1、利用51单片机LCD显示器设计一个单片机显示系统要求在液晶上显示HELLOPROTUS第1章 任务说明1.1 设计任务 (1)利用51单片机、LCD显示器设计一个单片机显示系统，要求在液晶上显示“HELLO，PROTUS”。(2)按照设计任务在Proteus 6 Professional中绘制电路原理图；(3)根据设计任务的要求编写程序，画出程序流程图，并在Proteus下进行仿真，实现相应功能。1.2系统框图根据设计的要求使用16位LCD显示“HELLO，PROTUS”。设计的核心元件是AT89C51单片机，AT89C51是集成了运算电路，控制电路，存储器，中断系统，定时器/计数器以及输入/
2、输出电路等一身的可编程芯片。采用复位电路进行上电复位，时钟振荡电路中选用12MHz的石英晶体作为晶体振荡器，其中补偿电容采用30pF的瓷片电容。图1 系统框图第2章 原理图绘制说明总体而言，一个完善的系统最重要的是稳定，精确，设计简单，修护容易，成本低，体积小。满足以上条件的系统我们都可以说是完善的系统。因此，我在设计中选用了一些比较成熟的器件，这些器件都经过时间的考验，能稳定的工作，同时，价格也相对便宜。下面对原理图中主要的硬件进行简单介绍。2.1 AT89C51的基本概述AT89C5l单片机，是一种低功耗、高性能的、片内含有4KB Flash ROM的8位CMOS单片机，工作电压范围为2.
3、76V(实际使用+5V供电)，8位数据总线。它有个可编程的全双工串行通信接口，能同时进行串行发送和接收。AT89C51具有4K并行可编程的非易失性FLASH程序存储器，可实现对器件串行在系统编程ISP和在应用中编程(IAP)。在系统编程ISP（In-System Programming）当MCU安装在用户板上时允许用户下载新的代码在应用中编程。IAP（In-Application Programming）MCU可以在系统中获取新代码并对自己重新编程，这种方法允许通过调制解调器连接进行远程编程。片内ROM中固化的默认的串行加载程序Boot Loader允许ISP通过UART将程序代码装入Flas
4、h存储器，而Flash代码中则不需要加载程序对于IAP用户程序通过使用片内ROM中的标准程序对Flash存储器进行擦除和重新编程。图 2 AT89C51引脚图引脚功能说明：VCC：电源电压。GND：接地。P0 口：一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在Flash编程中，P0口接收指令字节；在校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。P2口：一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P
5、2 口的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。P3口：一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3 口的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。第二功能如1所示：表1 P3口的引脚的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXT(串行输入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4T0(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)RST：复位输入。在振荡器工作时，该引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。PSEN：程序储存允许输出是读通信号。当AT89C51由外部程序存储
6、器取指令（数据）时，每个机器周期两次PSEN有效。 EA/VPP：外部访问允许。要使CPU仅仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。如果EA端为高电平，接Vcc端，CPU则执行内部程序存储器中的指令。XTAL1：振荡器反向放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反向放大器输入端。单片机的注意事项：1用表测电压是不是在5v+1.5v到5v-1.5v之间，因为电压太大会给单片机工作造成硬件的损害，电流要求是（1.5A到5A）安全电流。2确保电压输入，电流的安全情况下。先断电源，再插89c51芯片测量各个端口电压。3在各个端口的电压在调试相关的用电器件达到了规定的数值，然后就可以编程了
7、。4要是出现电压为0v的情况我们就要首先查看有没有虚焊的现象。 5在P0口加上拉电阻（10K）目的是提供单片机的内部电压。单片机P0口内部是由CMOS管构成的，电压偏低，不能使单片机P0口正常工作。2.2 LCD显示模块字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。一般1602字符型液晶显示器实物如图3所示：1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。图3 1602LCD尺寸图2.3复位电路模块为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路
8、是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5V，4.75到5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。复位电路如图2-6所示。电阻R2和C
9、1构成上电复位电路。按下S1可实现手动复位。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。图4 复位电路模块2.4 振荡电路模块不需要外加信号就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅和一定频率的交流信号的电路就称为振荡电路或振荡器。这种现象也叫做自激振荡。或者说，能够产生交流信号的电路就叫做振荡电路。单片机芯片内部设有一个反向放大器所构成的振荡器，18脚和19脚分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟由内部电路
10、产生，定时器件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路，电容C1，C2的取值在 10-40pf。图5 振荡电路模块2.5 系统电路设计系统电路图如下图所示，其中单片机的P1口用来对LCD进行数据的发送，P3.6口用来控制LCD的读写操作，P3.7口用来控制LCD的使能信号。图6 系统电路图第3章 流程图绘制以及说明LCD显示程序设计如图7所示，将48H-55H单元设置成LCD显示缓冲区，分别存放LCD要显示的数据“HELLO PROTEUS!”，将LCD的代码存于TABL E列表中。当调用显示程序时，根据预先记录的个数决定LCD显示的位数。这样就得到了显示程序的入口。图7 显示程序设计流程图第4章
11、Proteus仿真说明在程序设计方法上，模块化的程序设计是单片机应用中最常用的程序设计方法。设计的中心思想是把一个复杂应用程序按整体功能划分成若干相对独立的程序模块，各模块可以单独设计，编程和调试，然后组成起来。这种方法便于设计和调试，容易实现多个模块共存，但各个模块之间的连接有一定的难度。(1) 程序功能模块化的优点：单个模块结构的程序功能单一，易于编写、调试和修改；便于分工，从而可使多个程序员同时进行程序的编写和调试，加快软件研制进度；程序可读性好，便于功能扩充和版本升级；对程序的修改可局部进行，其他部分可以保持不变；对于使用频繁的子程序可以建立子程序库，便于多个模块调用。(2) 在进行模
12、块划分时，应首先弄清楚每个模块的功能，确定其数据结构以及与其他模块的关系;其次是对主要任务进一步细化，把一些专用的子任务交由下一级即第二级子模块完成，这时也需要弄清楚它们之间的相互关系。按这种方法一直细分成易于理解和实现的小模块为止。 模块的划分有很大的灵活性，但也不能随意划分。划分时应遵循下述原则： (1) 每个模块应具有独立的功能，能产生一个明确的结果，这就是单模块的功能高内聚性。 (2) 模块之间的控制耦合应尽量简单，数据耦合应尽量少，这就是模块间的低耦合性。控制耦合是指模块进入和退出的条件及方式，数据耦合是指模块间的信息交换(传递)方式、交换量的多少及交换的频繁程度。(3) 模块长度适
13、中。模块语句的长度通常在20条至100条的范围较合适。模块太长时，分析和调试比较困难，失去了模块化程序结构的优越性;过短则模块的连接太复杂，信息交换太频繁，因而也不合适。4.1 Proteus介绍Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同
14、仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。该软件的特点：(1) 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。(2) 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动
15、态仿真、1C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。(3) 目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。(4) 支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，可仿真51、AVR、PIC。4.2 Proteus仿真电路图图8 Proteus仿真电路图第5章 体会及合理化建议近年来，随着电子技术飞速的发展，出现了各式各样，各种型号的单片机,但是51单片机是所有单片机的基础，
16、只有学好51系列单片机才能更好的学习更高端的单片机。由于知识和经验方面的不足，本设计还存在不足的地方，本人还要不断学习相关知识和查阅资料，使系统结构和功能上不断完善。参考文献1 楼然苗，李光飞51系列单片机设计实例M北京：北京航空航天大学出版社， 20012 松井邦彦，梁瑞林传感器应用技术141例M北京：科学出版社，2006，5：39-443 李朝青单片机原理及接口技术M北京：北京航空航天大学出版社，19944 张洪润，张亚凡传感器技术与应用教程M北京：清华大学出版社，20055 张毅刚，刘杰AT89S52单片机原理及应用M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20046 黄河，郭纪林单片机原理及应用M大连：大连理工大学出版社， 20067 刘灿军实用传感器M北京：国防工业出版社，20048 何希才传感器及其应用M北京：国防工业出版社，20019 陈雪丽单片机原理及接口技术M西安：化学工业出版社，2005附录1
