基于单片机控制的液晶显示万年历设计(编辑修改稿)

基于单片机控制的液晶显示万年历设计(编辑修改稿)内容摘要：

low cost, easy to carry . That’s result in its universal in the fields of industrial control and home entertainment. This paper takes AT89C51 as the object of study,128X64 LCD as a display, supplemented with DS18B20, DS1302 chip. The singlechip puter system design is posed of a lunar calendar, a Gregorian calendar, time and temperature display. The functions of each part is test by soft wares of Keil C and Protues. 【 Key words】 Singlechip Microputer, 128x64 LCD, DS18B20, Protues 山东农业大学学士学位论文 1 1 绪论 课题研究的背景 单片机的出现是近代计算机技术的里程碑事件，因为 它的 诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统（简称嵌入式系统）两大分支。 单片机单芯片的微小体积和极低的成本 ，可广泛的嵌入到如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。 单片机作为最典型的嵌入式系统，他的成功应用推动了嵌入式系统的发展。 20年来，单片机经历了从单片微型计算机 （ Single Chip Microputer）到微控制器（ MicroController Unit， MCU）到片上系统（ System on Chip）的发展， 推动了嵌入式处理器的发展。 目前，各种类型的嵌入式处理器 逐渐形成了微控制器或片上系统的嵌入式应用系统的基础内核，演化出庞大的嵌入式 系统家族。 目前，单片机已成为电子系统智能化的最普遍的应用手段， 渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。 文章结构介绍 作为单片机系统的学习应用，本文意在完成一个基于单片机控制的液晶显示万年历设计。 该万年历具有正常走时、调时、阴历阳历显示、实时温度显示等功能。 先将本文的结构框架介绍如下：第一章，绪论部分；第二章，单片机 及 液晶的简单介绍；第三章，单片机系统的硬件设计，包括系 统电路图 、元器件的选择等；第四章，单片机系统的软件设计，包括系统各模块的程序流程图、核心程序、仿真结果等；第五章，总结； 山东农业大学学士学位论文 2 2 单片机及液晶的简单介绍 单片机 的简介 单片机 的 含义 随着大规模集成电路技术的发展，可以将 CPU、 RAM、 ROM、定时器 /计数器以及输入 /输出（ I/O）接口电路等计算机的主要部件集成在一块集成电路芯片上。 这样组成的芯片级的微型计算机只以为“ 单片微型计算机（ Single Chip Microputer） ” 或“单片微机”，在我国，习惯上称其为“ 单片机”。 单片机虽然只是一个芯片，但是从组成和功能上看，它已经具有了微机系统的含义。 由于单片机从功能和形态上来说都是作为控制领域应用的要求而诞生的，并且发展到新一代 80C5 M68HCO M68HC11 系列单片机时 ，在其中着力扩展了各种控制功能，如模 /数（ A/D）转换、脉冲调制（ PWM） 、计数器捕获 /比较逻辑（ PCA）、高速 I/O 口和 WDT 等，以突破了微型计算机（ Microputer） 的传统内容。 所以更本质的反应单片机的叫法应是微控制器（ MicroController Unit， MCU）。 根据 单片机的结构和微电子设计的特点，虽然应用系统中往往仅以单片机为核心，但是它已完全融入应用系统之中，故而也有将单片机称为 嵌入式微控制器（ Embedded MicroController）的。 在我国，单片机的叫法甚为普遍，这里把它认为是一个单片形态的微控制器，因为本文还是将其称为单片机。 单片机 的发展过程 1970 年微处理器研制成功以后，随之出现了单片机 （即单片的微型计算机）。 1971 年美国 Intel 公司生产的 4 位单片机 4004 和 1972 年生产的雏形 8 位单片机8008，特别是 1976 年 9 月 Intel 公司的 MCS— 48 单片机问世以来，在短短的时间年间，经历了四次更新换代，其发展速度大约每二、三年要更新一代，集成度增加一倍，功能翻一番。 发展速度之快，应用范围之广 已经达到了惊人的地步。 它已经渗透到生产和生活的各个领域，可谓无所不在。 下面列举单片机发展过程中的一些重要事件 ，对单片机的发展状况作简要说明。 1971 年 Intel 公司研制出世界上第一个 4 位的微处理器； Intel 公司的霍夫研制成功世界上第一块 4位微处理器芯片 Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。 因发明微处理器， 霍夫被英国《经济学家》杂志列山东农业大学学士学位论文 3 为“二战以来最有影响力的 7位科学家”之一。 1971 年 11 月， Intel 推出 MCS4 微型计算机系统（包括 4001 ROM 芯片、 4002 RAM 芯片、 4003 移位寄存器芯片和 4004 微处理器 ）其中 4004（下图）包含 2300个晶体管，尺寸规格为 3mm 4mm，计算性能远远超过当年的 ENIAC，最初售价为 200美元。 1972 年 4月，霍夫等人开发出第一个 8位微处理器 Intel 8008。 由于 8008 采用的是 P沟道 MOS 微处理器，因此仍属第一代微处理器。 1973 年 intel 公司研制出 8 位的微处理器 8080； 1973 年 8 月，霍夫等人研制出 8位微处理器 Intel 8080，以 N沟道 MOS 电路取代了 P沟道，第二代微处理器就此诞生。 主频 2MHz 的 8080 芯片运算速度比 8008 快 10 倍，可存取 64KB 存储器，使用了基于 6微米技术的 6000 个晶体管，处理速度为 （ Million Instructions Per Second ）。 1975 年 4月， MITS 发布第一个通用型 Altair 8800，售价 375 美元，带有 1KB存储器。 这是世界上第一台微型计算 机。 1976 年 intel 公司研制出 MCS48系列 8 位的单片机，这也是单片机的问世。 Zilog 公司于 1976 年开发的 Z80 微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。 当时， Zilog、 Motorola 和 Intel 在微处理器领域三足鼎立。 20 世纪 80 年代初， Intel 公司在 MCS48系列单片机的基础上，推出了 MCS51系列 8 位高档单片机。 MCS51 系列单片机无论是片内 RAM 容量， I/O 口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。 液晶的简介 液晶的含义及用途 液晶 ，即液态晶体（ Liquid Crystal， LC），是 相态 的一种，因为具有特殊的理 化 与 光 电 特性， 20 世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的 显示技术 上。 人们熟悉的物质状态（又称 相 ）为气、液、固，较为生疏的是 等离子 和液晶。 液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生，它们可以流动，又拥有结晶的光学性质。 液晶的定义，现在以放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。 而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以 碳 为中心所构成的化合物。 同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对 电磁场 敏感，极有实用价值。 液晶显示材料最常见的用途是 电子表 和 计算器 的显示板，为什么会显示 数字山东农业大学学士学位论文 4 呢。 原来这种液态光电显示材料，利用液晶的 电光效应 [1]把电信号转换成字符、图像等可见 信号。 液晶在正常情况下，其 分子 排列很有秩序，显得清澈透明，一旦加上直流电场后，分子的排列被打乱，一部分液晶变得不透明，颜色加深，因而能显示数字和图象。 液晶显示技术的发展 在 之后，液晶研究暂时进入低谷，也有人说， 19301960 年期间是液晶研究的空白期。 究其原因，大概是由于当时没有发现液晶的实际应用。 但是，在此期间，半导体电子工业却获得了长足的发展。 为使液晶能在显示器中的应用，透明电极的图形化以及液晶与半导体电路一体化的微细加工技术必不可缺。 随着半导体工业的进步，这些技术已趋向成熟。 20 世纪 40 年代，开发出矽半导体，利用传导电子的 n 型半导体和传导电洞的 p 型半导体构成 pn 介面（ pnjunction），发明了二极管和晶体管。 在此之前，在电路中为实现从交流到直流的整流功能，要采用二极管，而要实现放大功能，要采用晶体 管。 这些大而笨重的元件完全可以由半导体二极管和晶体管代替，不需要向真空中发射电子，仅在固体特别是极薄的膜层中，即可实现整流、放大功能，从而使电子回路实现了小型化。 接着，藉由光加工技术实现了包括二极管、晶体管在内的电子回路图形的薄膜化、超微细化。 这种技术简称为微影（ photolithography）。 20 世纪 60 年代，随着半导体集成电路（ integrated circuit）技术的发展，电子设备实现了进一步的小型化。 上述技术的进步，对于在液晶显示装置（ display）中的应用是必不可少的，随着材料科 学和材料加工技术的进一步发展，以及新型显示模式和驱动技术的开发，液晶显示技术获得了快速发展。 1968 年，任职美国 RCA 公司的 发表采用 DS（ dynamic scattering，动态散射）模式的液晶显示装置。 在此之后，美国企业最早开始了数字式液晶手表实用化的尝试。 山东农业大学学士学位论文 5 3 单片机系统的硬件设计 单片机系统的原理框图 图 单片机系统的原理框图 由上图可以看出该单片机系统主要有四部分组成：按键输入 模块、温度检测模块、时间模块、单片机控制模块、 12864 液晶 显示模块。 现在 我就将各模块的功能一一介绍给大家。 单片机系统的模块说明 及电路图  按键输入模块 在本设计中，总共有三个按键 （如图 ） ， 采用独立式连接方式， SET 键、 INC键 和 DEC 键 ，分别对应单片机的 、 、 端口。 图 按键输入连接 SET 键： 选择 万年历分别进入校时模式和 正常走时模式。 INC 键：在万年历的校时模式中，控制 各选择位进行加一操作。 DEC 键： 在万年历的校时模式中，控制各选择位进行减一操作。  温度 检测模块 在该模块中，采用 DS18B20 温度传感器作为 温度采集 芯片。 DS18B20 温度传感DS1302时钟芯片模块 DS18B20 温度检测模块 按键输入模块 单片机 MCU 128x64液晶 显示模块 山东农业大学学士学位论文 6 器 是达拉斯公司生产的一种单总线芯片，它的 测温范围 为 － 55℃ ～ +125℃ ，固有测温分辨率 ℃ ， 具有使用简单、工作稳定 的 优点。 可以适用于工业生产 、家庭应用等场合。 （如下图） 图 温度检测模块  时间模块 该模块提供万年历校时、走时功能，核心芯片是 DS1302。 DS1302 时钟芯片也是达拉斯公司生产的一种单总线芯片 ，工作电压为 ～。 它可以对年 、 月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种 功能。 广泛应用与电话、传真、便携式仪器、以及电磁供电的仪器仪表等产品领域。 图 时间模块  单片机控制模块 由前所述，单片机由于其各种优点，是一种常用的控制器件。 80C51 单片机是第三代单片机中的典型代表， 在该设计中，单片机作为控制模块，接受来自按键模块、时间模块、温度检测模块的信息，来控制液晶显示模块的显示信息。 图 液晶显示模块 山东农业大学学士学位论文 7  12864液晶显示模块 12864 是 128*64 点阵 液晶模块的点阵数简称，业界约定俗成的简称。 它主要由行驱动器 /列驱动器及 12864 全点阵液晶显示器组成。 可完成图形显示，也可以显示 84 个 (1616 点阵 )汉字。 该点阵的显示屏成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域。 单片机系统的 整体 电路设计 如上所述该单片机系统由键盘模块、 12864 显示模块、单片机控制模块、 DS18B20温度检测模块、 DS1302 时钟模块组成。 所以系统的电路设计也是由各模块电路组合而成。 图 单片机系统整体电路设计 单 片机系统的 各 器件 使用 说明 AT89C51 单片机的简要说明 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处山东农业大学学士学位论文 8 理器，俗称单片机。 AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 的单片机。 单片机的 可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将 多功能 8位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器， AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 图 AT89C51 单片机 主要特性： 与 MCS51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0Hz24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16位定时器 /计数器 5 个中断源 可编程串行 通道 低功耗的闲置和掉电模式 山东农业大学学士学位论文 9 片内振荡器和时钟电路  管脚说明： 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 P1口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 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外部必须被拉高。 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 口作为第八位地址接收。 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 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， 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存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 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（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口： RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平山东农业大学学士学位论文 10 时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 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：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁。