基于单片机的简易数字电压表的设计论文

基于单片机的简易数字电压表的设计论文内容摘要：

，如下表 2 所示： 表 2 P3 口各位的第二功能 P3 口各位 第二功能 RXT（串行口输入） TXD（串行口输出） /INT0（外部中断 0输入） /INT1(外部中断 1 输入 ) T0（定时器 /计数器 0的外部输入） T1（定时器 /计数器 1的外部输入） /WR（片外数据存储器写允许） /RD（片外 数据存储器读允许） VCC 为 +5V 电源线， VSS 接地。 ALE：地址锁存允许线，配合 P0 口的第二功能使用，在访问外部存储器时，89C51 的 CPU 在 引脚线去传送随后而来的片外存储器读 /写数据。 在不访问片外存储器时， 89C51 自动在 ALE 线上输出频率为 1/6 震荡器频率的脉冲序 基 于单片机的简易数字电压表的设计 第 9 页 共 34 页 列。 该脉冲序列可以作为外部时钟源或定时脉冲使用。 /EA:片外存储器访问选择线，可以控制 89C51 使用片内 ROM 或使用片外 ROM, 若 /EA=1，则允许使用片内 ROM, 若 /EA=0，则只使用片外 ROM。 /PSEN： 片外 ROM 的选通线，在访问片外 ROM 时， 89C51 自动在 /PSEN 线上产生一个负脉冲，作为片外 ROM 芯片的读选通信号。 RST：复位线，可以使 89C51 处于复位 (即初始化 )工作状态。 通常 89C51 复位有自动上电复位和人工按键复位两种。 XTAL1 和 XTAL2：片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接 89C51 片内 OSC(震荡器 )的定时反馈回路。 复位电路和时钟电路 复位电路设计 单片机在启动运行时都需要复位，使 CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状 态，并从这个状态开始工作。 MCS51单片机有一个复位引脚 RST,采用施密特触发输入。 当震荡器起振后，只要该引脚上出现 2 个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位 [1]。 复位完成后，如果 RST 端继续保持高电平， MCS51 就一直处于复位状态，只要 RST 恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态。 单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种，图 6 是 51 系列单片机统常用的上电复位和手动复位组合电路，只要 Vcc 上升时间不超过 1ms，它们都能很好的工作 [1]。 图 6 复位电路 时钟电路设计 单 片机中 CPU 每执行一条指令，都必须在统一的时钟脉冲的控制下严格按时间节拍进行，而这个时钟脉冲是单片机控制中的时序电路发出的。 CPU 执行一条指令的各个微操作所对应时间顺序称为单片机的时序。 MCS51单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成震荡器， XTAL1 为该放大器的输入端， XTAL2 基 于单片机的简易数字电压表的设计 第 10 页 共 34 页 为该放大器输出端，但形成时钟电路还需附加其他电路 [1]。 本设计系统采用内部时钟方式，利用单片机内部的高增益反相放大器，外部电路简，只需要一个晶振和 2 个电容即可，如图 7所示。 图 7 时钟电路 电路中的器件 选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数，电路中，电容器 C1 和 C2对震荡频率有微调作用，通常的取值范围是 30177。 10pF，在这个系统中选择了 33pF；石英晶振选择范围最高可选 24MHz，它决定了单片机电路产生的时钟信号震荡频率，在本系统中选择的是 12MHz，因而时钟信号的震荡频率为 12MHz。 LCD602 显示系统设计 简介 图 8 LCD1602 实物 工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32个字符。 （ 16 列 2行） 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵 型液晶模块。 它由若干个 5X7 或者 5X11 等 点阵 字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好）。 1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。 基 于单片机的简易数字电压表的设计 第 11 页 共 34 页 市面上字符液晶大多数是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 其 管脚 功能 图如下 图 9 LCD1602 电气元件 1602 采用标准的 16脚接口，其中： 第 1 脚： VSS 为 电源地 第 2 脚： VCC 接 5V 电 源正极 第 3 脚： V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对 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 1 时选择 数据寄存器 、低电平 0 时选择 指令寄存器。 第 5 脚： RW 为读写信号线，高电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作。 第 6 脚： E(或 EN)端为使能 (enable)端 ,高电平（ 1）时读取信息，负跳变时执行指令。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据端。 第 15～ 16脚： 空脚 或背灯电源。 15 脚背光正极， 16 脚背光负极。 LCD1602 特性如下： 或 5V 工作电压，对比度可调 内含复位电路 提供各种控制命令 ,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 有 80 字节 显示数据存储器 DDRAM 内建有 192 个 5X7 点阵 的字型的字符发生器 CGROM 8个可由用户自定义的 5X7 的字符发生器 CGRAM 微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。 基 于单片机的简易数字电压表的设计 第 12 页 共 34 页 字符集和指令集 字符集 1602 液晶模块内部的 字符 发生 存储器 （ CGROM)已经存储了 160 个不同的 点阵 字符图形，这些字符有：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”。 在 单片机 编程 中还可以用字符型 常量 或 变量 赋值，如 39。 A’。 因为 CGROM 储存的字符代码与我们 PC 中的字符代码是基本 一致的，因此我们在向 DDRAM 写C51 字符代码程序时甚至可以直接用 P1=‘A’ 这样的方法。 PC 在编译时就把 39。 A39。 先转换为 41H 代码了。 CGROM 中字符码与字符字模关系对照表 表 3 LCD1602 字模关系对照表 字符代码 0x00~0x0F 为用户自定义的字符图形 RAM(对于 5X8 点阵的字符，可以存放 8 组， 5X10 点阵的字符，存放 4 组 )，就是 CGRAM 了。 0x20～ 0x7F 为标准的 ASCII 码， 0xA0～ 0xFF 为日文字符和希腊文字符，其余字符码 (0x10～ 0x1F 及 0x80～ 0x9F)没有定义。 以下是 1602 的 16 进制 ASCII 码表地址：读的时候，先读左边那列，再读上面那行，如：感叹号。 的 ASCII 为 0x21，字母 B 的 ASCII 为 0x42（前面加 0x 表 基 于单片机的简易数字电压表的设计 第 13 页 共 34 页 示十六进制）。 表 4 为 LCD1602 指令集。 表 4 LCD1602 指令集 指令码 功 能 令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清除显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 将 DDRAM 填满 20H,并且设定 DDRAM 的地址计数器 (AC)到 00H 地址归位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X 设定 DDRAM 的地址计数器(AC)到 00H,并且将游标移到开头原点位置。 这个指令不改变DDRAM 的内容 显示状态开 /关 0 0 0 0 0 0 1 D C B [D=1: 整体显示 ON][C=1: 游标 ON] [B=1:游标位置反白允许 ] 进入点设定 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 指定在数据的读取与写入时 ,设定游标的移动方向及指定显示的移位 游标或显示移位控制 0 0 0 0 0 1 S/C R/L X X 设定游标的移动与显示的移位控制位。 这 个 指 令 不 改 变DDRAM 的内容 功能设定 0 0 0 0 1 DL X RE X X [DL=0/1： 4/8 位数据 ] [RE=0/1： 基本指令操作 / 扩充指令操作 ] 设定CGRAM地址 0 0 0 1 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 设定 CGRAM 地址 设 定DDRAM地址 0 0 1 0 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 设定 DDRAM 地址（显示位址） [第一行： 80H－ A7H] [第二行： C0H－ E7H] 基 于单片机的简易数字电压表的设计 第 14 页 共 34 页 读取忙标志和地址 0 1 BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 读取忙标志 (BF)可以确认内部动作是否完成 ,同时可以读出地址计数器 (AC)的值 写数据到RAM 1 0 数据 将数据 D7—— D0 写入到内部的 RAM (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM) 读出RAM 的值 1 1 数据 从 内 部 RAM 读 取 数 据D7—— D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM) 总体电路设计 经过以上的设计过程，可设计出基于单片机的简易数字直流电压表硬件电路原。