基于單片機的LCD點陣顯示屏的設計畢業(yè)論文

1、河南師范大學新聯(lián)學院本科畢業(yè)論文 學號： 11320474011基于單片機的LCD點陣顯示屏的設計專業(yè)名稱： 計算機科學與技術(shù) 年級班別： 2011級 二班 姓 名： 毛西蘋 指導教師： 蘇 燕 2015年5月河南師范大學新聯(lián)學院本科畢業(yè)設計基于單片機的LCD點陣顯示屏的設計摘 要 隨著計算機科學與技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機的應用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟與人們生活的各個角落，正在日益改變著傳統(tǒng)的人類工作方式和生活方式，而單片機技術(shù)又作為計算機技術(shù)中的一種獨立分支，有著性價比高，集成度高，體積小，可靠性高，控制功能強大，低功耗，低電壓，便于生產(chǎn)，便于攜帶等特點，從而得到越來越廣泛的應用。當今是一個信息化的

2、時代，信息的重要性不言而喻，獲取信息的手段顯得尤其重要，人們所接受的信息有很大一部分來自于人的視覺，無論用何種方式獲取的信息最終都需要有某種顯示方式來表示。在某種顯示技術(shù)中，以液晶顯示器LCD為代表的平板顯示器發(fā)展最快、應用最廣。本設計主要采用STC89C52單片機作為LCD1602液晶顯示屏的系統(tǒng)控制器主線。通過控制STC89C52單片機的引腳來控制LCD1602顯示給定的符號、字母、數(shù)字，顯示的內(nèi)容從右至左并行移動，同時設計也對部分芯片和外圍電路進行了介紹和設計，并附以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖加以說明，還介紹了顯示原理、硬件電路和軟件部分的設計原理。著重介紹了本系統(tǒng)應用的各硬件接口技術(shù)和各個接口模塊的

3、功能及工作過程。關(guān)鍵詞 STC89C52單片機；1602液晶顯示器；并行通信 Based on the design of the MCU LCD dot matrix display screen Abstract With the rapid development of computer science and technology, the application of computer has penetrated into every corner of the national economy and people's life, are increasingl

4、y changing the traditional way of human work and lifestyle, and single-chip microcomputer technology as an independent branch of computer technology, has a high cost performance, high integration, small size, high reliability, strong control function, low power consumption, low voltage, easy product

5、ion, easy to carry, etc, so as to get more and more widely used.Today is an information age, the importance of the information it goes without saying that the means of access to information is especially important, accepted a good portion of the information comes from the people of vision, no matter

6、 use what means to obtain information and eventually need to have some kind of display mode.In some kind of display technology, represented by the liquid crystal display LCD flat panel display development the fastest, the most widely used.This design mainly adopts STC89C52 single-chip microcomputer

7、as the LCD1602 LCD display system controller of the main line.STC89C52 single-chip microcomputer control through the pin to control the LCD1602 display a given symbols, letters, Numbers, and display the contents of the parallel moving from right to left, at the same time also for some chips and peri

8、pheral circuit design are introduced, and design, each accompanied by a diagram of the system structure, also introduces the display principle, design principle of hardware circuit and software part.This system are introduced the application of the hardware interface technology and the function of e

9、ach interface module and working process.Key words STC89C52 microcontroller ;1602 LCD;parallel communication目 錄前 言11 緒論21.1 液晶顯示屏的背景21.1.1 LCD材料發(fā)展趨勢21.1.2 LCD材料構(gòu)成21.1.3 LCD市場分析21.2 液晶顯示屏的意義31.3 液晶顯示屏的內(nèi)容32 單片機技術(shù)與理論42.1 單片機技術(shù)42.2 單片機的發(fā)展方向52.3 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)52.4 STC89C52單片機的介紹72.4.1 STC89C52單片機各個功能

10、模塊介紹82.4.2 主要特性82.4.3 STC89C52RC單片機的工作模式92.5 STC89C52單片機主要功能92.5.1 STC89C52主要功能102.5.2 引腳功能102.5.3 存儲器結(jié)構(gòu)132.6 單片機最小系統(tǒng)142.6.1 復位電路142.6.2 晶振電路153 LCD液晶顯示屏的結(jié)構(gòu)與原理173.1 液晶顯示的背景173.2 LCD顯示屏的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢173.3 LCD顯示原理173.4 LCD的驅(qū)動方式183.5 LCD的分類183.6 1602字符型LCD簡介193.6.1 LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能193.6.2 LCD1602主要技術(shù)參數(shù)203.6

11、.3 引腳功能說明203.6.4 接口信號說明223.6.5 LCD1602的指令說明及時序223.6.6 LCD1602的RAM地址映射及標準字庫表243.6.7 LCD1602的一般初始化（復位）過程253.6.8 LCD1602液晶顯示器原理254 軟件的設計與實現(xiàn)274.1 總體設計方案27 4.1.1 設計思路27 4.1.2 設計總框圖28 4.1.3 程序流程圖294.2 軟件設計語言294.3 程序調(diào)試過程與結(jié)果304.3.1 Keill簡介304.3.2 應用Keil軟件進行單片機軟件調(diào)試步驟314.3.3 使用步驟31總 結(jié)33參考文獻34致 謝35附 錄361前 言 從1

12、971年開始，液晶作為一種顯示媒體使用以來，隨著液晶顯示技術(shù)的不斷完善和成熟，使其應用日趨廣泛，到目前已涉及微型電視、數(shù)碼照相機、數(shù)碼攝像機以及顯示器等多個領域，在其經(jīng)歷了一段穩(wěn)定、漫長的發(fā)展歷程后，液晶產(chǎn)品已摒棄了以前那種簡陋的單色設備形象。目前，它已在平面顯示領域中占據(jù)了一個重要的地位，而且?guī)缀跏枪P記本和掌上電腦的必備部分，液晶（Liquid Crystal）是一種高分子材料，因其特殊的物理、化學、光學特性，廣泛應用輕薄顯示器上。液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面

13、。各種型號的液晶通常是按照顯示字符的行數(shù)或液晶點陣的行、列數(shù)來命名。例如，1602表示每行顯示16個字符，一共可以顯示兩行。這類液晶通常稱為字符型液晶，只能顯示ASCII碼字符。12232表示液晶顯示畫面由122列、32行組成，共有122*32個點來顯示各種圖形。用戶可以通過程序控制這些點中任何一個點顯示或不顯示，從而構(gòu)成各種圖形畫面，本文主要采用1602液晶顯示屏流動顯示字符！1 緒論1.1 液晶顯示屏的背景 單片機液晶顯示系統(tǒng)主要是指單片機以及由單片機驅(qū)動的點陣式液晶顯示屏所組成的一個顯示系統(tǒng)1。液晶顯示器與CRT（cathode-ray tube，陰極射線管)、LED (light-em

14、itting diode，發(fā)光二級管)或等離子顯示器相比是一種低功耗的平面顯示器件。它在可視電話、儀表盤、空調(diào)、洗衣機和其它低功耗電子產(chǎn)品中得到廣泛應用。老式七段LCD（Liquid Crystal Display 液晶顯示屏）顯示的字符數(shù)量有限，只能用于簡單顯示，而對于比較復雜的字符、圖形無法表達。然而在現(xiàn)代工業(yè)控制和一些智能化儀器儀表中，越來越多的場所需要用點陣圖形顯示器顯示漢字。由于物探儀器的多功能化、智能化、并且普遍采用人機對話的交互方式，需要能夠顯示更豐富的信息和通用性較強的顯示器，便于開發(fā)和應用，并要求其體積小、重量輕、功耗小。圖形點陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種

15、圖形、曲線及漢字，并且可以實現(xiàn)屏幕畫面滾動、反轉(zhuǎn)、閃爍、位操作等功能，還可以顯示用戶自定義的任意符號以及曲線、圖形等，是信息處理、信息輸出的重要手段之一，具有廣泛的應用前景。 1.1.1 LCD材料發(fā)展趨勢           LCD技術(shù)的發(fā)展以小型化、輕量化和薄型化為主攻方向，主要應用對象是筆記本電腦；以高亮度、高色再現(xiàn)性和寬視角為代表，主要應用領域是電視機和監(jiān)視器。突破LCD自身的各種局限性，提高其作為多媒體電視顯示器的動畫顯示性能，并大力簡化制造工藝以確保其在價格上具有競爭力。1

16、.1.2 LCD材料構(gòu)成  TFT-LCD主要組成材料及組件有液晶材料、彩色濾光片、玻璃基板、偏光片、背光模組、驅(qū)動IC、PCB、其他耗材等，其他尚有生產(chǎn)過程用到的一些化學品(如高純試劑、光刻膠等)。TFT-LCD的用途、代別、質(zhì)量、采購源等的不同，都影響著原材料占總體成本的比例。   1.1.3 LCD市場分析  液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)分為三種分別為： (1) 扭曲向列型液晶顯示器（Twisted Nematic-Liquid Crystal

17、0;Display,TN-LCD）國內(nèi)從事 TN-LCD的生產(chǎn)線有60多條，總產(chǎn)量占世界市場的70%。 (2)超扭曲向列型液晶顯示器(Super Twisted Nematic-Liquid Crystal Display,STN-LCD)：國內(nèi)有從事TN-LCD的生產(chǎn)十幾條生產(chǎn)線，產(chǎn)品主要用于PDA、翻譯機、遙控器及儀表屏。(3)薄膜晶體管型液晶顯示器(Thin Film Trasistor-Liquid Crystal Display,TFT-LCD)：TFT-LCD是微電子技術(shù)與液晶技術(shù)相結(jié)合的平板

18、顯示技術(shù)，具有廣闊前景。TFT-LCD目前主要用于筆記本電腦、臺式計算機和大屏幕彩電。  相信未來的時間里，LCD顯示器將逐步取代CRT顯示器，市場的格局將會不斷被改寫，顯示器產(chǎn)品新的霸主已經(jīng)形成，真正的液晶時代即將來臨。1.2 液晶顯示屏的意義  當今世界電子技術(shù)迅猛發(fā)展，點陣式顯示器件作為信息顯示的重要媒體，在金融證券、體育、郵電電信、指揮調(diào)度、國防軍事等許多領域中得到了廣泛應用。因此點陣式顯示器件的研制、生產(chǎn)也得到了迅速的發(fā)展，并逐步形成產(chǎn)業(yè)，成為光電子行業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)領域。由于LCD電子顯示屏具有所顯內(nèi)容信息量大，外形美觀大方，操作使用方便靈活，適用于火車、汽車站、碼

19、頭、金融證券市場、文化中心、信息中心體育設施等公共場所。該設計廣泛涉及了計算機及電子技術(shù)中的電源技術(shù)，單片機技術(shù)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)，顯示技術(shù)，存儲技術(shù)，系統(tǒng)軟件技術(shù)，接口及驅(qū)動等技術(shù)2。我國經(jīng)濟發(fā)展迅猛，對信息傳播有越來越高的要求，可以相信，LCD電子顯示屏以其大的顯示信息量，壽命長，耗電量小，重量輕，空間尺寸小，穩(wěn)定性高，易于操作，安裝和維護等特點，將在社會經(jīng)濟發(fā)展中扮演越來越重要的角色,本設計利用單片機對整個系統(tǒng)進行總體控制從而進行點陣顯示。點陣采用單色顯示，該顯示器電路的特點是：點陣的動態(tài)顯示過程占用時間比較短，亮度均勻。1.3 液晶顯示屏的內(nèi)容本設計運用STC89C52單片機控制系統(tǒng)，使其

20、在2*16點陣LCD屏幕上顯示字符，屏幕上顯示字符從右向左移動“welcome to Xin Lian !”。本文先按照設計的一般步驟，先選定用單片機的實現(xiàn)方案，了解設計要求再分別從硬件系統(tǒng)設計和軟件系統(tǒng)設計兩個宏觀方面著手，然后查閱相關(guān)資料，硬件方面，熟練單片機的基本工作原理，畫出圖形顯示程序流程圖和單元電路原理圖，再對其進行做簡單說明。2 單片機技術(shù)與理論2.1 單片機技術(shù) 單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了

21、解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元.用它來做一些控制電器一類的不是很復雜的工作已經(jīng)足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影,它主要是作為控制部分的核心部件。自單片機出現(xiàn)至今，單片機技術(shù)已走過了近40年的發(fā)展路程?？v觀40年來單片機發(fā)展里程可以看出，單片機技術(shù)的發(fā)展以微處理器（MPU，Microprocessor Unit）技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導，以廣泛的應用領域

22、拉動，表現(xiàn)出比微處理器更具個性的發(fā)展趨勢:（1）單片機壽命長 一般說來，單片機開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作10年、20年；另外，與微處理器相比，單片機的長壽命表現(xiàn)在它不會像386、486、586等MPU一樣，隨著半導體技術(shù)的飛速發(fā)展，更新?lián)Q代的速度越來越快，很短的時間內(nèi)就被淘汰出局。傳統(tǒng)的單片機如68HC05、8051等年齡已有十幾年的歷史，但產(chǎn)量仍是上升的，這是因為它們在其對相應應用領域的適應性強，并且與之兼容的I/O功能模塊的擴展接口技術(shù)也層出不窮。（2）8位、16位與32位單片機共同發(fā)展 這是單片機技術(shù)發(fā)展的另一個動向。隨著移動通信、網(wǎng)絡技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進入家庭，32位單片機

23、的應用得到了長足的發(fā)展，而16位單片機的發(fā)展從品種和產(chǎn)量方面來說，近年來也有較大幅度的增長。（3）單片機的速度越來越快 MPU發(fā)展中表現(xiàn)出來的速度越來越快是以時鐘頻率越來越高為標志的。而單片機則有所不同，為提高單片機抗干擾能力，降低噪聲，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術(shù)發(fā)展之追求。一些8051單片機兼容廠商改善了單片機的內(nèi)部時序，在不提高時鐘頻率的條件下，使運算速度提高了許多。（4） 低電壓與低功耗 自80年代中期以來，NMOS工藝單片機逐漸被CMOS（互補金屬氧化物半導體）工藝所代替，功耗得以大幅度下降，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)由3m工藝發(fā)展1.5、1.2、0.8、0.5、0.35進

24、而實現(xiàn)了0.2m工藝，全靜態(tài)設計使時鐘頻率從直流電到數(shù)十MHz任選，都使功耗不斷下降。幾乎所有的單片機都有Wait、Stop等省電運行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。一般單片機都能在36V范圍內(nèi)工作，對電池供電的單片機不再需要對電源采取穩(wěn)壓措施。低電壓供電的單片機電源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V、0.9V供電的單片機已經(jīng)問世。（5）低噪聲與高可靠性技術(shù) 為提高單片機系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片機商家在單片機內(nèi)部電路中采取了一些新的技術(shù)措施。2.2 單片機的發(fā)展方向單片機是為了工業(yè)控制需要滿足而誕生的，是自動控制系統(tǒng)

25、的核心部件，因而也主要用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器中。它具有體積小、功能多、價格低、使用方便、系統(tǒng)設計靈活等優(yōu)點。由于單片機主要面向工業(yè)控制，工作環(huán)境比較惡劣，入高溫，強電磁干擾，甚至含有腐蝕性氣體；在太空中工作的單片機控制系統(tǒng)，還必須具有抗輻射能力，這決定了單片機CPU與通用微機CPU具有不同的技術(shù)特征和發(fā)展方向：（1）可靠性高；（2）控制功能往往很強；（3）指令系統(tǒng)比通用微處理器慢得多；（4）X系列芯片取代；（5）抗干擾性強，工作溫度范圍寬。2.3 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口

26、和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線3。8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：圖2.1 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）中央處理器： 中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。（2）數(shù)據(jù)存儲器(RAM)： 8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間

27、結(jié)果或用戶定義的字型表。（3）程序存儲器(ROM)： 8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。（4）定時/計數(shù)器(ROM)： 8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。（5）并行輸入輸出(I/O)口： 8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。（6）全雙工串行口： 8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。  （7）中斷系統(tǒng)：

28、0;8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。  （8） 時鐘電路： 8051內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容4。 單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機

29、則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。下圖是MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.2所示：圖2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 2.4 STC89C52單片機的介紹STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器(FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容5。2.4.1 STC89C52單片機各個功能模塊介紹 單片機功能模塊圖如圖2.3所示：圖2.3 單片機功能模塊圖2.4.2 主要特性 主

30、要特性如下： 增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。· 工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機）/3.8V2.0V（3V單片機）。· 工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051的080MHz，實際工作頻率可達48MHz。· 用戶應用程序空間為8K字節(jié)。· 片上集成512字節(jié)RAM。· 通用I/O口（32個），復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。· ISP（在系統(tǒng)可編

31、程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一篇。· 具有EEPROM功能。· 共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2。· 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路,Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。· 通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART。· 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）。· PDIP封裝。2.4.3 STC89C52RC單片機的工作模式·

32、 掉電模式：典型功耗<0.1A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行源程序。· 空閑模式：典型功耗2mA。· 正常工作模式：典型功耗4mA7mA。· 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設備。2.5 STC89C52單片機主要功能STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89

33、C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標準功能:8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。8位微控制器，8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash。同時，該芯片還具有PDIP、TQFP和PL

34、CC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。單片機STC89C52芯片如圖2.4所示：圖 2.4 單片機STC89C52芯片2.5.1 STC89C52主要功能 主要功能特性： 兼容MCS51指令系統(tǒng) 8k可反復擦寫(>1000次）Flash ROM 32個雙向I/O口 256x8bit內(nèi)部RAM 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷 時鐘頻率0-24MHz 2個串行中斷 可編程UART串行通道 2個外部中斷源 共6個中斷源 2個讀寫中斷口線 3級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設置睡眠和喚醒功能2.5.2 引腳功能 STC89C52RC引腳圖如圖2.5所示：圖2.5 STC89C52RC引

35、腳圖 定時/計數(shù)器2控制寄存器各位功能說明STC89C52RC引腳功能說明：VCC（40引腳）：電源電壓VSS (20引腳）：接地P0端口(P0.0P0.7，3932引腳）：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動8個TTL負載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復用總線6。此時，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1端口(P1.0P1.7，18引腳)：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/

36、O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流6。此外，P1.0和P1.1還可以作為定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入(P1.0/T2)和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX)，具體參見下表在對Flash ROM編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。如表2.1所示：表2.1 P1.0和P1.1引腳復用功能 引腳號功能特性P1.0T2（定時器/計數(shù)器2外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和

37、方向控制）P2端口(P2.0P2.7，2128引腳）：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。P2作為輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX DPTR”指令）時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX R1”指令）時，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器(SFR)區(qū)中的P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。在對Flash

38、 ROM編程和程序校驗期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3端口(P3.0P3.7，1017引腳）：P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3做輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流7。在對Flash ROM編程或程序校驗時，P3還接收一些控制信號。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復用功能，如表2.2所示：表2.2 P3口引腳復用功能引腳號復用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.

39、2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時器0的外部輸入）P3.5T1（定時器1的外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST（9引腳）：復位輸入。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機的復位初始化操作?？撮T狗計時完成后，RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE（30引腳）：地址鎖存控制信號(ALE)是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以

40、晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOV指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址位8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN（29引腳）：外部程序存儲器選通信號是外部程序存儲器選通信號。當AT89C52RC從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。EA/VPP（31引腳）：訪問外部程序存

41、儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定位RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應該接VCC。在Flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。特殊功能寄存器在STC89C52RC片內(nèi)存儲器中，80HFFH共128個單元位特殊功能寄存器（SFR），SFR的地址空間。并非所有的地址都被定義，從80HFFH共128個字節(jié)只有一部分被定義。還有相當一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫入

42、的數(shù)據(jù)也將丟失。不應將“1”寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復位后這些單元數(shù)值總是“0”。2.5.3 存儲器結(jié)構(gòu)   MCS-51器件有單獨的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以64K尋址7。 (1)程序存儲器   如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于89C52，如果EA接VCC，程序先從內(nèi)部存儲器（地址為0000H1FFFFH）開始，接著從外部尋址，尋址范圍為：2000HFFFFH。 (2)數(shù)據(jù)存儲器  STC89C52有25

43、6字節(jié)RAM。高128字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當一條指令訪問高于7FH的地址時，尋址方式?jīng)Q定CPU訪問高字節(jié)RAM還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR)8。(3)中斷 STC89C52有6個中斷源：兩個外部中斷（INT0和INT1），三個定時中斷定時器0、1、2和一個串行中斷。每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個中斷總控制位EA，它能禁止所有中斷。2.6 單片機最小系統(tǒng) 所謂單片機的最小系統(tǒng)是指使單片機能運行程序、正常工

44、作的最簡單電路系統(tǒng)，是保證單片正常啟動、開始工作的必須電路，缺一不可。對于51系列的單片機來說，最小系統(tǒng)一般應該包括復位電路，晶振電路，和電源電路。 單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖2.6所示：圖2.6 單片機最小系統(tǒng)電路圖2.6.1 復位電路單片機的置位和復位，都是為了把電路初始化到一個確定的狀態(tài)，一般來說，單片機復位電路作用是把一個例如狀態(tài)機初始化到空狀態(tài)，而在單片機內(nèi)部，復位的時候單片機是把一些寄存器以及存儲設備裝入廠商預設的一個值。單片機復位電路原理是在單片機的復位引腳RST上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復位。當復位電路持續(xù)兩個機器周期以上時復位有效。復位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期

45、，具體數(shù)值可由RC電路計算出時間常數(shù)9。復位電路由按鍵復位和上電復位兩部分組成：（1）上電復位：STC89系列單片及為高電平復位，通常在復位引腳RST上連接一個電容到VCC，再連接一個電阻到GND，由此形成一個RC充放電回路保證單片機在上電時RST腳上有足夠時間的高電平進行復位，隨后回歸到低電平進入正常工作狀態(tài)，這個電阻和電容的典型值為10K和10uF。（2）按鍵復位：按鍵復位就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。復位電路如圖2.7所示：圖2.7 復位電路圖2.6.2 晶振電路單片機系統(tǒng)里都有晶振，

46、在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全稱叫晶體振蕩器，它結(jié)合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩9。單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保

47、持同步。2.6.3 電源電路 對于一個完整的電子設計來講，首要問題就是為整個系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運行的前提和基礎。51單片機雖然使用時間最早、應用范圍最廣，但是在實際使用過程中，一個和典型的問題就是相比其他系列的單片機，51單片機更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個重要手段就是為單片機系統(tǒng)配置一個穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。3 LCD液晶顯示屏的結(jié)構(gòu)與原理3.1 液晶顯示的背景 液晶顯示器件(LCD)是本世紀初最有活力的電子產(chǎn)品之一。由于LCD具有低工作電壓、微功耗、體積輕薄、適于LSI驅(qū)動、易于實現(xiàn)畫面顯示、全色顯示性能優(yōu)良等特點已被公認為是媒

48、體時代的關(guān)鍵器件。  LCD的開發(fā)與發(fā)展大大擴展了顯示器的應用范圍，使顯示便攜化成為可能，應用個人化成現(xiàn)實目前LCD和CRT兩大類產(chǎn)品在顯示技術(shù)上已形成互補、共同發(fā)展的局面。3.2 LCD顯示屏的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，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10。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點介紹字符型液晶顯示器的

49、應用。在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：（1）顯示質(zhì)量高  由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持一定的色彩和亮度，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。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 （2）體積小、重量輕 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 （3）功耗低 相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯

50、示器要少得多。3.3 LCD顯示原理 LCD為英文Liquid Crystal Display 的縮寫，即液晶顯示器，是一種數(shù)字顯示技術(shù)，可以通過液晶和彩色過濾器過濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖片11。與傳統(tǒng)的陰極射線管（CRT）相比，LCD占用空間小，低功耗，低輻射，無閃爍，降低視覺疲勞。不足：與同大小的CRT相比，價格更加昂貴。 早在1888年，人們就發(fā)現(xiàn)液晶這一呈液體狀的化學物質(zhì)，像磁場中的金屬一樣，當受到外界電場影響時，其分子會產(chǎn)生精確的有序排列。如果對分子的排列加以適當?shù)目刂?，液晶分子將會允許光線穿越。無論是筆記本電腦還是桌面系統(tǒng)，采用的LCD顯示屏都是由不同部分組成的分層結(jié)構(gòu)。位于最后

51、面的一層是熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線的背光層。背光層發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進入包含成千上萬水晶液滴的液晶層，液晶層中的水晶液滴都包含在細小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個或多個單元格構(gòu)成屏幕上的一個像素，當LCD中的電極產(chǎn)生電場時，液晶分子就會產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。 本設計主要是通過控制89C52單片機的引腳來控制LCD1602顯示給定的符號、字母、數(shù)字，以及控制顯示內(nèi)容的垂直移動和水平移動。在控制LCD1602過程中主要是通過LCD1602顯示模指令和單片機的中斷嵌套來實現(xiàn)的。由于在編程時最主要的就是使用LCD1602顯

52、示模指令來實現(xiàn)寫指令和寫數(shù)據(jù)功能，所以下面我給出其顯示模指令集、寫操作時序及RAM地址映射12。3.4 LCD的驅(qū)動方式 液晶的顯示是由于在顯示像素上施加了電場的緣故，而這個電場則由顯示像素前后兩電極上的點位信號合成產(chǎn)生，在顯示上是非常容易的事，但直流電場將導致液晶材料的化學反應和電極老化，從而迅速降低液晶的顯示壽命，因此必須建立交流驅(qū)動電場，并且要求這個交流電場中的直流分量越小越好，通常要求直流分量小于50mv，在實際應用中，由于采用了數(shù)字電路驅(qū)動，所以這種交流電場是通過脈沖電壓信號來建立的。顯示像素上交流電場的強弱用交流電壓的有效值表示，當有效值大于液晶的閥值電壓時，像素不產(chǎn)生電光效應；當

53、有效值在閥值電壓附近時，液晶將呈現(xiàn)較弱的電光效應，此時將會影響液晶顯示器件的對比度。液晶顯示的驅(qū)動就是用來調(diào)整施加在液晶顯示器件電極上的電位信號的相位、峰值、頻率等，建立驅(qū)動電場，以實現(xiàn)液晶顯示器件的顯示效果13。液晶顯示的驅(qū)動方式有許多種，常用的驅(qū)動方法有：靜態(tài)驅(qū)動法和動態(tài)驅(qū)動法。對于TN及STN-LCD一般采用靜態(tài)驅(qū)動或多路驅(qū)動電極度數(shù)必須與顯示筆段數(shù)相同，因而用途不如多路驅(qū)動廣。3.5 LCD的分類 LCD可分為段式LCD、字符式LCD和點陣式LCD。其中段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和數(shù)字的簡易顯示，而不能夠滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還

54、可以顯示各種圖形、曲線和漢字，并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動，動畫功能，分區(qū)開窗口，反轉(zhuǎn)，閃爍等功能。本設計采用的是字符式LCD顯示。3.6 1602字符型LCD簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以長沙太陽人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖3.1所示：圖3.1 字符型液晶顯示器實物圖3.6.1 LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能 1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應

55、用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖3.2所示：圖3.2 1602LCD尺寸圖3.6.2 LCD1602主要技術(shù)參數(shù)顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm3.6.3 引腳功能說明 LCD1602采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，引腳圖如圖3.3所示：圖3.3 LCD1602引腳圖 各引腳接口說明如表3.1所示:表3.1 引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)