2016毕业论文最终版
摘要Ⅰ
摘要由于单片机具有一些突出的优点如 体积小、功耗低、价格低、抗干扰能力
强、可靠性高等 所以单片机被广泛的应用于测控系统、数据采集、计算机通信
等领域。
本设计是基于XC866单片机的温度采集及灯条设计。温度采集单元是以
XC866单片机作为控制核心 智能温度传感器LM35为温度采集器 用SG12864
液晶显示器显示采集到的温度数据 运用编程语言C语言实现单元的各种功能。
本设计完成了LM35的温度采集、单片机的温度处理、液晶屏显示电路。借助仿
真工具Proteus和单片机编程软件Keil实现了系统软、硬件的交互仿真 实现了温
度采集的课题设计目的。在灯条控制中 利用XC866单片机的I/O口模拟串口方
式0的工作原理 用移位寄存器控制灯条 使灯条变换更加多样。本文主要介绍
了如何使用XC866单片机采集日常生活中的温度及对灯条的控制。
本课题所设计的温度控制系统可实现对远程环境的温度测量与监控 适用于
电力工业、农业、煤矿、火灾、高层建筑等场所 还可以用于环境恶劣的工业控
制现场 灯条控制系统可以应用于超市等对灯光变换需求较大的场所。
关键词:数字温度传感器LM35 单片机XC866 Proteus仿真 Keil
移位寄存器4094
ABSTRACT ⅡAbstract This paper introduces the data acquisition based on single chip computer hardware
design and software design, its existence has a very important role in many areas. Due
to the MCU has several benefits: small size, light weight, a single power supply;
features, low power consumption and low; and the data transfer, one finds in SCM
internal, run fast, high reliability, so single-chip is widely used in measurement and
control system, data acquisition, instrumental, Mechatronics product, smart interface, computer communications, as well as single-chip multilevel system, etc.This paper
introduces is the focus of the data acquisition system, and the system hardware part is
the center of gravity of the microcontroller. In this paper, the more temperature
gathering system for example,LM35 temperature measuring system is based on XC866
single chip microcomputer as control core, intelligent temperature sensor LM35 is the
object of control, with SG12864 liquid crystal display, using C language
implementation of various of system function. Using simulation tools Proteus and single
chip microcomputer Keil software programming realized the system software and
hardware, realize the interaction of the topic the design purpose.
This subject design temperature control system can realize to the remote environment temperature measurement and monitoring, used in electric power industry, coal mine,
fire, high-rise buildings and other places, can also be used for the environmental bad
industrial control field. Since the introduction of computer-chip technology in society,
in every field in a wide range of applications. Running light control systems, the microcontroller is replaced by the gear regulating the delay time of old growth rate in
future in the heart of this system. This article is primarily deals with a subject name is
Multi-key pattern of light water, flowing water and light control, which enables we
learned how to use the SCM control our lives in the application of the facility.
Keywords Digital temperature sensor LM35; XC866; Proteus simulation; Keil
Shift Register 4094目录III 目录第1章引言 (1)
1.1 课题研究的目的和意义 (1)
1.2 选题内容 (1)
第2章功能要求及方案论证 (3)
2.1 功能要求 (3)
2.2 系统硬件方案选择 (3)
2.2.1 控制方式选择 (3)
2.2.2 数据传输方式选择 (4)
2.2.3 电源模块方案选择 (4)
2.2.4 温度采集方式选择 (5)
2.2.5 显示器选择 (5)
2.2.6 数据传感器选择 (6)
第3章系统硬件设计 (7)
3.1 XC866单片机主控平台单元 (7)
3.2 XC866单片机 (10)
3.3 稳压电路LM7805 (11)
3.4 温度信号采集单元 (13)
3.5 液晶显示屏输出 (14)
3.6 灯条程序控制及显示模块 (16)
第4章软件设计 (25)
4.1 系统软件方案选择 (25)
4.1.1 单片机编程语言选择 (25)
4.1.2 系统软件编译工具选择 (26)
4.2 主程序 (26)
4.3 温度采集子程序 (27)
4.4 数据处理子程序 (28)
4.5 显示子程序 (30)
4.6 灯条控制程序..................................................................................................... 33 目录IV 第5章调试 (37)
5.1 软件调试 (37)
5.2 硬件调试 (38)
第6章结束语 (39)
参考文献 (40)
致谢 (41)
附录 (42)
外文资料原文 (52)
外文资料译文................................................................................................................ 53 第1章引言1
第1章引言1.1 课题研究的目的和意义温度和人们的生活息息相关 温度的变化会给人们的生活、工作等带来影响
因此对温度的采集比较重要。例如 在温室大棚里要不断地采集环境温度并对其
进行调节 以使植物更好地成长 机房里的温度不能太高 否则会影响系统的稳
定性 故需要不断地进行监测等 因此对温度的采集具有一定的实用价值。温度
采集一般使用各式各样形态的温度传感器。随着现代计算机和自动化技术的发展
作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件 温度传感器的作用
日显突出 已成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工
具 其用途已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。
灯条控制是美化环境和创造艺术气氛的重要手段 也是城市夜晚的眼睛。在
现代家居建筑、影剧建筑、商业建筑和娱乐性建筑的环境设计中 灯光控制更成
为整体的一部分。灯光不仅起到保证照明的作用 也是城市空间的不可缺少的装
饰品。师通过灯光的明暗、隐现、抑扬、强弱等有节奏的控制 充分发挥灯光的
光辉和色彩的作用 采用透射、反射、折射等多种手段 创造温馨柔和、宁静幽
雅、怡情浪漫、扑朔迷离等艺术情调气氛 为人们的生活环境增添了丰富多彩的
情趣。
本设计将基于XC866单片机的温度采集及灯条设计作为一个课程设计 实现
了用XC866单片机对温度的采集及对灯条的控制 实现一个简易的灯条设计 该
设计具有实际意义 灯条设计单元经过扩展后可以在广告业、媒体宣传、装饰业
等领域得到广泛应用 温度采集单元经过扩展后可以在温度监测、电力、农业等
等领域得到广泛应用。1.2 课题内容温度采集是从环境获取温度信息的过程, 它研究环境温度的采集、存储、处理、
显示等问题。本设计的温度采集 以XC866单片机为核心 在编程工具中编写程
序并烧到单片机执行从而对各个硬件设备进行控制。通过XC8666单片机对LM35电子科技大学学士学位论文2
温度传感器的输出进行采集并将模拟数据转换为数字数据 再通过LCD液晶显示
器显示采集到的温度数据。数据的采集和显示都需要相应硬件和软件共同来完成
该单元难点是对温度传感器的温度采集并显示温度数据。
灯条设计是用XC866单片机的I/O口模拟串口的方式0的工作原理通过移位
寄存器4094对每个发光点发出的红、绿、蓝三个颜色进行控制 来混合出8种不
同的颜色 使其连续不断的显示则可以实现霓虹灯的显示效果。第2章功能要求及方案论证3
第2章功能要求及方案论证2.1 功能要求本方案设计一个温度采集及灯条显示单元 具体要求满足以下条件
1 采用XC866单片机作为微控制器 完成室温的采集 并能在屏幕上显示采
集到的温度数据。
2设计灯条模块 通过软件程序的控制在该模板上实现灯条有规律的显示变换。2.2 系统硬件方案选择大多数的灯条变换都在室外进行 所以灯条控制和温度采集对硬件的质量要
求都比较高。为方便检修和维护 硬件电路设计时应采用模块化的设计方法。硬
件的设计采用模块化设计 既要满足模块本身功能又要能够和整个系统兼容。所
以要对各个功能模块进行选择主要是对控制方式、数据传输方式、电源模块方式、
移位寄存器的选择。
大多数的温度采集都是在较封闭的环境内进行的 对温度采集的精确度要求
很高 为了较精确地实现温度采集 本设计要用到温度采集器 温度的AD转化
和温度的显示。所以本设计要对温度采集的AD方式、显示器、显示器驱动方式、
温度传感器的选择 下面将逐一进行选择。2.2.1 控制方式选择控制部分是整个系统的核心部分 其功能为与上位机通信并接收上位机发送
的数据 控制显示部分使显示器显示相应的内容。
单片机是集成了CPU ROM RAM和I/O口的微型计算机。它有很强的接口
性能 非常适合于工业控制,因此又叫微控制器(MCU)。单片机品种齐全,型号多样
CPU 从8 16 32到64位 多采用RISC 技术 片上I/O非常丰富 有的单片机
集成有A/D “看门狗” PWM 显示驱动 函数发生器 键盘控制等 极大地满
足了开发者的选择自由。除此之外单片机还具有低电压和低功耗的特点。随着超
大规模集成电路的发展 NMOS工艺单片机被CMOS代替 并开始向HMOS 过电子科技大学学士学位论文4
渡。供电电压由5V 降到3V 2V甚至到1V 工作电流由5mA降至3μA 甚至更
低 这在便携式产品中大有用武之地。单片机的技术门槛和开发成本都比较低
非常适合初学者进行学习和锻炼使用。现在市场上常用的单片机主要有XC866、
MCS-51、AVR、ARM、PIC等。英飞凌公司的XC866系列其内核和51系列单片
机兼容 比较容易上手 并且功能较丰富 完全满足本设计的要求 另外XC866
产品硬件结构合理 指令系统规范 操作简单 学习简单易懂。所以在控制部分
方案的选择中选定XC866系列单片机作为控制部分的核心器件。2.2.2 数据传输方式选择数据传输方式有串行通信和并行通信两种。串行通信是指使用一条数据线
将数据一位一位地依次传输 每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少
数几条线就可以在系统间交换信息 优点是节省传输线 成本低。缺点是数据传
送效率低。并行通信是指使用多条数据线 将数据的各个位同时传送 可以以字
或字节为单位并行进行。其需要多条线才能实现系统之间交换信息 优点是通信
速度快 缺点是用的通信线多、成本高。采用串行传输的方法 控制电路可以只
用一根信号线 将数据一位一位传驱动器 在硬件方面无疑是十分经济的。但是
串行传输过程较长 数据按顺序一位一位地输出给列驱动器 只有当一行的各列
数据都以传输到位之后 这一行的各列才能并行地进行显示。对于串行传输方式
来说 数据准备时间可能相当长 在扫描周期确定的情况下留给显示的时间少
以致影响数据到液晶屏的传输时间。所以 本设计温度采集中温度显示模块应采
用并行通信传输方式 这样单片机采集到的温度显示反应速度快 而在灯条控制
中要控制24个灯条的变换 如果采用并行通信传输方式需要的I/O多不符合本设
计所用XC866单片机的要求 所以灯条控制应采用串行通信传输的方 这样节省
单片机的I/O数目 符合本设计的要求。2.2.3 电源模块方案选择本系统所需电源为直流5V 因此需要设计电源稳压模块。主要有线性稳压直
流电源和开关稳压电源两种稳压电源供选择。
线性稳压直流电源的特点是 输出电压比输入电压低 反应速度快 输出纹
波较小 由于调整管串联在电源跟负载之间 所以叫做串联型稳压电源。相应的
还有并联型稳压电源 就是将调整管跟负载并联来调节输出电压。所谓并联就是第2章功能要求及方案论证5
通过分流来保证赎案件放大管射极电压的稳定。一般来说 线性稳压电源由调整
管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成。另外还可能包括
一些保护电路 启动电路等部分。由于调整管相当于一个电阻 电流流过电阻时
会发热 所以工作在线性状态下的调整管 一般会产生大量的热 导致效率不高。
这是线性稳压电源的一个最主要的一个缺点。
开关型稳压电源是由全波整流器 开关管 激励信号 续流二极管 储能电
感和滤波电容组成。其优点是节能效果好 输出电压可调范围宽 体积小 重量
轻 缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中 功率调整开关晶体管V
工作在开关状态 它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干
扰和谐振干扰 这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽 就会严
重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离
这些干扰就会串入工频电网 使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重
的干扰。
综上 由于本设计对工作电流较小 纹波等要求较低 结合两种稳压电源的
优缺点 本系统使用线性稳压电源LM7805 其工作稳定 反应速度快 输出纹波
较小 对主控单元的干扰小。2.2.4 温度采集方式选择将模拟信号转换成数字信号的电路 称为模数转换器 简称A/D转换器。本
设计可以选择分立的A/D转化方式也可以选择内部集成的A/D转化方式。分立的
A/D转化是指在单片机系统外外接分立的AD转换芯片 对温度传感器输出的模拟
电压进行采集。特点是 电路复杂 而且不稳定。XC8666内含一个带有8路模拟
输入选择的高性能转化器 完全能够满足温度采集的要求。所以本设计用内部集
成的A/D转换。2.2.5 显示器选择显示器用来对采集的温度进行显示 有LED点阵方式、7数码管方式和液晶
屏显示方式。其中 7段数码管只能显示数字及简单的字母 无法显示汉字不符合
本设计的要求 LED点阵可以用来显示数字、字母及汉字 但是控制较复杂 液
晶屏一般带有专用的控制模块 只需传送少量的信息即可完成内容的显示 控制电子科技大学学士学位论文6
方便 因此比较适合复杂信息及图形的显示 所以本设计选用液晶显示屏作为采
集温度值的显示器。具体型号是SG12864液晶显示屏 其操作简单价格便宜。 2.2.6 温度传感器的选择温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度采集的核心部分 品种繁多。
温度传感器按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。接触式温度传感器
的检测部分与被测对象有良好的接触 温度计通过传导或对流达到热平衡 从而
使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温
范围内 温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量
很小的对象则会产生较大的测量误差 非接触式温度传感器它的敏感元件与被测
对象互不接触 这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅
速 瞬变 对象的表面温度 也可用于测量温度场的温度分布。因为本设计采集
的温度是系统所处环境的温度 所以本设计中使用非接触式温度传感器
温度传感器按照传感器材料及电子元件特性分为热电偶和热电阻两类。热电
偶是温度测量中最常用的温度传感器 它是由两种不同成分的导体两端接合成回
路时 当两接合点热电偶温度不同时 就会在回路内产生热电流。如果热电偶的
工作端与参比端存有温差时 显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的
温度值。主要好处是装配简单 更换方便 抗震性能好 测量范围大 200℃
1300℃,特殊情况下 270℃ 2800℃ 机械强度高 耐压性能好 耐高温可达
2800度等 主要用于对熔炉等高温的测量。热电阻温度传感器是利用导体或半导
体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器温度计 准确度高
主要特点是准确度最高可达1mK 输出信号大 灵敏度高。基于本设计对温度采
集灵敏性要求高的需求本设计选用热电阻元件测温度。
经过以上选择 本设计选择非接触的热电阻温度采集器 具体型号是
National Semiconductor的LM35温度传感器 其具有很高的测量精度和较宽的线
性工作范围。该元器件输出电压与摄氏温度线性成比例。
经过以上的论证本设计的方案确定如下 使用XC866单片机作为控制核心
采用温度传感器LM35对温度进行检测 以液晶显示屏SG12864显示检测温度,并
用利用单片机的I/O口模拟串口的方式0的工作原理。三片移位寄存器4094顺次
级联 构成了24位的移位寄存器来控制灯条的变化。第3章系统硬件设计7
第3章系统硬件设计本设计所用的硬件主要由控制单元、温度采集单元、液晶显示单元和灯条单
元组成 系统硬件结构图如图3-1所示。温度采集设计中温度传感器将温度转变成
为模拟电压 由单片机中的AD单元进行采集 经过处理后的温度信息由单片机
发送到液晶显示屏进行显示。在灯条控制设计中单片机的I/O口模拟出信号来控制
移位寄存器的最低位、最高位依次位上移从而行控制每个发光点的亮灭和颜色变
化。
图3-1系统硬件图3.1 XC866单片机主控平台单元本实验平台由两块实验板构成。其中蓝色的一块为开发板1 如图3-2所示。
XC866
单片机
温度传感
器LM35
液晶屏显示
SG12864
移位寄存器4094
灯条显示电子科技大学学士学位论文8
图3-2开发板在该开发的正中央是XC866单片机 左下角是扩展的由P3口控制的8位发光二极管显示器 由一片74LS244驱动。在发光二极管的正下方紧挨着的是一个
跳线 其控制着74LS244的使能与否。当跳线短接时 P3口的状态可以通过8个
LED的亮灭来进行表示。板子下端有两个串口 用于程序的下载和串行通信使用。
板子的右下角是电源输入端子 由外部的9V变压器的输入经过板子上的芯片进行
电压转换 产生单片机所需要的 5V及3.3V电压。蓝色的复位按钮位于电源端
子右上角。每次按下该按钮将使单片机复位。板子右边是标号为OCDS的JTAG
插座 仿真器通过它和单片机进行连接 可以实现程序的下载和在线调试。在使
用串口进行程序的写入时 J2跳线开关的下面两位需要短接 写入完毕需将其断
开。XC866的所有I/O口及电源端口都通过引脚引出 便于开发者根据需要进行
连接使用。
绿色的一块称为开发板2如图3-3所示 为自主开发的电路板。两块电路
板通过一个带状扁平电缆连接。开发板2上主要有一下5个单元 电源模块
LM7805 、4×4按键(ZLG7290)、液晶显示模块、温度传感器LM35、简易信号
发生器单元 DAC0832 ,外部还有一个用于本设计的灯条 用白色灯管封装 如
图3-4。第3章系统硬件设计9
图3-3开发板2 图3-4本设计所用的灯条电子科技大学学士学位论文10
3.2 XC866单片机本设中采用XC866单片机 XC866单片机是英飞凌公司推出的高性能8位微
控制器XC800系列的新产品 其设计基于8051处理器兼容的XC800内核。XC866
高度集成片内器件 例如片内振荡器或嵌入式电压调节器 可又3.3V或5V的单
电源供电 具备许多增强功能以满足新型应用。此外 嵌入式闪存 Flash 器件
为系统开发和批量生产提供了很大的灵活性 兼容ROM器件为其大批量生产提供
了节省成本的空间。XC866存储器保护策略为用户知识产权提供读保护 同时提
供Flash编程和擦除保护防止数遭到无意破坏。多闪存组 Flash Bank 结构支持
在应用编程 运行某Bank种的用户程序的同时可编程或擦除另一Bank中的内容。
可通过位于启动ROM中的引导程序加载器可进行再系统编程 通过外部自助机对
嵌入式FLASH方便的编程或擦除。XC866具有如下特性 1 处理能力强2
运行速度快3 安全性能突出4 片上资源丰富5 工程开发方便快捷等优点
性价比非常突出。它的输入/输出口 I/O 口 可由3.3V 或5.0V 供电 内核需2.5V
供电。主要特性包括 用来产生脉宽调制信号、带有电机控制专用模式的捕获/比
较单元 CCU6 具有如自动扫描和结果累加等。
XC866各个引脚功能说明如下图3-5
图3-5 89S52单片机的引脚
第3章系统硬件设计11
XC866 的存储器结构
程序存储器 一体化的16KB(XC866-4FR)或8KB(XC866-2FR)嵌入式Flash
闪存存储器用于存储程序或数据。
数据存储器 XC866的数据存储器由内部和外部数据存储器组成 均集成在
芯片内部。为了和51单片机的指令兼容 在使用时将指令“MOV”寻址的单元称
为“内部”数据存储器 而将指令“MOVX”寻址的单元称为“外部”数据存储
器。外部数据存储器的地址范围为F000H-F200H。
XC866定时器
①XC866有三个16位的可编程定时/计数器 定时/计数器T0和定时/计数
器T1 还有一个定时/计数器T2。
②每个定时/计数器既可以对系统时钟计数实现定时 也可以对外部信号计
数实现计数功能 通过编程设定来实现。
③每个定时/计数器都有多种工作方式 其中T0有四种工作方式 T1有三
种工作方式 T2有三种工作方式。通过编程设置其方式寄存器TMOD可设定定时
器工作于某种方式。
④每一个定时/计数器定时计数时间到时产生溢出 使控制寄存器TCON中
相应的溢出位置位 溢出可通过查询或中断方式处理。
XC866中断
XC866支持分为4个优先级等级的14个可屏蔽中断向量3.3 稳压电路LM7805 稳压电源的功能是把来自电网的220V 交流电压转变为所需的、稳定的直流
5V电压。本设计所用的是由三端稳压集成电路lm7805构成的5V稳压电源电路。
三端稳压集成电路lm7805是稳压用的集成电路 有三条引脚输出 分别是输
入端、接地端和输出端。lm7805三端稳压组成的稳压电源所需的外围元件极少
电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路 使用起来可靠、方便 而且价格
便宜。其内部结构如图3-6 电子科技大学学士学位论文12
图3-6 LM7805的内部结构图中的引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的。这样标注便
于记忆。引脚①为最高电位 ③脚为最低电位 ②脚居中。从图中可以看出 不
论正压还是负压 ②脚均为输出端。对于lm7805正压系列 输入是最高电位 自
然是①脚 地端为最低电位 即③脚。
本设计中使用的由lm7805构成的稳压电路 是一个输出正5V直流电压的稳
压电源电路 如图3-7所示。图3-7 lm7805构成的5V稳压电路图3-7Lm7805构成的稳压电路 电路输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电
源。它由电源变压器B 桥式整流电路D1 D4 滤波电容C1、C3 防止自激电
容C2、C3和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的。第3章系统硬件设计13
220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压 再经过桥式整流电路D1
D4和滤波电容C1的整流和滤波 在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两
端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的
变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压
电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。3.4 温度信号采集单元对于温度的采集需LM35温度传感器。LM35温度传感器是由National
Semiconductor所生产的温度感测器 其输出电压与摄氏温标呈线性关係 转换公
式如式3-1所示 0°C时输出为0V 每升高1°C 输出电压增加10mV。公式 3-1 LM35 有多种不同封装型式 在常温下 LM35 不需要额外的校准处理即可
达到±1/4°C的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种 其引脚如图
3-8 所示 正负双电源的供电模式可提供负温度的量测如图3-9 两种接法的静默
电流-温度关系如图3-10所示 单电源模式在25°C下静默电流约50μA 非常省
电。图3-8 LM35引脚排列电子科技大学学士学位论文14
图3-9 LM35供电模式图
单电源模式正负双电源模式
图3-10静默电流-温度关系 3.5 液晶显示屏输出液晶显示的原理是利用液晶的物理特性 通过电压对其显示区域进行控制
有电就有显示 这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模
集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点 目前已经被广泛应用在便携式
电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。
本文章中所使用的液晶屏是128×64点阵的SG12864显示屏 自带汉字库 可
以显示几千个汉字、符号及图形。其各引脚的功能如表3-11所示。第3章系统硬件设计15
表3-11 SG12864液晶屏引脚说明该液晶屏有并行传输和串行传输两种方式 当使用并行数据传输模式时 需
要将PSB引脚接高电平。本实验中采用的是并行的传输方式。其中DB0 DB7双
向传送数据或指令 利用RS、R/W、及E三个信号对数据及指令的传送、读取来
控制。其写显示数据的时序图如图3-12所示 图3-12 写资料时序图其中RS为高电平表示读写的是指令 低电平为数据 R/W为高电平表示读
操作 低电平表示写操作 E信号为芯片使能端 可以通过其下降沿将数据写入或
读出。
将需要显示的数据传送到SG12864显示存储器内 根据写入显存的地址显示
在液晶屏的响应位置上。液晶屏的控制指令如表3-12所示。
本实验中 利用XC866的P3口做为液晶显示屏的数据接口 利用P1口的P1.5
做为RS控制信号线、P1.6做为RW控制信号线 P1.7做为E信号线来实现对液
晶屏存储器的写入控制。在显示内容前需要先对12864进行初始化设置 对12864电子科技大学学士学位论文16
写入初始化指令 令RS为低电平表示数据线上出现的是指令 R/W信号为低电平
表示需要进行的是写操作 然后从P3口输出指令到数据线上 由E信号的下降沿
将数据打入到液晶屏的显存中。
初始化完毕后 可以向显存中写入需要显示的字符内容。此时 需要将RS
信号线拉高 其他的操作和写指令相同 只是这时P3口上出现的是数据信号而已。
图3-12 液晶屏控制指令3.6 灯条程序控制及显示模块本实验利用单片机的I/O口模拟串口的方式0的工作原理。三片移位寄存器8
位移位寄存器4094顺次级联 构成了24位的移位寄存器。由单片机的P0.3、P0.4
和P0.5做为时钟信号、移位输出端和锁存信号。当时钟的上升沿到来时 将数据第3章系统硬件设计17
线上的值输入移位寄存器的最低位 高次位依次向上移动。每个发光点都由红、
绿、蓝三个发光二极管组成 每个发光二极管都由移位寄存器的一位来进行控制
因此可以混合出8种不同的颜色 使其连续不断的显示则可以实现霓虹灯的显示
效果。
本设计使用的是8位移位寄存器8位移位寄存器4094其基本特性如下
8位移位寄存器4094是带输出锁存和三态控制的串入/并出高速转换器 具有
使用简单、功耗低、驱动能力强和控制灵活等优点。
8位移位寄存器4094的引脚定义如图3-13。其中(1)脚为锁存端 (2)脚为串行
数据输入端 (3)脚为串行时钟端。(1)脚为高电平时 8位并行输出口Q1 Q8在
时钟的上升沿随串行输入而变化 (1)脚为低电平时 输出锁定。利用锁存端可方
便地进行片选和级联输出控制。(15)脚为并行输出状态控制端 (15)脚为低电平时
并行输出端处在高阻状态 在用8位移位寄存器4094作显示输出时 可使显示数
码闪烁。(9)脚QS、(10)脚Q′S是串行数据输出端 用于级联。QS端在第9个串行
时钟的上升沿开始输出 Q′S端在第9个串行时钟的下降沿开始输出。
当8位移位寄存器4094电源为5V时 输出电流大于3.2MA 灌电流为1 MA。
串行时钟频率可达2.5MHZ。
图3-13位移位寄存器4094的引脚
8位移位寄存器4094时序图如图3-14 电子科技大学学士学位论文18
图3-14 8位移位寄存器4094时序灯条控制的连接图如图3-15所示。
图3-15 灯条控制连接图由于发光二极管需要较大的工作电流 所以在输出端采用NPN三极管9013
进行驱动 保证发光二极管的可靠工作。NPN三极管9013的简介如下 把显示文
字平面朝自己 从左向右依次为e发射极b基极c集电极 对于中小功率塑料三
极管按图使其平面朝向自己 三个引脚朝下放置 则从左到右依次为e b c三极。866
单片机
I/O 口
8位移位
寄存器
4094 1
8位移位
寄存器
4094 2
8位移位
寄存器
4094 3
3*8 24 个发光二极管第3章系统硬件设计19
9013的具体参数如下 结构 NPN 集电极-发射极电压25V 集电极-基电压45V 射极-基极电压5V 集电极电流0.5A 耗散功率0.625W 结温150℃ 特怔频率
小150MHZ。移位寄存器的输出脚接到NPN三极管的基极端。当输出为高电平时
三极管导通 电流流过发光二极管使其发光。单个发光三极管的驱动电路如图3-16
所示。
图3-16 三极管的驱动电路本设计用以上元件制作了灯条控制的电路板 在制作过程中主要用了Protel
仿真软件。下面对Protel进行简单的介绍。
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于
Windows操作系统上 可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路 该软件的特点
是 ①实现了单片机仿真和数字电路仿真相结合。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等功能 有各种虚拟仪器 如示波
器、信号发生器等。②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有
XC866系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、Z80系列、HC11系列。③提供
软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能 同时
支持第三方的软件编译和调试环境 如Keil uVision3等软件。④具有强大的原理
图绘制功能。总之 该软件是一款集单片机和电路分析于一身的仿真软件 功能
极其强大。
双击桌面上的ISIS 6 Professional图标或者单击屏幕左下方的“开始”→“程
序”→“Proteus 7.1 Professional”→“ISIS 7.1 Professional”
电子科技大学学士学位论文20
图3-17 启动时的屏幕Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面 如图3-18所示。包括
标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象
方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。
图3- 18 Proteus ISIS的工作界面第3章系统硬件设计21