(毕业论文)单片机的液晶显示器设计

1、changzhou institute of technology设 计 说 明 书项目名称： 显示屏设计 二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化化 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 副教授 起止时间： 2013年6月17日 2013年6月28日 基于单片机的显示屏设计摘要液晶显示已经是人机界面的关键技术。本文对基于单片机的液晶显示控制技术进行了研究。本文阐明单片机（89c51）控制lcd1602显示屏的方法。首先本文阐述了lcd1602液晶屏的显示原理，随后通过在proteus仿真软件上构建相关的仿真电路，并连接在keil软件编写、编辑及编译生成的相关

2、的.hex驱动程序电路仿真，成功仿真出对所需内容的显示。关键字：lcd1602、单片机、proteus仿真目录 第一章 设计内容和要求41.1 设计的内容41.2 设计意义4第二章 系统总体结构5 2.1 系统的总体结构框图.5 2.2 各框图要实现的功能及相互关系.5第三章 硬件设计6 3.1电源电路9 3.2at89c52单片机.9 3.3 时钟模块.93.4 lcd液晶显示屏9 3.4.1 lcd1602 简介93.4.2 lcd1602主要参数引脚功能103.4.3 lcd1602显示模指令集11第四章 软件设计154.1 系统框图164.2 程序17第五章 系统调试195.2 仿真1

3、9第六章 设计小结21参考文献22附录一 元器件清单23附录二 原理图24附录三 程序清单25附录四 实物图27 第一章 设计内容和要求1.1 设计的内容课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。单片机课程设计，要求学生更多的完成软硬结合的动手实践方案，解决目前学生课程设计过程中普 遍存在的缺乏动手能力的现象.熟悉掌握1602液晶，和12862液晶的原理，并会编程实现在液晶上显示出自己的基本信息。1.2 设计意义 在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数

4、字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、led数码管、液晶显示器。发光管和led数码管比较常用，软硬件都比较简单。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：（1）显示质量高由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（crt）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。（2）数字式接口液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。(3）体积小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。(

5、4)功耗低相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动ic上，因而耗电量比其它显示器要少得多。第二章 系统总体结构2.1系统的总体结构框图整个电路系统由单片机，显示模块，晶振电路等几个模块组成。系统结构图如下图2-1所示：lcd1602液晶显示屏单片机at89c52晶振电路图2-1系统结构图2.2各框图要实现的功能及相互关系 lcd1602液晶显示屏用来显示由单片机传送的信息。第三章 硬件设计3.1电源电路本电路输入家用220v交流电，经过全桥整流，稳压后输出稳定的5v直流电。这种设计方便实用，输出电压稳定，最大输出电流为1a，电路能带动一定的负载电路工作原理如图3-1所示，电路图如

6、图3-2所示图3-1 电源电路原理框图图3-2 电源电路电路图三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。本电路为实现输出直流5v电压，选用lm7805稳压。而lm7805输出电流最大可以达到1a，完全满足设计需要，可以带动全部led。3.2 at89c52单片机单片机系统电路采用如下图3-3所示的at89c52芯片，40引脚的双列直插封装方式，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作；

7、作为输出口，每位能驱动8个ttl逻辑电平，能进行定时器/计数器、串口、中断等系列实验。现在我们对这些引脚的功能加以说明：a) 电源引脚： vcc、gndb) 时钟引脚：xtal1、xtal2c) 复位引脚： rstd) 外部程序存储器访问允许控制端：e) 低八位地址锁存允许信号：alef) 片外程序存储器的读选通信号：g) 32个可编程口：p0、p1、p2、p3图3-3 at89c523.3时钟模块晶振时钟为11.0592mhz。单片机通过内部振荡方式和外部振荡方式获得所需时钟信号。图3-4振荡方式在引脚xtal1和xtal2外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器，就构成了自激振荡器，并产生振

8、荡时钟脉冲。内部振荡方式如图3-4所示。图中，电容器c1，c2起稳定振荡频率，快速起振的作用。电容值一般为530pf。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路中使用较多。 外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。这种方式事宜用来使单片机的时钟与外部信号保持一致3.4 lcd液晶显示屏3.4.1 lcd1602 简介1602是指显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符。目前市面上字符液晶绝大多数是基于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。1602 液晶显示： 1602 液晶模块内部的字符发

9、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”。 1602 识别的是 ascii 码，试验可以用 ascii 码直接赋值。vss、 vdd、 v0 一般接地接电源（+5v） 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）。 rs 为寄存器选择，高电1时

10、选择数据寄存器、低电0时选择指令寄存器。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。e(或 en)端为使能(enable)端，下降沿使能。rs为数据/命令选择端，当此脚为高电平时，可以对1602进行数据字节的传输操作，而为电平时，则是进行命令字节的传输操作。r/w为读写选择端。当此脚为高电平可对lcd1602进行读数据操作，反之进行写数据操作。下图为lcd1602的读操作时序和写操作时序。1602 通过 d0d7 的8位数据端传输数据和指令。显示模式设置： 0011 0000 0x38 设置 162 显示、57 点阵，位数据接口；显示开关及光标设置；0000 1dcb 当d显

11、示(1 有效)、 光标显示(1 有效)、 光标闪烁(1 有效)0000 01ns n=1(读 c b 或写一个字符后地址指针加 1 &光标加 1)，n=0(读或写一个字符后地址指针减 1 &光标减 1)，s=1 且 n=1 (当写一个字符后，整屏显示左移)，s =0 当写一个字 符后，整屏显示不移动数据指针设置：数据首地址为 80h，所以数据地址为80h+ 地址码(0-27h，40-67h),其他设置：01h(显示清屏，数据指针=0，所有显示=0)；02h(显示回车，数据指针=0)。写指令08h 是关闭显示 ，写指令01h 显示清屏， 写指令06h光标移动设置 ，写指令0ch 显示开及光标设置

12、。当我们要写指令字，设置lcd1602的工作方式时：需要把rs置为低电平，rw置为低电平，然后将数据送到数据口d0d7，最后e引脚一个高脉冲将数据写入。当我们要写入数据字，在1602上实现显示时：需要把rs置为高电平，rw置为低电平，然后将数据送到数据口d0d7，最后e引脚一个高脉冲将数据写入。图3-5 lcd1602读写时序3.4.2 lcd1602主要参数引脚功能 1602lcd主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5v工作电流:2.0ma(5.0v)模块最佳工作电压:5.0v字符尺寸:2.954.35(wh)mm引脚功能说明lcd1602引脚如图3.5所示图3-6.

13、lcd1602引脚图引脚图的功能如表3-1所示表3-1 lcd引脚功能3.4.3 lcd1602显示模指令集（1）清屏功能：清ddrom值和ac值（2）归位功能：光标复位，光标返回到地址00h（3）输入方式设置功能：设置光标，画面移动方式。其中：i/d=1：数据读写操作后，ac 自加一；i/d=0：数据读写操作后，ac 自减一；s=1：数据读写操作，画面平移；s=0：数据读写操作，画面不动；（4）显示开关控制功能：设置显示、光标和闪烁开关。其中：d 表示显示开关，d=1 为开，d=0 为关；c 表示光标开关，c=1 为开，c=0 为关；b 表示闪烁开关，b=1 为开，b=0 为关。（5）光标、

14、画面位移功能：光标、画面移动。其中：s/c=1 画面移动一个字符位；s/c=0 光标移动一个字符位；r/l=1:右移；r/l=0 左移。（6）功能设置功能：工作方式设置（初始化指令）。其中：dl=1，8 位数据接口；dl=0，4 位数据接口；n=1，两行显示；n=0，一行显示；f=1，5*10 点阵显示；f=0,5*7 点阵显示。（7）cgram 地址设置功能：设置cgram 地址，a5a0=03fh。（8）ddram 地址设置功能：设置ddram 地址。其中：n=0，一行显示a6a0=04fh；n=1 两行显示，首行a6a0=02fh，次行a6a0=4067h。（9）读bf 及ac 值功能：

15、读忙bf 和地址计数器ac 的值。其中：bf=1：忙，bf=0：准备好。此时ac 值意义为最近一次地址设置（cgram 或ddram）定义。（10）写数据功能：根据最近设置的地址性质，数据写入cgram 或ddram 中。（11）读数据功能：根据最近设置的地址性质，从cgram 或ddram 数据读出。第四章 软件设计系统的软件设计也是工具系统功能的设计。单片机软件的设计主要包括执行软件（完成各种实质性功能）的设计和监控软件的设计。单片机的软件设计通常要考虑以下几个方面的问题：（1）根据软件功能要求，将系统软件划分为若干个相对独立的部分，设计出合理的总体结构，使软件开发清晰、简洁和流程合理；（

16、2）培养良好的编程风格，如考虑结构化程序设计、实行模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植和修改；（3）建立正确的数学模型，通过仿真提高系统的性能，并选取合适的参数；（4）绘制程序流程图；（5）合理分配系统资源；（6）为程序加入注释，提高可读性，实施软件工程；（7）注意软件的抗干扰设计，提高系统的可靠性。4.1 系统框图开 始 对lcd1602a进行初始化 判是否有按键按下 否 扫描按键延时 首行扫描字r3列扫描送p1扫描、判行确定键值键值入栈保护键值转化为asii码，存入寄存器判释放按键 否 判第七位是否为0继续扫描否lcd1602a写命令 显 示延 时结 束4.2 程序#includ

17、e#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code table=liu peng fei;uchar code table1=jia you!;sbit rs=p35;sbit rw=p36;sbit ep=p34;uchar a;void cao(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void zl(uchar com)rs=0;p0=com;cao(5);ep=1;cao(10);ep=0;void sj(uchar shu)rs=1;p0=shu;cao(5

18、);ep=1;cao(10);ep=0;void init()rw=0;zl(0x38);zl(0x0c);zl(0x06);/zl(0x80+0x10);void main()init();for(a=0;a13;a+)sj(tablea);cao(20);zl(0x80+0x40);for(a=0;a8;a+)sj(table1a);cao(20);/for(a=0;a16;a+)/zl(0x18);/cao(200);/while(1);第五章 系统调试单片机应用系统的调试包括硬件和软件两部分，但是他们并不能完全分开。一般的方法是排除明显的硬件故障，再进行综合调试，排除可能的软/硬件故障

19、。5.1 硬盘调试拿到电路板后，首先要检查加工质量，并确保没有任何方面的错误，如短路和断路，尤其要避免电源短路；元器件在安装前要逐一检查，用万用表测其数值，看是否与所用相同；完成焊接后，应先空载上电（芯片座上不插芯片），并检查各引脚的电位是否正确。若一切正常，方可在断电的情况下将芯片插入，再次检查各引脚的电位及其逻辑关系。将万用表的探针放到单片机接电源的引脚上检测一下，看是否符合要求。5.2 仿真就是利用电子器件的数学模型通过计算和分析来表现电路工作状态的一种手段。具有成本低，设计调试周期短，避免器件浪费等特点。特别适合于实验教学，可以在较短的时间内让学生掌握更多的概念。仿真的真实程度取决于器

20、件模型的逼真程度，一个较好的仿真系统虽不能百分之白替代实际器件的实验，但对实际电路的设计调试是有很多帮助的仿真分为实时仿真和非实时仿真。实时仿真是利用虚拟仪器（如信号发生器、示波器、电压表、电流表等）实时跟踪电路状态变化的仿真模式，在这种模式下必须不停地进行分析和计算工作。和实际实验很相似，比较真实，计算工作量大对计算速度有较高的要求，或者说在同样的机器速度下被仿真的电路频率比较低。非实时仿真是将分析计算过程与观察过程分开的仿真模式。根据设置的电路条件，首先对电路进行分析计算，将计算结果保持下来绘制成图表显示在屏幕上，在观察分析过程中不再进行计算工作。这种方式可以在较慢的机器上仿真较高的频率特

21、性，因为分析计算的时间可以被拉长。数字电路的仿真和模拟电路的仿真有很大的不同，数字逻辑电路仿真只在时钟变化时捕捉电路的状态，对信号过冲、信号变形可能忽略而不考虑，计算工作量大大减小，模拟电路在每个信号周期内都要进行很多次的计算和分析，所以计算工作量很大，每个周期的计算点数时可以设置的，不要设置的太高。 液晶显示的调试比较简单，把编译好的上述程序指定到proteus中的单片机中。运行proteus即可在显示器lcd1602中观测到显示结果。显示出第一行为“liu peng fei”。第二行为“jia you！”仿真结果如运行图5-1。图5-1系统运行图第六章 设计小结单片机在现实生活中有很大的实

22、用价值，学好这门课程非常关键，可以让自己的知识储备更加丰富，而这次课程设计正好提供了一个很好的机会加深对单片机知识的掌握，通过对这次课程设计，我对proteus以及keil等软件的使用掌握的更加熟练，对c语言程序有了更深层次的理解。这次课程设计不仅使我对相关专业知识有了更深的理解，而且还让我认识到了理论知识对工作实践的重大意义，学会理论联系实际。课程设计要求我们完全依靠自己的能力去学习和设计，而不是像以往课程那样一切由教材和老师安排。因此，它给了我更大的发挥空间。让我发挥主观能动性独立的查阅资料、寻找数据、设计实验方案，并将理论知识应用到实践中去。通过这次设计提高了我认识问题、分析问题、解决问

23、题的能力。总之，这次设计既是对我课程知识的考核，又是对我思考问题、解决问题能力的考核，更是对我人格品德的考验，设计让我受益匪浅。 参考文献1楼然苗.单片机课程设计指导m.北京航空航天大学出版社，2007年7月2何立民.单片机实验与实践教程m.北京航空航天大学出版社，2004年7月3马彪.单片机应用技术m.同济大学出版社,2007年4月4郭天祥.51单片机c语言教程m.电子工业出版社，2003年7月 5张齐.单片机原理与应用系统设计：基于c51的proteus仿真实验与解题指导m.北京：电子工业出版社，2010.26 王幸之.at89系列单片机原理与接口技术 m.北京航空航天大学出版社7 李军.

24、51系列单片机高级实例开发指南m.北京航空航天大学出版社附录一 元器件清单序号名称型号、参数备注价格/元数量1cpustc89c52dip40封装4.612管座dip-400.413晶振11.0592mhz49s型114整流桥2w102a圆桥0.815稳压iclm7805to-2201.216元片电容30pf0.127电解电容1000uf/16v0.118电解电容470uf/16v0.119电解电容10uf/16v0.11 10独石电容0.47uf0.12 11自锁开关8*8自锁按钮-6p8mm*8mm0.41 12电阻1k/0.25w金属膜1/4w0.11 13排阻a10-103 或a09-103直插0.61 14单排排针直针1*402.54mm0.44 15显示屏lcd1602151成本总价26.2元附录二 原理图附录三 程序清单 #include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar c