基于51單片機的智能節(jié)水型水表的設(shè)計

1、 基于51單片機的數(shù)顯節(jié)水型水表的設(shè)計摘要：本設(shè)計是基于51單片機的一種數(shù)顯節(jié)水型水表。該水表是采用霍爾傳感器采集水流信號,通過對現(xiàn)有水表的改進(jìn),并結(jié)合電子傳感技術(shù)，設(shè)計出一種體積小,重量輕,全數(shù)顯的節(jié)水型水表。該數(shù)顯水表的葉輪處安裝上小磁柱,水表外殼上裝有霍爾元件ah44e，霍爾元件接收到的信號被傳入單片機，信號通過處理，傳送到顯示板上，顯示板上分別帶有可顯示瞬時流量、累計流量的視窗、報警燈和報警器，顯示板上蓋有透明密封板。本設(shè)計有如下的優(yōu)點：一、準(zhǔn)確反應(yīng)瞬時流量和累計流量,讀數(shù)準(zhǔn)確,使用效果好；二、能夠在超過用戶設(shè)定值時提醒用戶，起到了時時提醒用戶節(jié)水的目的。關(guān)鍵字：數(shù)顯，霍爾傳感器，小磁

2、柱，顯示板，報警the design of digital showed water-meter based on 51 microcontrollerabstract: this design is a saving meter which based on a digital display 51 microcontroller. the water meter is collected using hall sensor signal flow through the improvement of the existing water meter, combined with elect

3、ronic sensing technology,design a small size, light weight, all figures show the water-meter. the figures show that the impeller to install water meters on the small cylinder. the water meter is equipped with a hall element ah44e shell. hall element received signal is passed to scm. the signal is pr

4、ocessed, sent to the display board. display board can be displayed with the instantaneous flow, respectively, the cumulative flow window, alarm lights and alarm, the display board covered with a transparent sealing plate. this design has the following advantages: 1, accurately reflect the instantane

5、ous flow and total flow rate, reading accuracy, and efficiency is good; 2, the user can set the value in more than remind the user, playing the purpose of saving time to time to remind the user.keyword: figures show, hall sensors, small cylinders, display board, alarm目 錄1設(shè)計來源及設(shè)計意義32設(shè)計方案32.1總體設(shè)計32.1.

6、1智能水表的硬件組成部分32.1.2智能水表應(yīng)具有以下功能：32.1.3智能水表實現(xiàn)方式42.2 理論基礎(chǔ)42.2.1 at89s51單片機42.2.2 ah44e霍爾傳感器52.2.3 1602lcd液晶顯示屏62.2.4 水流計73 硬件設(shè)計83.1 設(shè)計方案83.2電路圖的設(shè)計93.2.1信號采集電路93.2.2數(shù)據(jù)顯示電路103.2.3復(fù)位電路103.2.4 報警燈電路114 軟件設(shè)計124.1主流程框圖124.2按鍵掃描子程序框圖144.3 流水量計數(shù)程序框圖154.4報警子程序框圖155 系統(tǒng)調(diào)試176總結(jié)17致謝17附錄：18附錄一：1602lcd簡介18附錄二：霍爾元件簡介及應(yīng)

7、用22附錄三：按鍵掃描子程序301設(shè)計來源及設(shè)計意義近年來，全球缺水問題已引起人們普遍關(guān)注。我國是淡水資源嚴(yán)重緊缺的國家之一，城市缺水特別是我國北方城市缺水已經(jīng)到了相當(dāng)嚴(yán)重的地步。人們雖然有很好的節(jié)水意識，但是在生活中一般難以控制好用水量，如果每月沒有限定好用水量，那將造成淡水資源的嚴(yán)重浪費。傳統(tǒng)的水表就只有計數(shù)功能，而且安裝在戶外，不具有提醒用戶節(jié)水的功能，基于這一現(xiàn)象，我設(shè)計了一款能夠提醒用戶主動節(jié)水的智能數(shù)顯節(jié)水型水表。同時推動我國智能水表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國智能水表網(wǎng)特地推出智能水表技術(shù)推廣工程，限量扶持部分個人或企業(yè)，投入智能水表生產(chǎn)，成為創(chuàng)業(yè)級合作伙伴。2設(shè)計方案2.1總體設(shè)計2.1.

8、1智能水表的硬件組成部分 水流計，小磁柱，霍爾元件ah44e, 液晶屏1602lcd，矩陣鍵盤，單片機at89s51，12mhz晶振，無極電容104，復(fù)位開關(guān)，5v穩(wěn)壓電源等，報警燈，蜂鳴器。2.1.2智能水表應(yīng)具有以下功能：1） 用戶可以設(shè)定兩個用水量值，當(dāng)這個月的流水量達(dá)到這兩個值時，數(shù)顯式節(jié)水水表進(jìn)行報警，提醒用戶設(shè)定的值已經(jīng)達(dá)到，用戶應(yīng)該進(jìn)行節(jié)水措施，不要無意識的浪費水資源；2） 當(dāng)一個月的時間到時，數(shù)顯式節(jié)水型水表將把用戶一個月的用水量顯示在液晶屏上，提示用戶這個月的用水情況。;3） 液晶屏?xí)r鐘顯示時間功能4） 液晶屏上時刻顯示用水量信息，以便用戶及時了解用水信息。2.1.3智能水表

9、實現(xiàn)方式葉輪轉(zhuǎn)動霍爾元件檢測報警器報警燈at89s51驅(qū)動電路led顯示屏圖1 數(shù)顯式節(jié)水水表工作原理圖數(shù)據(jù)采集：在普通水表葉片處安裝上小磁柱，外殼處安裝上霍爾元件以檢測葉片轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，再根據(jù)水表內(nèi)部的體積，計算出用戶的用水量。 數(shù)據(jù)處理：通過單片機將采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機處理計算出每一段時間的用水量，同時，將用水量同用戶設(shè)定的用水預(yù)期用水量進(jìn)行比較。 數(shù)據(jù)顯示：一個月內(nèi)，用戶的實時用水量超過設(shè)定的預(yù)期用水量時，智能水表上的報警燈亮起，同時lcd液晶屏上顯示報警信息，提醒用戶節(jié)約用水。一個月到時，單片機將把這一個月的用水量顯示在液晶屏上，好讓用戶對當(dāng)月的用水情況有個大概的了解。2.2 理論基礎(chǔ)

10、2.2.1 at89s51單片機at89s51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89s51是一種高效微控制器，at89s51是它的一種精簡版本。at89s51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖2-1所示圖2 at89s51芯片引腳圖at89s51共有40個引腳，大致可分為4類：電源引腳、時鐘電路引腳、i/o引腳、控制線引腳

11、。根據(jù)開發(fā)的需要和單片機的結(jié)構(gòu)，我們就可以實現(xiàn)單片機的自動工作，即實現(xiàn)自動化！2.2.2 ah44e霍爾傳感器圖3 ah44e 霍爾傳感器電路開關(guān)型霍爾傳感器（簡稱霍爾開關(guān)）是一種新型的集成電路無觸點開關(guān)，其外形尺寸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖25所示。其中a是恒壓源；b是霍爾電勢發(fā)生器(霍爾片)；c是差分放大器；d是施密特觸發(fā)器；e是集電極開路（oc門）輸出。圖中1、2、3表示霍爾開關(guān)的三個引出端，分別為電源u+，接地gnd和輸出out。其工作原理為：在(1)、(2)端輸入電壓uc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾片的兩端。由霍爾效應(yīng)原理知：當(dāng)霍爾片處在磁場中時，霍爾電勢發(fā)生器就會有一個霍爾電壓uh輸出，該uh經(jīng)放

12、大器放大后，送至施密特觸發(fā)器整形，當(dāng)施加的磁場達(dá)到該器件的工作點時，施密特電路翻轉(zhuǎn)，使oc門開關(guān)。表一、ah44e開關(guān)型霍爾集成元件主要參數(shù)：型號電源電壓vcc（v）動作磁場b（mt）內(nèi)部電流icc（ma）輸出電流iout（ma）輸出形式工作溫區(qū)44e4.52445920單oc門4085簡要說明： 用于無觸點開關(guān),汽車點火器,剎車電路,位置,轉(zhuǎn)速檢測與控制報警裝置,紡織控制系統(tǒng) 電壓范圍:4.5-24v 耐溫范圍: ah44e -40-85度 ah44l -40-150度特點：結(jié)構(gòu)簡單，塑料外殼，體積小，需要一個小磁鐵配合使用；開關(guān)型元件，集電極開路輸出； 無觸點，壽命長； 開關(guān)速度快，工作頻

13、帶寬（dc100khz）；2.2.3 1602lcd液晶顯示屏在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：一、顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（crt）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。二、數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。三、體積小、重量輕，液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。四、功耗低，相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動ic上，因而耗電量比其它顯示

14、器要少得多。本系統(tǒng)選用的字符型lcd是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式lcd，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。本次設(shè)計選用的是長沙太陽人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖3-1： 圖4 1602字符型液晶顯示器實物圖2.2.4 水流計水流計采用透明狀的的小型直管水流計為一。內(nèi)部尺寸規(guī)格為 ,根據(jù)圓柱體積計算公式和物體重量計算公式得葉輪轉(zhuǎn)一圈流過的水量約為12g.圖 5 水流計實物圖3 硬件設(shè)計3.1 設(shè)計方案按鍵電路晶振電路復(fù)位電路采集電路電源電路at89s51驅(qū)動電路led顯示電路報警電路 圖6 設(shè)計總體圖3.2電路

15、圖的設(shè)計單片機是整個系統(tǒng)的控制中樞，它指揮外圍器件協(xié)調(diào)工作，從而完成特定的功能。硬件實現(xiàn)上采用模塊化設(shè)計，每一模塊只實現(xiàn)一個特定功能，最后再將各個模塊搭接在一起。這種設(shè)計方法可以降低系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。系統(tǒng)電路原理圖如圖3-2所示。本系統(tǒng)主要硬件設(shè)計包括電源電路、蜂鳴器電路、晶振電路、復(fù)位電路、lcd顯示電路、矩陣鍵盤電路以及霍爾元件傳感器電路。12mzh30pf30pf10ufs?sw-pb10krstvcc123vcc1k12345678910111213141516lcd1602gndvccv0rsr/wed0d1d2d3d4d5d6d7blablkvcc10kvccd0d1d2d3d4d

16、5d6d7p3.7p3.6vccp3.5p3.4vccp0.7p0.0p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6p2.7p1.0p1.1p1.2p1.3p1.4p1.5p1.6p3.0/rxdp3.1/txdrstp3.7/rdp3.2/int0p3.3/int1p3.4/t0gndxtal1xtal2p2.0p2.1p2.2p2.3p2.4p2.5p2.6p2.7ea/vppale/progpsenp3.6/wrp3.5/t1at89s51weladublevccvcc12345678j301234567123j5123j51k12345678j41k1kvccredyellowgre

17、en10kvcc圖7 電路原理圖3.2.1信號采集電路圖8 信號采集電路(1)、(2)、(3)代表集成霍耳傳感器的三個引出端點。在輸入端輸入電壓vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍耳電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍耳效應(yīng)原理，當(dāng)霍耳片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍耳電勢差h v 輸出，該h v信號經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到oc門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點(即bop)時，觸發(fā)器輸出高電壓(相對于地電位)，使三極管導(dǎo)通，此時oc門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開。當(dāng)施加的磁場達(dá)到釋放點(即brp)時，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使o

18、c門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。這樣兩次電壓變換，霍耳元件完成了一次開關(guān)動作。使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍耳傳感器優(yōu)良特性之一。3.2.2數(shù)據(jù)顯示電路圖9液晶屏顯示電路滑動變阻器用以調(diào)節(jié)背光燈與字符顯示度的對比度，讀寫選擇端接地，設(shè)置成寫狀態(tài)。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機處理后，通過p2口將所得到的數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上。使用戶能夠即使知道用水量的信息。3.2.3復(fù)位電路圖10 復(fù)位電路復(fù)位是單片機的初始化操作，其主要功能是pc初始化為0000h，是單片機從0000h單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行錯誤獲操作錯誤使系統(tǒng)處在死鎖狀態(tài)，為了擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動。

19、我采用按鍵復(fù)位電路，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與vcc電源接通而實現(xiàn)的3.2.4 報警燈電路圖11 報警燈電路 p0口外接上拉電阻，以便更好的驅(qū)動p0口的電路，報警燈由黃色和紅色二極管組成，黃色二極管亮起表示第一個設(shè)定的用水量已經(jīng)達(dá)到，紅色二極管亮起表示第二個設(shè)定的用水量已經(jīng)達(dá)到，再次提醒用戶節(jié)約用水。報警器采用蜂鳴器進(jìn)行報警，報警器可以更好的提醒用戶及時知道用水量超標(biāo)的情況。4 軟件設(shè)計4.1主流程框圖主程序流程圖如圖2，所示。主程序包括六個判斷。第一次判斷在設(shè)定完報警值后，判斷按鍵k1是否按下，是則進(jìn)入檢測流水量階段，否則繼續(xù)判斷；第二次判斷是在進(jìn)入流水計數(shù)狀態(tài)時，檢測第一個報警值是

20、否大于水流量的值，是則進(jìn)入第一次報警狀態(tài)，此時報警燈黃燈亮，提醒用戶節(jié)水，否則繼續(xù)判斷；第三個判斷是檢測按鍵k2是否按下，是則停止報警，否則繼續(xù)報警；第四次判斷是檢測第二個報警值是否大于水流量的值，是就進(jìn)入第二次報警，否則繼續(xù)報警；第五次判斷是檢測按鍵k2是否按下，是則停止報警，否則繼續(xù)報警；第六次判斷是檢測是否進(jìn)入下個月，是則重新開始計數(shù)。第二次報警開始按鍵設(shè)報警值a1和報警值a2k1按下？顯示水流量yn系統(tǒng)初始化第一次報警水流量a1?按鍵k2按下？按？下？ynny繼續(xù)顯示按鍵1按下？y水流量a2？按？下？ynn下個月到？ny停止報警停止報警圖12 主程序流程圖框圖 4.2按鍵掃描子程序框圖

21、按鍵掃描程序是有四個功能和動作相同的步驟組成。整個程序順序掃描p1.0p1.3口，掃描每個口，先判斷是否有按鍵按下，有則對按鍵消抖，然后根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)識別按鍵，進(jìn)而繼續(xù)讀取下一個；否則直接讀取下一個。p1=feh跟據(jù)當(dāng)前狀態(tài)識別按鍵有鍵按下？延時10ms真的有鍵按下？p1=fdh有鍵按下？延時10ms真的有鍵按下？跟據(jù)當(dāng)前狀態(tài)識別按鍵p1=fbh有鍵按下？延時10ms真的有鍵按下？p1=f7h有鍵按下？延時10ms真的有鍵按下？跟據(jù)當(dāng)前狀態(tài)識別按鍵跟據(jù)當(dāng)前狀態(tài)識別按鍵圖13 按鍵掃描子程序框圖4.3 流水量計數(shù)程序框圖流水量計數(shù)時，先對計數(shù)量進(jìn)行初始化，利用外部中斷進(jìn)行加一設(shè)置。當(dāng)葉輪上的磁鐵接

22、近霍爾元件時，霍爾元件輸出一個脈沖，中斷0口每來一個低電平，每中斷一次，計數(shù)值每加一次，將流水計的容乘以計數(shù)量就得到了水流量。開始計數(shù)變量num初始化水流量 n初始化num自加1有外部中斷？ny返回n=num x 12圖14 流水量計數(shù)程序框圖4.4報警子程序框圖p0.0控制黃燈亮滅，用來發(fā)出第一次提醒，p0.1控制紅燈亮滅，用來發(fā)出第二次提醒，p0.5用來控制蜂鳴器的工作。進(jìn)入流水計數(shù)狀態(tài)時，首先檢測第一個報警值是否大于水流量的值，是則進(jìn)入第一次報警狀態(tài)，此時報警燈黃燈亮，提醒用戶節(jié)水，否則繼續(xù)判斷；再次，檢測第二個報警值是否大于水流量的值，是就進(jìn)入第二次報警，否則繼續(xù)報警。 直到有按鍵按下

23、就解除報警狀態(tài)！y綠燈亮，黃燈和紅燈滅，蜂鳴器不響水流量a1?n黃燈燈亮，蜂鳴器響紅燈燈亮，蜂鳴器響水流量a1? 圖15 報警子程序框圖5 系統(tǒng)調(diào)試設(shè)計好電路原理圖后，按照原理圖，根據(jù)電子元件認(rèn)真焊接好電路，保證電路的穩(wěn)定性，焊接好電路圖后用電流表檢測好電路的正確性，防止電路的短路現(xiàn)象的發(fā)生。利用wv仿真器進(jìn)行軟件仿真和硬件仿真。根據(jù)硬件電路的設(shè)計，編譯好相應(yīng)的匯編程序，先利用wv軟件進(jìn)行軟件調(diào)試，確保程序大體正確。然后利用wv仿真器進(jìn)行硬件仿真調(diào)試，并按順序檢查錯誤進(jìn)行修改，盡快完成系統(tǒng)的調(diào)試。最終將程序的hex文件燒錄進(jìn)入單片機進(jìn)行實測。在調(diào)試過程中出現(xiàn)的主要問題分析：一） 發(fā)現(xiàn)電路的穩(wěn)定

24、性不好。原因分析：在多次檢查電路后，發(fā)現(xiàn)為了 達(dá)到較好的穩(wěn)定性，我們應(yīng)該防止漏焊，而且盡可能的少用焊錫絲作為導(dǎo)線。二） p0口不能很好得驅(qū)動顯示電路或報警電路部分。原因分析：由于p0口輸出電流比較小，用上拉電阻提供電流分量，可以把電平“拉高”。三） 排線用的多會之間影響電路接觸問題，因此盡可能避免外接排線的使用。四）液晶屏?xí)霈F(xiàn)亂碼。原因分析：在程序中沒有將數(shù)據(jù)指針確定好，同時沒有控制好液晶屏的時序問題。經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)試分析，最終完成了數(shù)顯節(jié)水型水表的制作，達(dá)到了一開始設(shè)計的效果。6總結(jié)回顧此次單片機培訓(xùn)論文設(shè)計從理論到實踐，不僅鞏固了以前所學(xué)的知識，而且學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的東西。通過論文設(shè)

25、計使我懂得了理論與實踐相結(jié)合非常重要，光有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，從理論和實踐中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。當(dāng)看到lcd顯示屏上顯示出事先設(shè)定的字符時，內(nèi)心的喜悅真的是無法形容，辛苦了這么長時間總算沒有白費。不過在完成此次單片機論文設(shè)計后,我們發(fā)現(xiàn)我還有許多不足,所學(xué)到的知識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,以至于還有一些功能不能順利完成。但通過學(xué)習(xí)這一次實踐,增強了我們的動手能力,提高和鞏固了單片機方面的知識,特別是軟件方面。從中我認(rèn)識到把理論應(yīng)用到實踐中去是多么重要。致謝論文設(shè)計過程中需要特別感謝的是我的指導(dǎo)老師，賀新民老師和王玉芝老師，沒有他們的指導(dǎo)和幫助我不可能如

26、此順利的完成本次設(shè)計。實驗室實驗設(shè)備非常齊全，室內(nèi)環(huán)境良好，有專業(yè)的教師輔導(dǎo)監(jiān)督我們的論文設(shè)計。焊接電路板時老師耐心講解和示范，寫論文時老師細(xì)心指導(dǎo)和更正，調(diào)試電路時老師仔細(xì)檢查并修改錯誤。我們不僅感受到實驗時良好的學(xué)術(shù)氛圍，還感受到老師們淵博的學(xué)識和平易近人的學(xué)者風(fēng)范。附錄：附錄一：1602lcd簡介引腳功能說明1602lcd采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3-1所示:表1：引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3vl液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令選擇12d5數(shù)據(jù)5r/w讀/寫選擇13d

27、6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)15bla背光源正極8d1數(shù)據(jù)16blk背光源負(fù)極第1腳：vss為地電源。第2腳：vdd接5v正電源。第3腳：vl為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度。第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：r/w為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和r/w共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平r/w為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)rs為高電平r/w為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：e端為使能端，當(dāng)

28、e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。表2：控制命令表序號指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開/關(guān)控制0000001dcb5光標(biāo)或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01bf計數(shù)器地址10寫數(shù)到cgram或ddram）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從cgram或ddram讀

29、數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01h,光標(biāo)復(fù)位到地址00h位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00h。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 d：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 c：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 s/c：高電平時移動顯示的

30、文字，低電平時移動光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 n：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 f: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器ram地址設(shè)置。指令8：ddram地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址 bf：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。1602lcd的ram地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就

31、是告訴模塊在哪里顯示字符，圖3-5是1602的內(nèi)部顯示地址。圖3-5 1602lcd內(nèi)部顯示地址例如第二行第一個字符的地址是40h，那么是否直接寫入40h就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位d7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000b（40h）+10000000b(80h)=11000000b(c0h)。在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標(biāo)是自動右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（cgrom）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這

32、些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是01000001b（41h），顯示時模塊把地址41h中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a”。其中字符代碼與字符圖形對應(yīng)關(guān)系如圖3-6所示：1602lcd的一般初始化（復(fù)位）過程延時15ms寫指令38h（不檢測忙信號）延時5ms寫指令38h（不檢測忙信號）延時5ms寫指令38h（不檢測忙信號）以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號寫指令38h：顯示模式設(shè)置寫指令08h：顯示關(guān)閉寫指令01h：顯示清屏寫指令06h：顯示光標(biāo)移動設(shè)置寫指令0ch：顯示開及光

33、標(biāo)設(shè)置液晶顯示模塊的設(shè)計本設(shè)計液晶顯示模塊的設(shè)計如下圖3-7所示,該電路實現(xiàn)的功能是：通過at89s51的p00p07八個口輸出控制信號，控制液晶的8位雙向數(shù)據(jù)線，通過單片機的p24、p25、p26向液晶模塊發(fā)送命令，控制液晶執(zhí)行各種命令，其中p24控制液晶的使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令，p25控制液晶模塊的讀寫，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)p25和p26共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)p26為低電平p25為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)p26為高電平p25為低電平時可以寫入數(shù)據(jù),p26控制寄存器的選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器

34、。液晶部分引腳說明：第1腳：vss為地電源第2腳：vdd接5v正電源第3腳：v0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度第15腳：背光源正極第16腳：背光源負(fù)極附錄二：霍爾元件簡介及應(yīng)用霍爾元件之作用原理也就是霍爾元件，所謂霍耳效應(yīng)如圖1所示，系指將電流i 通至一物質(zhì)，并對與電流成正角之方向施加磁場b 時，在電流與磁場兩者之直角方向所產(chǎn)生的電位差v 之現(xiàn)象。此電壓是在下列情況下所產(chǎn)生的，有磁場b 時，由于弗萊銘(fleming)左手定則，使洛仁子力(即可使流過物質(zhì)中之電子或正孔向箭頭符號所示之方

35、向彎曲的力量：(lorentz force)發(fā)生作用，而將電子或正孔擠向固定輸出端子之一面時所產(chǎn)生。電位差v 之大小通常決定于洛仁子力與藉所發(fā)生之電位差而將電子或正孔推回之力(亦即前者之力等于后者之力)，而且與電流i 乘以磁場b 之積成比例。比例常數(shù)為決定于物質(zhì)之霍耳常數(shù)除以物質(zhì)在磁場方向之厚度所得之值。 圖1 霍爾組件之原理在平板半導(dǎo)體介質(zhì)中，電子移動（有電場）的方向，將因磁的作用（有磁場） ，而改變電子進(jìn)的方向。電場與磁場互相垂直時，其傳導(dǎo)的載子（電子或電） ，將集中于平板的上下兩邊，因而形成電位差存在的現(xiàn)象。該電位差即霍爾電壓（霍爾電壓） 在實際的霍爾組件中，一般使用物質(zhì)中之電流載子為電

36、子的n 型半導(dǎo)體材料。將一定之輸入施加至霍爾組件時之輸出電壓，利用上述之關(guān)系予以分析時，可以獲致下列的結(jié)論：(1) 材料性質(zhì)與霍爾系數(shù)乘以電子移動度之積之平方根成正比。(2) 材料之形狀與厚度之平方根之倒數(shù)成正比。由于上述關(guān)系，實際的霍爾組件中，可將霍爾系數(shù)及電子移動度大的材料加工成薄的十字形予以制成。圖2系表示35 端子之霍爾組件的使用方法，在三端子霍爾元件之輸出可以產(chǎn)生輸入端子電壓之大致一半與輸出信號電壓之和的電壓，而在四端子及五端子霍爾組件中，在原理上雖然可以免除輸入端子電壓的影響，但實際上即使在無磁場時，也有起因于組件形狀之不平衡等因素之不平衡電壓存在。(a)3腳組件 (b)4腳組件

37、(c)5腳組件 圖2 霍爾組件使用方法種類及接法:構(gòu)造：無鐵心型，鐵心型，測試用探針霍爾集成電路接法：三端子組件，四端子組件，五端子組件用途:霍爾組件有下列三種用法：(a) 事先使一定電流流過霍爾組件，用以檢出磁場或變換成磁場的其它物理量的方法。(b) 利用組件的電流、磁場及作為其變量的該兩種量的乘法作用的方法。(c) 利用非相反性(即在一定磁場中，使與輸入端子通以電流時所得的輸出同方向的電流流過輸出端子時，在輸入端子會產(chǎn)生與最初的電壓反方向的霍爾電壓的現(xiàn)象)的方法。上述各種使用方法的具體例參照前述磁電變換組件的用途的項所述。在這些具體例中，有不少在組件的靈敏度及溫度特性上，霍爾組件形成1 匝

38、(turn)的線圈有妨礙而難以符合實用。但利用霍爾探針測定磁場因?qū)儆诒容^簡便的用法，已經(jīng)定型，另外例如無電刷馬達(dá)(霍爾馬達(dá))開關(guān)等也逐漸進(jìn)入實用的階段，磁頭的制造也有人嘗試過?；魻栐╇?圖3 定電壓驅(qū)動之一 圖4 定電壓驅(qū)動之二 圖5 定電流驅(qū)動之一圖6 定電流驅(qū)動之二 圖7 霍爾傳感器不平衡調(diào)整方法在一個結(jié)晶片中形成有霍爾組件及放大并控制其輸出電壓的電路而具有磁場 電氣變換機能的固態(tài)組件稱為霍爾集成電路。外觀構(gòu)造如圖2-19 所示，具有與樹脂封閉型晶體管、集成電路等相同的構(gòu)造，即多半呈現(xiàn)在大小5mm 見方、厚3mm 以下的角形或長方形板狀組件上附設(shè)四根導(dǎo)線的構(gòu)造。導(dǎo)線系由金屬薄片所形成，

39、各個金屬薄片上均附有半導(dǎo)體結(jié)晶片(通常為硅芯片)，而在結(jié)晶體中利用集成電路技術(shù)形成有霍爾組件及信號處理電路。為防止整個組件性能的劣化，通常利用樹脂加以封閉，另外為了使磁場的施加容易起見，其厚度也盡量減薄。圖8 霍爾集成電路的構(gòu)造作用原理磁場強度可利用形成在結(jié)晶片的一部份的霍爾組件變換成電氣信號(參照前述霍爾組件的作用原理)。結(jié)晶通常使用半導(dǎo)體硅，霍爾組件的磁場靈敏度為1020mv/k.oe。此信號經(jīng)形成在同一結(jié)晶中的信號處理電路放大后，作為適合所定目的的信號電壓被取出。通常四根導(dǎo)線中的兩根連接于一方接地的電源，而從剩下的兩根的一根取出正極性的信號電壓，并從另一根取出負(fù)極性的信號電壓?；魻柦M件的

40、輸入電阻通常需符合信號處理電路的電源，以便可利用定電壓使用霍爾組件。此時組件的輸出電壓不管在n 型或p 型均無大差異。又因輸出電壓與電子或正孔的移動度成正比，故溫度特性也應(yīng)該盡量保持一定，這是與單體霍爾組件不同的地方。種類:依輸出信號的性質(zhì)加以分類時如表1所示。如圖9所示，線性型(linear type)霍爾集成電路可以獲得與磁場強度成正比的輸出電壓。磁場靈敏度雖然可利用電路的放大度加以調(diào)節(jié)，但在高靈敏度時，比例范圍會變窄(雖電源5v 使靈敏度達(dá)到10mv/oe，但比例范圍在500oe以下)。表1 依輸出電壓分類時的種類 (a)線性型 (b) 圖9 霍爾集成電路的輸出特性開關(guān)型霍爾集成電路可在

41、一定范圍的磁場中獲得on-off的電壓，此開關(guān)型對磁場的磁滯(hysteresis)現(xiàn)象，乃是為使開關(guān)動作更為霍爾集成路線性型確實起見而故意如此設(shè)計的。 依照制造方法加以分類時如表2 所示，但任何一種制造方法雖然均可獲得同樣的特性，在現(xiàn)階段中，雙極性型霍爾集成電路已開始進(jìn)入商品化的階段。表2依制造方法分類時的種類用途霍爾集成電路通常使用于前述磁電變換組件的項所述的(a-1)、(a-2)范圍的用途，在這些用途的中，特別像開關(guān)那樣，以磁氣為媒介將位置的變化、速度、回轉(zhuǎn)等的物理量變換為電氣量時，使用起來非常簡單。使用霍爾集成電路的開關(guān)系如圖2-21 所示，這種開關(guān)具有：(1)無震動(chatteri

42、ng)，(2)不生雜音，(3)使用壽命長，可靠度高，(4)響應(yīng)速度快等特征，已經(jīng)實際被使用作為高級的鍵盤用開關(guān)。 圖10 使用霍爾集成電路的開關(guān)圖11是a44e集成霍耳開關(guān),a44e集成霍耳開關(guān)由穩(wěn)壓器a、霍耳電勢發(fā)生器(即硅霍耳片)(mt)、差分放大器c、施密特觸發(fā)器d和oc門輸出e 五個基本部分組成，如圖12(a)所示。(1)、(2)、(3)代表集成霍耳開關(guān)的三個引出端點。在輸入端輸入電壓vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍耳電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍耳效應(yīng)原理，當(dāng)霍耳片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍耳電勢差h v 輸出，該h v信號經(jīng)放大器放大后送至施

43、密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到oc門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點(即bop)時，觸發(fā)器輸出高電壓(相對于地電位)，使三極管導(dǎo)通，此時oc門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開。當(dāng)施加的磁場達(dá)到釋放點(即brp)時，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使oc門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。這樣兩次電壓變換，使霍耳開關(guān)完成了一次開關(guān)動作。bop與brp 的差值一定，此差值bh = bop - brp稱為磁滯，在此差值內(nèi)，v 0保持不變，因而使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍耳開關(guān)傳感器優(yōu)良特性之一。 圖11 a44e集成開關(guān)型霍耳傳感器原理圖 圖12 a44e集成開關(guān)型霍耳傳感器引腳圖 霍爾元件外觀圖

44、片附錄三：按鍵掃描子程序proc keychkkeyname data 40h;按鍵名稱存儲單元;keyrtime data 43h ;重復(fù)按鍵時間間隔signal data 50h ;提示信號時間存儲單元key equ p3 ;鍵盤接口(必須完整i/o口)keypl equ p0.6 ;指示燈接口rtime equ 30 ;重復(fù)按鍵輸入等待時間keychk:/=按鍵檢測程序=mov key,#0fh ;送掃描信號mov a,key ;讀按鍵狀態(tài)cjne a,#0fh,next1 ;acc=0fhclr c;acc等于0fh，則cy為0，無須置0next1: setb c;acc不等于0fh，則acc必小于0fh.;cy為1，無須置1mov a,keynameanl keyname,#1fh ;按鍵名稱屏蔽高三位rrc a ;acc帶cy右移一位，紀(jì)錄當(dāng)前按鍵狀態(tài)anl a,#0e0h ;屏蔽低五位orl keyname,a ;保留按鍵狀態(tài);/=判別按鍵狀態(tài)，決