基于单片机的液晶显示和键盘实现

基于单片机的液晶显示和键盘实现内容摘要：

器（ MCU Micro Controller Unit），国际上常把单片机称为微控制器，而国内则比较习惯称为 “单片机 ”。 单片机的特点 (1)集成度高 单片机把 CPU， RAM， ROM， I/O 接口以及定时器 /计数器都集成在一个芯片上，和常规的计算机系统相比，它具有体积小，集成度高的特点。 (2)存储量大 采用 16位地址总线的 8位单片机可寻址外部 64KB数据存储器和 64KB程序存储器。 此外，大部分单片机还有片上 RAM(一般为 128~256B)和内部 ROM(一般为 2~4KB)，在大多数情况下，内部存储器就已经足够了，从而减少了器件的使用数量，降低了成本。 (3)性能高，速度快 为了提高速度和执行效率，单片机使用 RISC 体系结构，并行流水线操作和 DSP 等设计技术，指令运行速度大幅提高。 (4)抗干扰性强 单片机的各种功能都集成在一个芯片上，特别是存储器也集成在芯片内部，因此单片机布线短，大都在芯片内部传送数据，因此不易受到外部的干扰，增强了抗干扰能力，系统运行更加可靠。 (5)指令丰富 单片机一般都有传送指令，逻辑运算指令，转移指令相加，减运算指令，位操作指令。 单片机的应用 (1)家用电器领域 洗衣机、电冰箱、空调、微波炉、电饭煲、电视机、录像机及其他视频音像设备的控制器中已普遍采用单片机扩展电路取代传统的控制电路。 (2)办公自动化领域 一台 PC 可以嵌入 10 个单片机系统，如键盘、鼠标、显示器、 CDROM、声卡、打安徽工程科技学院毕业设 计（论文） 5 印机、软 /硬盘驱动器和调制解调器等。 (3)工业自动化领域的应用 在工业自动化领域，如工业过程控制、过程检测、工业控制器及机电一体化控制系统等，单 片机系统主要用来实现信号的检测，数据的采集以及应用对象的控制。 这些系统除一些小型工控机外，许多都是以单片机为核心的单机或多机网络系统。 (4)智能仪器仪表与智能传感器领域 目前各种变送器，电器测量仪表普遍采用单片机应用系统代替传统的测量系统，使测量系统具有各种智能化功能，如存储，数据处理，查找，判断，联网和语音功能等。 (5)汽车电子与航空航天电子系统 通常在这些电子系统中集中显示系统，动力检测控制系统，自动驾驶系统，通信系统以及运行监视器 (黑匣子 )等，都要构成冗余的网络系统。 单片机的历史 1971 年微处理器的研制成功后不久，就出现了单片机。 单片机根据其操作处理的位数可以分为： 1 位单片机， 4 位单片机， 8 位单片机， 16 位单片机， 32 位单片机 [8]。 最早的单片机是一位的，其发展历史基本上可以分为以下 4 个阶段 (1)单片机的初级阶段（ 1974~1976） 因工艺限制，早期的单片机普遍采用双片的形式，功能比较简单。 例如仙童公司生产的 F8 单片机，实际上只包含 8 位 CPU， 64BRAM 和 2 个并行口。 因此还需加一块 3851（由 1KBROM，定时器 /计数器和 2 个并行 I/O 构成）才能组成一台完整的计算机。 (2)低 性能单片机阶段（ 1976~1978 年） 此阶段的代表为 Intel 公司制造的 MCS~48 单片机，这种单片机内集成了 8 位 CPU，并行 I/O 口， 8 位定时器 /计数器和 RAM， ROM 等，其不足之处是无串行口，中断处理比较简单，片内 RAM 和 ROM 容量较小，且寻址范围不大于 4KB。 (3)高性能单片机阶段（ 1978~现在） 此阶段推出的单片机普遍带有串行口，多极中断系统， 16 位定时器 /计数器。 片内POM， RAM 容量加大，且寻址范围可打 64KB，有的片内还有 A/D 转换器，这类单片机的典型代表是： Intel 公司的 MCS~51 系列， Motorola 公司的 6801 和 Zilog 公司的 Z8等，这类单片机的性价比高，仍被广泛应用，是目前应用比较广泛的单片机。 (4)8 位单片机巩固发展以及 16 位， 32 位单片机推出（阶段 1982~现在） 此阶段的主要特征是，一方面发展 16 位单片机， 32 位单片机以及专用型单片机；另一方面不断完善高档 8 位单片机，改善其结构，以满足不同的用户需求， 16 位单片机的典型产品如 Intel 公司生产的 MCS~96 系列单片机，其集成度已达 120 000 管子片 /片，主频 12MHz，片内 RAM 为 232B， ROM 为 8KB，中断 处理为 8 级，而且片内带有多通道 10 位 A/D 转换器和高速输入 /输出部件 (HIS/HSO).实时处理能力很强。 32 位单片机除了具有更高的集成度外，其主频可达 20MHz，数据处理速度比 16 位单片机快了许多，性能比 8 位， 16 位单片机更加优越。 8 位单片机的主要生产厂家和机型 自 20 世纪 80 年代以来，单片机产品如雨后春笋般大量涌现， GI 公司， Rochwe 公司， Intel 公司， Zilog 公司， Motorola 公司， NEC 公司等世界上几大计算机公司都纷纷推出自己的单片机系列。 据统计，现在市场上的单片机产品有 50 多个系列，数百个品种。 姓名 ：基于单片机的液晶显示与键盘实现 6 目前世界上较为著名的 8 位单片机的生产厂家和主要机型如下 美国 Intel 公司： MCS51 系列及其增强型系列 美国 Motorola 公司： 6801 系列和 6805 系列 美国 Atmel 公司： 89C51 系列 美国 Zilog 公司： Z8 系列及 SUPER8 美国 Fairchild 公司： F8 系列和 3870 系列 美国 Rochwe 公司： 6500/1 系列 美国 TI(德克萨司仪器仪表 )公司： TMS7000 系列 NS(美国国家半导体 )公司： NS8070 系列 美国 RCA(无线电 )： CDP1800 系列 日本松下 (National)： MN6800 系列 日本 NEC(电气 )公司 ： (COM87((PD7800))系列 日本 HITACHI(日立 )： HD6301/HD63L05/HD6305 荷兰 PHILIPS(菲利浦 )公司 ： 8*C552 系列 虽然单片机的品种很多，但在我国使用最多的还是 Intel 公司的 MCS51系列单片机， MCS51 系列单片机是在 MCS48 系列的基础上于 20 世纪 80 年代初发展起来的，虽然它仍然是 8 位单片机，但它品种齐全，兼容性强，性能价格比高，且软硬件应用设计资料丰富，已为广大工程技术人 员所熟悉，因此在我国得到了广泛的应用。 单片机的最新发展 为了满足不同的用户要求，提高单片机的技术性能，各公司竞相推出能满足不同需要的产品。 其改进主要体现在以下几个方面 [9] (1)CPU 的改进 ① 采用双 CPU 结构，以提高处理能力。 ② 增加数据总线宽度，单片机内部采用 16 位数据总线，其数据处理能力明显优于一般 8 位单片机。 ③ 采用流水线结构。 指令以队列形式出现在 CPU 中，且具有很快的运算速度。 尤其适合于做数字信号处理用，例如 TMS320 系列数字信号处理机。 ④ 串行总线结构，菲利浦公司开发了一种新型总 线 IIC 总线 (IntelICbus).该总线是用 3 条数据线代替现行的 8 位数据总线，从而大大减少了单片机引线，降低了单片机的成本，目前许多公司都在积极的开发此类产品。 (2)存储器的改进 ① 增加存储容量：新型单片机片内 ROM 一般可达 4K~8KB， RAM 为 256B。 有的单片机内 ROM 可达 128KB。 ② 闪速 (Flash)存储器： 片内 EPROM 由于需要高压编程写入，紫外线擦抹给用户带来不便，闪速存储器能在 +5V 电压下读写，不需紫外线擦抹，既具有静态 RAM 读写操作的简便，又具有在掉点是数据不会丢失的优点。 由于 闪速存储器中数据写入后能永久保持，因此，有的单片机将它们作为片内 RAM 使用，甚至有的单片机将闪速存储器用做片内通用寄存器。 ③ 程序保密化：一般 EPROM 中的程序很容易被复制。 为防止复制，某些公司开始采用 KEPROM(Key_WXedacessEPROM)编程写入，有的则对片内 EPROM 或 EEPROM加锁。 加锁后，用户无法读取其中的程序。 若要去读，必须抹去 EEPROM 中的信息，这就达到了程序保密的目的。 安徽工程科技学院毕业设 计（论文） 7 (3)片内 I/O 的改进 单片机有较多的并行口，以满足外围设备，芯片扩展的需要。 单片机配有串行口，以满足多机 通信的要求。 ① 增加并行口的驱动能力。 这样可减少外部驱动芯片。 有的单片机能直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动 LED 和 VFD(荧光显示器 ) ② 增加 I/O 口的逻辑控制功能 .大部分单片机的 I/O 口都能进行逻辑运算。 高档单片机的位处理系统能够对 I/O 口进行位寻址及位操作，大大加强了 I/O 口线的灵活性 ③ 有些单片机设置了一些特殊的串型接口功能，为构成网络化系统提供了方便条件 (4)外围电路内装化 早期的单片机采用 PMOS 工艺，接着由 PMOS 发展到 NMOS 工艺。 目前高档单片机已基本采用了具有高性能的 HMOS 和 CMOS 工艺，随着半导体技术的发展，单片机的集成度不断提高，把众多的外围功能器件都集成在片内，除了一般必须具有 ROM，RAM，定时器 /计数器和中断系统外，为了适应检测，控制等更高的要求，有些单片机还集成有 A/D 转换器， D/A 转换器， DMA 控制器，中断控制器，锁相环，频率合成器，字符发生器，声音发生器， CRT 控制器和译码驱动器等。 随着集成电路技术及工艺的不断发展，装入片内的外围电路也可以大规模生产。 把所需的外围电路全部装入单片机内，使系统单片化是目前单片机发展的趋势之一。 (5)低功耗和供电范围加宽 8 位单片机中 有一半的产品已 CMOS 化。 CMOS 芯片的单片机本身具有功耗小的优点，而且为了充分发挥低功耗的特点，这类单片机普遍配置有 Wait 和 Stop 两种工作方式，例如：采用 CHMOS 工艺的 MCS51 系列单片机 80C51BH/80C31BH/87C51 在正常运行（ 5V， 12MHz）时，工作电流为 16mA，同样条件下在 Wait 方式工作时，工作电流则为 ，而在 Stop 方式（ 2V）工作时，工作电流仅为 50181。 a。 对于 NMOS 工艺的单片机工作电源，一般为 ~ 采用 CMOS 工艺的单片机，工作电压范围至 3~6V。 随着科技的发展，单片机将向多功能，高性能，高速度，低电压，低功耗，低价格，外围电路内装化以及片内存储器增加和 Flash 存储器方向发展。 但其位数不一定会继续增加，尽管现在已经有 32 位单片机，但使用得并不多。 此外，专用化也是单片机的一个发展方向，针对单一用途的专用单片机将会越来越多。 MCS51 系列单片机 MCS 是 Intel 公司的注册商标，凡在 Intel 公司生产的以 8051 为核心单元的其他派生单片机都可以称为 MCS51 系列，有时简称为 51 系列， MCS51 系列单片机包括 3 个基本型 8031， 8051， 8751 和对应耗型 80C31， 80C51， 87C51[10]。 20 世纪 80 年代中期以后， Intel 公司以专利转让的形式把 8051 内核心技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如 ATMEL， PHILIPS， ANALOGDEVICES， DALLAS 等。 这些厂家生产的芯片是 MCS51 系列的兼容产品，准确的说是与 MCS51 指令系统兼容的单片机。 这些兼容机与 8051 的系统结构 (主要是指令系统 )相同，采用 CMOS 工艺，因而，常用 80C51 系列来称呼所有具有 8051 指令系统的单片机，但是，这些公司生产的以 8051 为 核心的其他派生单片机却不能称为 MCS51 系列，只能称为 8051 系列。 也就是说， MCS51 系列是专指 Intel 公司生产的以 8051 为核心单元的单片机，而 8051 系列泛指所有公司（也包括 Intel 公司）生产的以 8051 为核心单元的所有单片机。 MCS51 系列及 80C51 单片机有多种品种。 它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别，目前使用的 MCS51 系列单片机及兼容产品通常分为以下几类姓名 ：基于单片机的液晶显示与键盘实现 8 [11]： (1)基本型（典型产品： 8031/8051/8751） 8031 内部包括一个 8 位 CPU， 128B RAM ， 21 个特殊功能寄存器（ SFR）， 4 个 8位并行 I/O 口，一个全双工串行口， 2 个 16 位定时器计数器 .片内无程序存储器，需外扩 EPROM 芯片。 8051 以 8031 为基础，片内又集成有 4KB ROM 作为程序存储器，是一个程序不超过 4KB 的小系统。 ROM 内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的 8051都是含有特殊用途的单片机。 8751 在 8031 基础上，增加了 4KB 的 EPROM，它构成了一个程序小于 4KB 的小系统。 用户可以。