液晶顯示器設(shè)計(jì) 7 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和意義 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 課程設(shè)計(jì)是在校學(xué)生素質(zhì)教育的重要環(huán)節(jié)，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的橋梁和紐帶。 設(shè)計(jì)意義 在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) ： （ 1） 顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器 （ CRT） 那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。 （ 2） 數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。 (4)功耗低 相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 此外由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計(jì)可提供很寬的操作頻率范圍頻率可降至 0 可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)由軟件選擇的節(jié)電模式空閑模式和掉電模式空閑模式凍結(jié) CPU但 RAM定時(shí)器串口和中斷系統(tǒng)仍然工作掉電模式保存 RAM 的內(nèi)容但是凍結(jié)振蕩器導(dǎo)致所有其它的片內(nèi)功能停止工作由于設(shè)計(jì)是靜態(tài)的時(shí)鐘可停止而不會(huì)丟失用戶數(shù)據(jù)運(yùn)行可從時(shí)鐘停止處恢復(fù)。 GND：接地。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。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。 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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。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。 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。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。 RST：復(fù)位輸入。 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。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。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器 周期兩次 /PSEN 有效。 EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時(shí)鐘頻率 就為 6MHz。電容取 30PF 左右。 AT89 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。復(fù)位后 P0－ P3 口均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。復(fù)位操作不會(huì)對(duì)內(nèi)部 RAM 有所影響。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780