微机与接口技术课程方案液晶显示器与键盘系统.docx
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微机与接口技术课程方案液晶显示器与键盘系统
微机原理与接口技术
综合实践说明书
课程名称:
微机原理与接口技术综合实践
设计题目:
液晶显示器与键盘系统
院系:
机电学院热能与动力工程系
班级:
1112
曹家皓陈哲
王明波王天辉
设计者:
马茜
指导教师:
肖燕彩
设计时间:
2018.7.1-2018.7.12
微机原理与接口技术综合实践任务书
组长:
马茜
组员:
曹家皓陈哲王明波王天辉
专业:
热能与动力工程
班级:
机电1112
任务起止日期:
2018年7月1日至2018年7月12日
课程设计题目:
液晶显示器与键盘系统
设计要求:
◆扩展一块液晶显示器和一块4*4键盘;
◆系统上电显示初始化界面,如“欢迎使用本系统!
”;
◆按数字键显示相应数字;
◆按功能键“A”,发光二极管发光;
◆按功能键“B”,发光二极管不发光;
◆按功能键“C”,蜂鸣器报警;
◆按功能键“D”,蜂鸣器停止报警;
◆按功能键“E”,显示“机电1112;
◆按功能键“F”,实现返回初始状态的功能。
工作计划安排:
◆分组、选题,1天
◆方案设计,1天<软硬件总体结构)
◆硬件搭接,2天;软件程序设计,3天;综合调试,2天
◆课程设计任务书,2天
同组设计者及分工:
马茜11223044软件仿真,编写实验报告,程序注释。
曹家皓11223032整合实验电路,软件仿真,调试硬件电路。
陈哲11223033编写显示字型码,编写程序,调试硬件电路。
王明波11223052查阅资料,调试硬件电路。
王天辉11223053查阅资料,调试硬件电路。
一、总体设计
1.单片机选型
AT89S51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
STC89C52具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
根据万向开关的的档位,控制小直流电动机执行相应的动作。
2.按键扫描
运用P0口第四位进行行扫描,高四位进行列扫描。
循环判断,得到按键位置。
并在相应按键按下后实现特定功能:
按键10按下时,发光二级管点亮,按键11按下时,发光二级管停止亮;按键12按下时,蜂鸣器响,按键13按下时,蜂鸣器停止响。
3.TS1620-1显示
将按键扫描值通过LCD显示出来,并在LCD上显示“WELCOM!
”及“欢迎!
!
!
”。
二、主要元件介绍
1.AT89C51概述
AT89C51是一种带4KFLASH AT89C2051是一种带2K闪存可编程可擦除的。 的可擦除可以反复擦除1000次。 该器件采用ATMEL高密度非易失制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能8位CPU和闪烁组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。 AT89C51为很多提供了一种灵活性高且价廉的方案。 1.1AT89C51主要特征 与MCS-51兼容 ·4K字节可编程FLASH ·寿命: 1000写/擦循环 ·数据保留时间: 10年 ·全静态工作: 0Hz-24MHz ·三级锁定 ·128×8位内部RAM ·32可编程I/O线 ·两个16位/计数器 ·5个 ·可编程串行通道 ·低功耗的闲置和掉电模式 ·片内振荡器和时钟电路 。 1.2管脚说明 图1AT89C51引脚图 VCC: 供电电压。 GND: 接地。 P0口: P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。 当P0口的管脚第一次写1时,被定义为输入。 P0能够用于外部程序数据,它可以被定义为数据/地址的低八位。 在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须接上拉电阻。 P1口: P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。 P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。 在FLASH编程和校验时,P1口作为低八位地址接收。 P2口: P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。 并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2口当用于外部或16位地址存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。 在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据进行读写时,P2口输出其的内容。 P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和。 P3口: P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。 当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。 作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示: 口管脚备选功能 P3.0RXD<串行输入口) P3.1TXD<串行输出口) P3.2/INT0<外部中断0) P3.3/INT1<外部中断1) P3.4T0<计时器0外部输入) P3.5T1<计时器1外部输入) P3.6/WR<写选通) P3.7/RD<读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些。 RST: 复位输入。 当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个的高电平时间。 ALE/PROG: 当访问外部时,允许的用于锁存地址的低位字节。 在FLASH期间,此用于输入脉冲。 在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是: 每当用作外部数据时,将跳过一个ALE脉冲。 如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。 此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。 另外,该被略微拉高。 如果在外部执行状态ALE禁止,置位无效。 /PSEN: 外部的选通信号。 在由外部程序取指期间,每个两次/PSEN有效。 但在访问存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP: 当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序<0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。 在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源 XTAL1: 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2: 来自反向振荡器的输出。 振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部驱动器件,XTAL2应不接。 有余输入至内部要通过一个二分频,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 1.3本设计中的应用 在本设计中,AT89S51是整个系统的核心。 I/O口主要用来连接键盘、蜂鸣器、以及控制LCD显示。 P0口用来控制按键扫描。 其中P1、P2口分别用来连接LCD的数据口和命令口;P2.0,2.1用于连接发光二级管和蜂鸣器。 2.1620LCD 2.11620LCD概述 1620LCD主要技术参数: 显示容量: 16×2个字符 芯片工作电压: 4.5—5.5V 工作电流: 2.0mA(5.0V> 模块最佳工作电压: 5.0V 字符尺寸: 2.95×4.35(W×H>mm 引脚功能说明: 1620LCD采用标准的14脚<无背光)或16脚<带背光)接口,引脚接口说明如表一。 表一1620LCD引脚接口说明 第1脚: VSS为地电源。 第2脚: VDD接5V正电源。 第3脚: VL为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对 比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 第4脚: RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚: R/W为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。 当RS和R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平R/W为高电平时可 以读忙信号,当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。 第6脚: E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。 第7~14脚: D0~D7为8位双向数据线。 第15脚: 背光源正极。 第16脚: 背光源负极。 2.21620LCD控制指令 1620液晶模块内部的控制器共有11条控制指令,如下表二所示。 表二1620LCD控制指令 它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 <说明: 1为高电平、0为低电平) 指令1: 清显示,指令码01H,光标复位到地址00H位置 指令2: 光标复位,光标返回到地址00H 指令3: 光标和显示模式设置I/D: 光标移动方向,高电平右移,低电平左移 S: 屏幕上所有文字是否左移或者右移。 高电平表示有效,低电平则无效 指令4: 显示开关控制。 D: 控制整体显示的开与关,高电平表示开显示,低电平表示关显示C: 控制光标的开与关,高电平表示有光标,低电平表示无光标B: 控制光标是否闪烁,高电平闪烁,低电平不闪烁 指令5: 光标或显示移位S/C: 高电平时移动显示的文字,低电平时移动光标 指令6: 功能设置命令DL: 高电平时为4位总线,低电平时为8位总线N: 低电平时为单行显示,高电平时双行显示F: 低电平时显示5x7的点阵字符,高电平时显示5x10的点阵字符 指令7: 字符发生器RAM地址设置 指令8: DDRAM地址设置 指令9: 读忙信号和光标地址BF: 为忙标志位,高电平表示忙,此时模块不能接收命令或者数据,如果为低电平表示不忙。 指令10: 写数据 指令11: 读数据 1620液晶显示模块可以和单片机直接接口。 液晶显示模块是一个慢显示器件,所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平,表示不忙,否则此指令失效。 要显示字符时要先输入显示字符地址,也就是告诉模块在哪里显示字符。 程序在开始时对液晶模块功能进行了初始化设置,约定了显示格式。 三、基于PROTEUS的硬件电路设计 1.PROTEUS软件相关 Proteus是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA<该软件总代理为广州风标电子技术有限公司)。 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、从事单片机教案的教师、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(>,从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,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,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2018年又增加了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。 2.电路组成 根据设计要求,硬件电路主要包括复位电路、晶体振荡电路、LCD显示电路、按键扫描电路以及蜂鸣器和发光二级管控制电路。 2.1复位电路 复位是任何一种微型计算机都必须具备的工作方式。 复位操作使单片机处于一种初始化的状态。 MCS-51单片机的RST引脚上出现持续24个振荡周期的高电平信号时,单片机进入复位。 通常有上电复位与人工按钮复位两种方式。 本设计中采用上电复位方式。 如下图3所示。 图3上电复位电路 2.2时钟电路 通常单片机系统电路的实际有内部时钟和外部时钟两种形式,两种电路都向单片机提供最基本的振荡脉冲信号。 本设计中的晶体振荡电路如下图四所示。 图4晶体振荡电路 2.31620LCD显示电路 1620LCD采用标准的14脚<无背光)或16脚<带背光)接口。 本设计中采用14脚LCD。 VSS和VDD为电源端和接地端,VEE用于调整液晶显示器对比度。 D0~D7为8位双向数据线。 电路连接图如图五。 图5LCD显示电路 2.4按键扫描电路 设计中采用行列式非编码键盘,由行线、列线和键盘开关矩阵3部分组成。 在这种键盘中,每根行线和列线的交叉处都有一个按键,当某个键被按下时,与这个按键相连的行线和列线就会接通,否者行线和列线不接通。 如电路图6。 图6按键扫描电路 2.5蜂鸣器和发光二级管控制电路 如下图所示: 图7蜂鸣器和发光二级管控制电路 四、硬件配置 在单片机的开发运用中,逐渐引入了高级语言,C语言就是其中一种。 在使用汇编语言的过程中,其可读性和可维护性不强,其次它的代码可重用性比较低,使用高级语言编程能很好的解决问题。 C语言具有良好的模块化、容易阅读和维护的优点。 由于模块化,所以用C语言编写的程序有很好的可移植性,功能化的代码能够很方便地从一个工程移植到另一个工程,从而减少开发时间。 本设计将采用C语言编程。 1.按键扫描程序 本设计中4*4按键扫描是一个难点。 按键高四位为列,第四位为行。 当P0.0置为0,判断第一行是否有键按下,如果第一个键被按下,P0.4口变为低电平,P0口值变为0XEE。 当第二个键被按下,P0.5口变为低电平,P0口值变为0XDE,以此类推。 没判断一个键,返回一个按键值。 循环查询按键值,再执行相应的操作。 当第一个键被按下,发光二级管点亮,第二个键被按下,蜂鸣器接通。 下图8、图9即为按键2前后,电平跳转对比。 按键程序流程图如图10. 图8按键扫描按键前 图9按键扫描按键2后蜂鸣器接通 图10按键扫描流程图 2.1620LCD显示程序 第二章中已对1620LCD控制指令进行了详细介绍,其读写时序如下图11、图12。 液晶显示模块是一个慢显示器件,所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平,表示不忙,否则此指令失效。 要显示字符时要先输入显示字符地址,也就是告诉模块在哪里显示字符,图13是1620的内部显示地址。 图111620LCD读操作时序 图121620LCD写操作时序 图131620LCD内部显示地址 在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式,在液晶模块显示字符时光标是自动右移的,无需人工干预。 每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。 1620液晶模块内部的字符发生存储器 阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B<41H),显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”。 CGROM、CGRAM中字符代码与字符图形对应关系如下表三所示。 表三CGROM、CGRAM中字符代码与字符图形对应关系 五、电路仿真 扫描4*4按键,当按键按下时显示按键,并在LCD上显示“WELCOME,欢迎! ! ! ”,。 当按键10按下时发光二级管发光,按键11按下时发光二级管停止亮;按键12按下时,蜂鸣器响,按键13按下时,蜂鸣器停止响。 系统仿真图如图14. 图14系统仿真图 、 六、总结 经过两周设计,克服了LCD显示和4*4键盘扫描的难点,完成了课程设计所有要求,此次的课程设计我们收获颇多。 不仅学会使用PROTEUS软件绘制电路图及程序仿真,以及电路图设计的基础知识,能够运用汇编语言编程控制单片机工作,而且也很好的锻炼了我们的团队合作意识,小组的所有组员都能积极认真的参与我们的课程设计,经过多次的讨论研究克服了重重苦难,最终我们顺利的完成了液晶与键盘显示系统课程设计的所有要求。 最后感谢老师传授的知识,让我们能够一点点不断进步。 七、附件 1.电路原理图 2.源程序 ORG0000H AJMPMAIN ORG0300H MAIN: MOVSP,#60H ACALLLCDINI。 调用LCD初始化子程序 ACALLLCD1 ACALLLCD4 LOOP: ACALLKEY。 调用键扫描子程序 MOVR0,#50H CJNE@R0,#0FFH,NEXT0。 若50H单元不等于0FFH,有键,转到NEXT0处执行 AJMPLOOP。 若50H单元等于0FFH,无键,转到LOOP处执行 NEXT0: ACALLXIANG CJNE@R0,#0AH,NEXT1。 判断是否是数字键 NEXT1: JNCNEXT2。 不是则转到NEXT2处执行 ACALLBUSY ACALLASC。 键值转换为ASCII码 ACALLLCD2。 键值显示 AJMPLOOP。 转到LOOP处执行 NEXT2: CJNE@R0,#10H,NEXT3。 判断是否是功能键 NEXT3: JNCNEXT4。 不是功能键,转至LOOP循环 ACALLBUSY ACALLASC NEXT00: CJNE@R0,#41H,NEXT01。 A键二极管闪烁 ACALLLCD2 CLRP3.5 MOVR7,#10H LOOP7: MOVR5,#0FFH DL1: MOVR6,#0FFH DL2: DJNZR6,DL2 DJNZR5,DL1 CPLP3.5 DJNZR7,LOOP7 CLRP3.5 LJMPLOOP NEXT01: CJNE@R0,#42H,NEXT02。 B键二极管熄灭 SETBP3.5 ACALLLCD2 LJMPLOOP NEXT02: CJNE@R0,#43H,NEXT03。 C键蜂鸣器响 ACALLLCD2 CLRP3.4 MOVR7,#0FFH CA: MOVR6,#0FFH CA6: DJNZR6,CA6 CPLP3.4 DJNZR7,CA CLRP3.4 ACALLLCD2 LJMPLOOP NEXT03: CJNE@R0,#44H,NEXT04。 D键蜂鸣器静音 SETBP3.4 ACALLLCD2 LJMPLOOP NEXT04: CJNE@R0,#45H,NEXT05。 E键 ACALLLCD3 ACALLLCD5 LJMPLOOP NEXT05: CJNE@R0,#46H,NEXT4。 F键 MOVDPTR,#8000H MOVA,#01H MOVX@DPTR,A LJMPMAIN NEXT4: AJMPLOOP KEY: MOV50H,#0FFH。 键扫描子程序,无键按下,50H为0FFH ACALLKS1。 调用判断有无键按下子程序 CJNEA,#0F0H,LK1。 有键按下时,转消抖延时 AJMPKRET。 无键按下返回 LK1: ACALLTIM。 调延时子程序消抖 ACALLKS1。 再查有无键按下,若有则需进行按键处理 CJNEA,#0F0H,LK2 AJMPKRET。 无键按下,返回 LK2: MOVR4,#00H。 列号送入R4 JBP3.5,TIAOZHUAN MOVR2,#0CEH AJMPLK3 TIAOZHUAN: MOVR2,#0FEH。 第一次扫描输出信号11111110送入R2 LK3: MOVA,R2。 输入列扫描信号 MOVP3,A。 MOVP1,#0FFH。 P1口置0FFH MOVA,P1。 读入行状态 JBACC.4,L1。 第一行无键按下,转查第二行 MOVA,#00H。 第一行有键按下,该行首键号#00H送入A AJMPLK。 转求键号 L1: JBACC.5,L2。 第二行无键按下,转查第三行 MOVA,#04H。 第二行有键按下,该行首键号#04H送入A AJMPLK。 转求键号 L2: JBACC.6,L3。 第三行无键按下,转查第四行 MOVA,#08H。 第三行有键按下,该行首键号#08H送入A AJMPLK。 转求键号 L3: JBACC.7,KNEXT。 第四行无键按下,转查下一列 MOVA,#0CH。 第四行有键按下,该行首键号#0CH送入A LK: ADDA,R4。 求键号,键号=行首键号+列号 PUSHACC。 键号进栈保护 LK4: ACALLKS1。 等待键释放 CJNEA,#0F0H,LK4。 未释放,等待 POPACC。 键释放,键号送入A MOV50H,A。 AJMPKRET。 扫描结束,出口状态50H=键号 KNEXT: INCR4。 列号加1 MOVA,R2 JNBACC.3,KRET。 四列扫描完毕,返回主程序 RLA。 形成下次扫描输出信号 MOVR2,A AJMPLK3 KRET: RET ASC: MOVDPTR,#ASCTAB。 键值转换为ASCII码子程序 MOVA,50H MOVCA,@A+DPTR MOV50H,A RET ASCTAB: DB30H,31H,32H,33H,34H,35H DB36H,37H,38H,39H,41H,42H DB43H,44H,45H,46H KS1: CLRP3.0。 P3.0~P3.3列线输出0 CLRP3.1 CLRP3.2 CLRP3.3 MOVP1,#0FFH MOVA,P1。 输入P1口状态 ANLA,#0F0H。 屏蔽低四位 RET。 出口状态,累加器不等于0F时,有键按下 TIM: MOVR7,#18H。 延时子程序 TM: MOVR6,#0FFH TM6: DJNZR6,TM6 DJNZR7,TM RET DEL: MOVR7,#01H DE: MOVR6,#01H DE6: DJNZR6,DE6 DJNZR7,DE RET 。 LCD初始化子程序 LCDINI: MOVDPTR,#8000H。 选择指令寄存器地址 MOVA,#3CH。 方式设置控制字 MOVX@DPTR,A。 两行显示,八位数据传送 ACALLBUSY。 忙状态检查 MOVDPTR,#8000H MOVA,#0CH。 清屏 MOVX@DPTR,A ACALLBUSY RET LCD1: MOVDPTR,#8000H。 显示自定义字符“欢迎! ! ! ” MOVA,#40H。 设置CGRAM地址,显示“欢迎! ! ! ” MOVX@DPTR,
- 配套讲稿:
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