便攜式儀表輸入輸出模塊的設(shè)計

1、摘 要目前，電子領(lǐng)域正朝著集成化、微型化的方向飛速發(fā)展。微電子技術(shù)的快速更新和工業(yè)測量的大量需求，使便攜式儀表有著很好的發(fā)展前景。便攜式儀表一般具有攜帶方便、界面友好、操作簡單、成本低、功耗低等特點，這些在其電路設(shè)計中應(yīng)給予充分考慮。本文通過對便攜式儀表典型硬件結(jié)構(gòu)的分析，總結(jié)了各通用模塊的功能和特點，對幾種解決方案進行了介紹和比較，并以多功能便攜式儀表為例，進行了電路設(shè)計。本設(shè)計便攜式儀表實現(xiàn)下列功能：數(shù)據(jù)采集，在單片機的控制下，使用功能傳感器完成特定信號的測量和數(shù)據(jù)采集的功能。傳感器將采集到的信號和數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C中進行處理。結(jié)果顯示，單片機將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶顯示模塊，并控制液晶顯示

2、模塊按照一定的格式將其顯示的功能。操作輸入，操作者或其他器件向單片機發(fā)送控制指令，用于控制儀器的模式，該指令一般通過鍵盤輸入。單片機在控制指令的要求下，完成一定功能，如進行信號測量、數(shù)據(jù)顯示等。系統(tǒng)以AT89C52為核心，用鍵盤和液晶模塊作為輸入和輸出裝置，用匯編語言編程使單片機實現(xiàn)鍵盤識別、功能轉(zhuǎn)換和液晶顯示等控制。針對電源模塊單電源供電多路電壓輸出的特點，文中給出了常見的解決方案，最后對系統(tǒng)調(diào)試的基本過程進行了較詳細的介紹。關(guān)鍵詞：便攜式儀表；結(jié)果顯示；操作輸入；AT89C52 I / 42AbstractNowadays, Electronic area is fast developi

3、ng to the integration and miniaturization. With the fast update of the microelectronics technology and the large demand of the industrial measurements, portable instruments have a very bright future. Portable instruments have many characteristics such as convenience, friendly interface, easy control

4、, low cost, low power waste. These should be considered in the design of its circuit. By analyzing the typical hardware structure of portable instrument, this text summarizes the function and characteristics of the interchangeable modules, introduces several solutions compared. On this condition, th

5、e circuit of a multifunctional instrument given as an instance are designed. This project of portable instrument designed to achieve the following functions: data acquisition, under the control of the microcontroller, the use of functional sensor signals the completion of specific measurements and d

6、ata acquisition functions. Collected sensor signals and data transmission to the Single-chip microcomputer for processing. The results showed that single-chip data to be collected is sent to the liquid crystal display modules, and control the liquid crystal display module in accordance with the form

7、at of certain functions to display. Input operation, the operator or other device to send control commands to the single-chip, the model is used to control equipment, the general through the keyboard input commands. Single-chip microcomputer in the control of the request command to complete certain

8、functions, such as for signal measurement and data display.The project is base on the AT89C52, and the keyboard and LCD are used as the input and output device. The program compiled in Assemble Language make the SCM control keyboard scan, function switch and LCD display. In addition, on account of t

9、heir special requirements of single voltage input and multi-voltage output, a common solution is given to solve such problems in the text, at the end of which introduce the basic process of debugging in detail.Keywords:portable instrument；results show;input operating;AT89C52目 錄摘 要IAbstractII第1章 引言1第

10、2章 技術(shù)方案32.1 電源方案的選擇32.2 液晶模塊的選擇32.3鍵盤的選擇4第3章 系統(tǒng)電路設(shè)計53.1系統(tǒng)工作原理53.2 系統(tǒng)電源電路53.2.1 電源電路的作用63.2.2 電源電路的技術(shù)方案63.2.3電源電路的具體實現(xiàn)83.3 單片機AT89C5293.3.1振蕩器的選擇113.3.2芯片擦除113.4 液晶顯示電路113.4.1液晶顯示模塊的優(yōu)點113.4.2 技術(shù)方案133.5 行列鍵盤的輸入183.5.1 技術(shù)方案183.5.2 具體實現(xiàn)193.5.3鍵盤識別流程圖213.5.4鍵盤的軟件去抖223.6系統(tǒng)電路圖223.6.1電路原理和器件選擇233.6.2地址分配和鏈接

11、23第4章 軟件設(shè)計及調(diào)試244.1程序控制244.2系統(tǒng)調(diào)試254.2.1硬件測試254.2.2 程序調(diào)試25第5章 結(jié)論28參 考 文 獻29致 謝30附 錄31第1章 引言由于大規(guī)模集成電路等電子技術(shù)及信息處理功能的飛速發(fā)展，以微型計算機為中心的微電子也以其磅礴之勢不斷向人類社會各個領(lǐng)域擴散滲透。極大程度地改變著人們的科技、生產(chǎn)方式和生活、社會結(jié)構(gòu)。把以單片機為核心，開發(fā)出來的各種測量及控制系統(tǒng)作為電子產(chǎn)品的一個組成部分嵌入其中，使其更具智能化、擁有更多功能便于人們操作和使用，這是電子產(chǎn)品的發(fā)展方向和趨勢所在1。計算機最初的設(shè)計目的是為了提高計算數(shù)據(jù)的速度和完成海量數(shù)據(jù)的計算。隨著技術(shù)的

12、發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)計算機在邏輯處理以及工業(yè)控制等方面也具有非凡的能力。在控制領(lǐng)域，人們更多的關(guān)心計算機的低成本，小體積，運行的可靠性和控制靈活性。特別是智能儀表，智能傳感器，智能家電，智能辦公設(shè)備，汽車以及軍事電子設(shè)備等應(yīng)用系統(tǒng)要求將計算機嵌入這些設(shè)備中。單片機體積小，價格低，可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨特的優(yōu)勢。目前，單片機應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成為電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計最為常用的手段2。在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的單片機及其外圍器件，使儀表技術(shù)進入了一個嶄新的智能化時代。此外，半導(dǎo)體工藝的發(fā)展使器件普遍地采用CMOS技術(shù)，CMOS器件不僅器件的體積越來越小，也為實現(xiàn)低電壓、低功

13、耗和功耗管理提供了良好的條件，使便攜式儀表的普及成為可能。因此，低功耗的便攜式儀表有著良好的發(fā)展前景。目前，便攜式儀表廣泛用于工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、礦場信號采集、電路調(diào)試等多種場合。從使用者的角度來說，希望便攜式儀表在大多數(shù)情況下都能攜帶方便，操作簡單，無需復(fù)雜維護又能長時間可靠地工作。為滿足以上要求，一方面要選擇合適的低功耗器件，另一方面也對電源模塊的設(shè)計提出了更高的要求。 便攜式儀表中大量CMOS器件的低功耗的特性，使得普通的電池就能為系統(tǒng)提供充足的電能，因此，利用單一的電池電源，來滿足系統(tǒng)中各部分不同的電源需求，并確保電源正常供電,是便攜式儀表電源處理模塊的基本任務(wù)。目前，大部分的數(shù)字便攜式

14、儀表是基于單片機系統(tǒng)開發(fā)的。在單片機系統(tǒng)中，除了需要完成特定的功能算法和傳感器等器件外，還需要輸入、輸出裝置。在便攜式儀表中，輸入裝置一般是鍵盤，而輸出裝置一般是液晶顯示模塊。液晶顯示模塊和鍵盤輸入模塊作為便攜式儀表的通用器件，在單片機系統(tǒng)的開發(fā)過程中也可以作為常用的程序和電路模塊進行整體設(shè)計。便攜式儀表的輸入輸出模塊具有以下的特點：·攜帶方便：體積小，重量輕。·界面友好：液晶顯示模塊可以清晰的顯示出結(jié)果和功能提示。·操作簡單：采樣行列式鍵盤輸入，通過鍵盤實現(xiàn)顯示功能和內(nèi)容。·成本低：采用普通的電池作為電源。·功耗低：液晶顯示模塊可以設(shè)置為低功

15、耗模式，從而延長工作時間。第2章 技術(shù)方案2.1 電源方案的選擇電源穩(wěn)壓變換的集成電源器件的選擇，在技術(shù)方案中，主要涉及到方案比較和器件的選擇?？晒┻x擇的電源穩(wěn)壓變換的集成電源器件主要有如下幾類：低壓差線性穩(wěn)壓器件，通用開關(guān)型穩(wěn)壓器件，多功能或?qū)Ｓ玫碾娫雌骷?，電壓基準器件，各類電源監(jiān)控管理器件。從體積上考慮，電源穩(wěn)壓變換器件與電路中的其他器件一樣選用IC芯片，而不宜選用傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器件；由于使用電池供電，經(jīng)過一段時間的放電后，電池電壓會有所下降，這時電源模塊應(yīng)仍能保持穩(wěn)定的輸出，這就要求電源部分對輸入電壓的要求不能太苛刻，要允許輸入電壓在一定范圍內(nèi)變化。在各種集成電源器件中，通用開關(guān)型集成穩(wěn)

16、壓器件具有較高的電源效率，適應(yīng)較寬的輸入電壓范圍，容易通過變換，產(chǎn)生多種類型的輸出電壓，非常適合于使用電池供電的系統(tǒng)，在便攜式儀表產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用。這類DCDC轉(zhuǎn)換器件按控制方式不同可以分4為脈沖寬度調(diào)制式（PWM），脈沖頻率調(diào)制式（PFM）和開關(guān)電容泵式。按輸入電壓不同分為升壓式降壓式工作于升壓和降壓兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換器。按輸出電壓不同分為單一固定/可調(diào)電壓輸出和多路固定/可調(diào)電壓輸出。脈沖寬度調(diào)制式（PWM）轉(zhuǎn)換器工作于固定的開關(guān)頻率，其濾波電路的設(shè)計比較簡單；脈沖頻率調(diào)制式（PFM）轉(zhuǎn)換器在小功率輸出時可望獲得較低的靜態(tài)電流；開關(guān)電容泵式轉(zhuǎn)換器的外圍電路簡單，適用于小輸出電流的電源變換。

17、從外圍電路的復(fù)雜程度來看，固定電壓輸出比可調(diào)電壓輸出的簡單，單一電壓輸出的比多路電壓輸出的簡單。2.2 液晶模塊的選擇選擇合適的液晶模塊對于便攜式儀表的外觀和功能的實現(xiàn)起到至關(guān)重要的作用。目前，液晶模塊有下述3種類型：1.數(shù)顯液晶模塊這是一種由段型液晶顯示器件于專用的集成電路組裝成一體的功能部件，只能顯示數(shù)字和一些標識符號。段型液晶顯示器件大多應(yīng)用在便攜、袖珍設(shè)備上。由于這些設(shè)備體積小，所以盡可能不將顯示部分設(shè)計成單獨的部件，即使一些應(yīng)用領(lǐng)域需要單獨的顯示組件，那么也應(yīng)該使其具有顯示功能外，還應(yīng)具有一些信息接收、處理、存儲傳遞等功能，由于他們具有某種通用的、特定的功能而受市場歡迎。2.液晶點陣

18、字符模塊它是由點陣字符液晶顯示器件和專用的行、列驅(qū)動器、控制器及必要的連接件，結(jié)構(gòu)件裝配而成的，可以顯示數(shù)字和西文字符。這種點陣字符模塊本身兵有字符發(fā)生器，顯示容星大，功能豐富。一般該種模塊最少也可以顯示8位1行或16位1行以上的字符這種模塊的點陣排列是由5×7、5×8或5×11的一組組像素點陣排列組成的，每組為1位，每位間有一點的間隔，每行間也有一行的間隔，所以不能顯示圖形4。3.點陣圖形液晶模塊這種模塊也是點陣模塊的一種，其特點是點陣像素連續(xù)排列，行和列在排布中均沒有空格。因此可以顯示連續(xù)、完整的圖形。由于它也是有X-Y矩陣像素構(gòu)成的，所以除顯示圖形外，也可以

19、顯示字符。有下述3種類型：行、列驅(qū)動型；行、列驅(qū)動-控制型；行、列控制型。2.3 鍵盤的選擇鍵盤按結(jié)構(gòu)的不同可分為獨立式按鍵鍵盤和行列式鍵盤兩類，每類按譯碼方式的不同又分為編碼式和非編碼式兩種。單片機中一般使用的都是用軟件來識別和產(chǎn)生鍵代碼的非編碼鍵盤。行列式鍵盤的編碼方式有靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)接口主要由一個行編碼器和一個列編碼器構(gòu)成；動態(tài)接口可采用計數(shù)器、譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成。這兩種鍵盤有硬件完成間的編碼任務(wù)。 一般在小型儀器儀表和控制系統(tǒng)中，使用較多的是行列式和獨立式的非編碼鍵盤；如果系統(tǒng)要求實現(xiàn)多鍵同時按下的處理，則用非編碼獨立方式較為合適。第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1系統(tǒng)工作原理便

20、攜式儀表的基本機構(gòu)如圖所示。從圖中可以看出，對于任何一種便攜式儀表而言，除了功能傳感器需要具備自身的要求和特點之外，液晶顯示模塊和鍵盤輸入均是通用模塊，其主要的功能圖3-1所示。圖3-1 便攜式儀表的基本結(jié)構(gòu)從圖3-1可以看出，便攜式儀表的主要功能模塊分為3類：數(shù)據(jù)采集，是指在單片機的控制下，使用功能傳感器完成特定信號的測量和數(shù)據(jù)采集的功能。傳感器將采集到的信號和數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C中進行處理。傳感器功能的不同一般決定了儀表功能的不同。結(jié)果顯示，是指單片機將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶顯示模塊，并控制液晶顯示模塊按照一定的格式將其顯示的功能。操作輸入，是指操作者或其他器件向單片機發(fā)送控制指令，用于控制儀

21、器的模式，該指令一般通過鍵盤輸入。單片機在控制指令的要求下，完成一定功能，如進行信號測量、數(shù)據(jù)顯示等。除此之外，在便攜式儀表的設(shè)計中，電源模塊也是一個重要的設(shè)計內(nèi)容，是完成上述功能的基礎(chǔ)模塊。3.2 系統(tǒng)電源電路3.2.1 電源電路的作用電源電路設(shè)計的主要作用是為液晶顯示模塊提供工作電壓。同時，液晶顯示模塊的電源設(shè)計也是整個系統(tǒng)電源設(shè)計中的重要組成部分。一般情況下，液晶器件的驅(qū)動需要兩種不同的電源電壓4，一種是5V，另一種是-10V。液晶電源電路就是需要將輸入的電壓轉(zhuǎn)換成這兩種電壓信號輸出，為液晶顯示模塊提供工作電壓。同時，需要注意液晶電源的設(shè)計需要綜合考慮整個單片機系統(tǒng)的供電方案。3.2.2

22、 電源電路的技術(shù)方案便攜式儀器體積雖小，卻是一個很完整的系統(tǒng)，系統(tǒng)中不同的部分對于電源的需求是不同的，因此不可避免地會遇到兩種甚至兩種以上的電源需求，這就是電源部分要解決的關(guān)鍵問題。在設(shè)計具體的電源模塊時要注意如下幾個方面：為降低系統(tǒng)功耗，減小儀表體積，應(yīng)盡可能地選用CMOS器件。根據(jù)容許的空間和需求的容量合理地選擇電池作為電源，從互換性角度考慮應(yīng)盡量選用普通電池作為電源。1.電源部分電壓的輸入輸出要求市場上可供選擇的電池規(guī)格多種多樣，除了較常規(guī)的1.2V（l.2V整數(shù)倍）的鎳鎘充電電池（電池組）、1.5V和9V的干電池和3.6V的鋰電池以外，還有各種特殊的3V、4.5V、5V、6V和12V的

23、電池可供選擇，但從使用者更換或購買備用電池的方便的角度考慮，應(yīng)盡可能使用互換性更好的普通電池。因此希望選擇2節(jié)5號干電池作為電源部分的輸入。傳感器及其驅(qū)動電路的電壓需求為+5V；單片機及接口部分、外部存儲器部分和其他些數(shù)字電路部分需要+5V電壓；LCD顯示輸出除了需要提供5V工作電壓外，還需要提供-10V的對比度調(diào)節(jié)電壓。由以上分析得到電源部分的設(shè)計要求為+3V輸入，+5V和-10v雙電壓輸出。根據(jù)此電源輸入輸出要求選擇相應(yīng)的集成電源穩(wěn)壓變換器件，在滿足電源要求的前提下，使外圍電路盡可能的簡單，體積盡可能小。 2.電源穩(wěn)壓變換器件的選擇選用MAX1677作為超聲硬度計電源部分的核心器件。由于M

24、AX1677輸入電壓范圍（0.7V到5.5V）較大，可以根據(jù)不同系統(tǒng)的安裝的電池空間和所需要的不同電壓與容量，靈活的選擇電池的種類，1到3接普通干電池，堿性電池，鎳鎘充電電池或一節(jié)鋰電池均可以使系統(tǒng)正常工作使用MAX1677的電源部分實際電路原理圖3-3所示，若使用0805表貼原件，則此電源電路板上實際占用尺寸只有22mm×17mm。表3-1 MAX1677管腳的定義管腳號管腳名功 能1OUT芯片電源輸入端，接0.1F旁電容到地，與POUT腳間通過10串連電阻連接2FB主升壓電路反饋輸入端。短路到地為3.3V輸出，外接分壓電阻到OUT腳，輸出電壓2.5V到5.5V可調(diào)3LBI電池低電

25、壓檢測比較器輸入端。內(nèi)部門限電平為614mV?？赏ㄟ^外部分壓電阻設(shè)置電池低電壓檢測電平4LBO電池低電壓檢測比較器。LBI低于內(nèi)部門限電平614mV時，LBI輸出為低5CLK/SEL同步時鐘和PWM模式選擇輸入端。CLK/SEL=低電平，小功率，低功耗電流PFM模式；CLK/SEL=高電平，低噪聲，大功率PWM模式(300KHz)，CLK/SEL=外部時鐘(200KHz到400KHz)，外同步PWM模式6LCDONLCD偏壓電路使能端。高電平啟動LCD偏壓電路，主升壓電路必須先啟動7LCDPOLLCD偏壓極性選擇端8REF1.25V基準輸出，外接0.1F旁電容9GND地10LCDFBLCD升壓

26、電路反饋輸入端，正壓輸出時，內(nèi)部門限電平為1.25V，負壓輸出時，為0V11ON芯片使能端，高電平啟動MAX167712LCDLXLCD28V升壓功率開關(guān)管漏極13LCDGNDLCD28V升壓功率開關(guān)管源極14PGND主升壓電路內(nèi)部N溝道MOSFET源極15LX主升壓電路內(nèi)部功率開關(guān)漏極16POUT主升壓電路電源輸出端，內(nèi)部同步整流器P溝道MOSFET源極MAX1677是雙電壓輸出升壓DC-DC變換器5，適用于需兩種可調(diào)電壓輸出的便攜式儀表。其主要性能為：允許的輸入電壓范圍為0.7V5.5V；主輸出，2.5V5V可調(diào)電壓輸出，或工廠預(yù)設(shè)值3.3V輸出，最大輸出電流可達350mA；第二輸出，可為

27、LCD對比度調(diào)節(jié)提供+28V-28V范圍內(nèi)的電壓；電源效率可達95%；16腳QSOP封裝，體積很小，不需要外部場效應(yīng)管。其他性能還包括20A靜態(tài)工作電流、1A關(guān)斷維持電流和電池欠電壓監(jiān)測。3.2.3電源電路的設(shè)計1.器件選擇和功能3圖3-2 MAX1677 引腳圖MAX1677：電壓轉(zhuǎn)換芯片，輸入為3V，輸出兩路電壓，分別是+5V和-10V，作為系統(tǒng)電源和液晶顯示模塊的背光電源。Ll、L2：磁芯電感，選用CoilCraft的DO1608C-103表貼磁芯電感，值為10H 。Dl、D2：肖特基二極管，但也可選用其他型號，只要反相耐壓大于16V即可。R1、R2：電阻，Rl和R2的比值決定了LCD對

28、比度輸出的電壓值Vlcd（圖中的VOUT2),關(guān)系式為Rl=R2×VLCD÷1.25 V11，其中R1取值范圍為500K2M。R3、R4：電阻，R3和R4的比值決定了主輸出電壓值VOUT（對應(yīng)圖中的VOUT1)，關(guān)系式為R3=R4×(VOUT÷l.25V)111，其中R4的取值范圍為10K200K。R5、R6：電阻，R5和R6的比值決定了系統(tǒng)欠電壓監(jiān)測的門檻電壓值VTRIP，關(guān)系式為R5=R6×(VTRIP÷0.614V)111，其中R6130K。當電池電壓正常時，電池電壓過低輸出管腳LBO（Low-Battery Output）輸出

29、保持高電平；一旦電池電壓低于門檻電壓VTRIP時，LBO管腳輸出變?yōu)榈碗娖?。如果不使用欠電壓監(jiān)測的話，只需將第3腳（LBI）接地。圖3-3 MAX1677電源處理電路原理圖2.地址分配和硬件連接6此處只列出和本例相關(guān)的、關(guān)鍵部分的單片機管腳連接和相關(guān)的地址分配。圖中的一些電路參數(shù)的說明如下：Vin：電源電路的輸入端，連接兩節(jié)1.5V的電池，形成便攜式儀表的電源。Vout1：連接MAX1677的16管腳，輸出+5V的電壓，作為系統(tǒng)的電源電壓。Vout2：連接MAX1677的10管腳，輸出-10V的電壓，作為液晶顯示模塊的背光電源電壓。Low-battery Output：連接MAX1677的4管

30、腳，輸出電源電壓不足的報警信號，也就是MAXI677中的LBO的信號。3.3 單片機AT89C52AT89系列單片機是ATMEL公司生產(chǎn)的7。這是當前最新的一種電擦寫8位單片機，與MCS-51系列完全兼容，有超強的加密功能，可完全替代87C51/52和8751/52。它物美價廉，深受用戶歡迎10。圖3-4 AT89C52芯片及管腳AT89C52是一種低功耗、高性能內(nèi)含8K字節(jié)閃電存儲器（Flash Memory）的8位CMOS微控制器。片內(nèi)閃電存儲器的程序代碼或數(shù)據(jù)可在線寫入，亦可通過常規(guī)的編程器編程。例如，MP-100這樣一種經(jīng)濟型的編程器，它支持通用EPROM等各種存儲器、PAL、GAL以

31、及INTEL、ATMEL和PHILIPS等各公司的全系列51單片機的編程。ME5103和ME5105仿真器支持AT89系列所有器件的調(diào)試、仿真和編程。單片機AT89C52有內(nèi)部RAM，可以作為各種數(shù)據(jù)區(qū)使用，內(nèi)部閃電存儲器存放控制程序。它的主要功能是完成鍵盤掃描程序，檢測外部的操作指令，控制液晶顯示模式和向液晶發(fā)送顯示數(shù)據(jù)等。3.3.1振蕩器的選擇振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接8。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一二分頻觸發(fā)器，因此對外部時 鐘 信號的脈寬無任何要

32、求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 。3.3.2芯片擦除整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成9。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn) 態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止10。3.4 液晶顯示電路的設(shè)計本設(shè)計中重點的部分是基于單片機系統(tǒng)的液晶顯示部分

33、。在單片機系統(tǒng)中，液晶顯示是單片機系統(tǒng)中反映系統(tǒng)輸出和操縱輸入的有效器件。液晶顯示模塊是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件，英文名叫“LCD Module”，簡 稱“LCM”，中文一般稱為“液晶顯示模塊”。3.4.1液晶顯示模塊的優(yōu)點1. 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，而不像陰級射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高而且不會閃爍。2. 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，操縱也更加方便。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

34、狀態(tài)來達到顯示目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器件要輕得多。3. 功率消耗小相比而言，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，因而耗電量比其他顯示器件也要小得多。4. 液晶顯示簡介液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性,通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移 動通信工具等眾多領(lǐng)域。5. 液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如

35、果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動（Static）、單純矩陣驅(qū)動（Simple Matrix）和主動矩陣驅(qū)動（Active Matrix）三種。6.液晶顯示器各種圖形的顯示原理（1）線段的顯示9點陣圖形式液晶由M×N個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個點組成，屏上64×16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線

36、，長度為8個點；當（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H， （00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。（2）字符的顯示用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由6×8或8×8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點 亮，為“0”的不亮 。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以

37、讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。漢字的顯示漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5右邊 為2、4、6根據(jù)在LCD上開 始 顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標位置加1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)直到32B顯示完就可以LCD上得到一個完整漢字。3.4.2 技術(shù)方案1602液晶模塊的特性字符型液晶模塊1602是一種用5&#

38、215;7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個字，2行16個字，2行20個字等等，常用的2行16個字的1602液晶模塊來的編程方法來實現(xiàn)。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖3-55：圖3-5 1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光 的比不帶背光的厚，應(yīng)用中并無差別，1602LCD主要技術(shù)參數(shù)如下：顯示容量：16×2個字符芯片工作電壓：4.55.5V工作電流：2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓：5.0V字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm2.1602液晶

39、模塊的特性字符型液晶模塊1602是一種用5×7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等等，常用的2行16個字的1602液晶模塊來的編程方法如下。1602采用標準的16腳接口，其中表3-2:表3-2 1602接口7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13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA數(shù)據(jù)8D1數(shù)據(jù)16BLK數(shù)據(jù)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

40、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：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當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1516腳：空腳。其中Vss為地電源10，VDD接5V正電源，V0為液晶顯示器對比度

41、調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度高，對比度高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。RS為寄存器選擇器，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器，RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址。當RS為低電平RW共同為高電平時讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。D0-D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2所示。它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為

42、高電平、0為低電平）。 表3-31602LCD的指令指令RSRWD7D6D5D4D3D2D1D01清屏00000000012光標返回000000001*3輸入模式00000001I/DS4顯示控制0000001DCB5光標/字符位移000001S/CR/F*6功能00001DLNF*7置字符發(fā)生器地址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讀忙標志和地址01BF技術(shù)器地址10寫數(shù)據(jù)到指令7.8所設(shè)地址10要寫的數(shù)據(jù)11從指令7.8所設(shè)地址讀數(shù)據(jù)11讀出的數(shù)據(jù)指令1：清顯示，指令碼01H,光標復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標復(fù)位，光標返回到地址00H。指令3：光標

43、和顯示模式設(shè)置 I/D：光標移動方向，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：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標。B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位S/C：高電平時移動顯示文字，低電平時移動光標。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5×7的點陣字符，高電平時顯示5×10的點陣字符。指令7：字符發(fā)

44、生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，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)。3.電路中的應(yīng)用液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，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，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，如下表3-4。表3-4 DM-162的內(nèi)部顯示地址12345678910111213141516000102030405060708090A0B0C0D0E0F第一行404142434445464748494A4B

45、4C4D4E4F第二行比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，即(40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。DM-162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，如表1所示，這些字符有：阿拉伯數(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，

46、就能看到“A”圖3-6 DM-162液晶模塊單片機AT89C52的連接電路以下是在液晶模塊的第二行第一個自負的位置顯示字母“A”的程序：RS EQU P3.7RW EQU P3.6E EQU P3.5ORG 0000HMOV P1,#00000001B；清屏ACALL ENABLEMV P1 #00000110B；8位2行5×7點陣ACALL ENABLEMOV P1,#00001111B；顯示器開，光標開，閃爍開ACALL ENABLEMOV P1,#00000110B；文字不動，光標自動右移ACALL ENABLE MOV P1，#0C0H；寫入顯示起止地址ACALL ENABL

47、E MOV P1，#01000000B；字母A的代碼SETB RS；RS=1CLR RW；RE=0CLR E；E=0ACALL DELAYSETB E；E=1ALMP$ENABLE；CLR RS；寫入控制命令的子程序CLR RWCLR EACALL DELAYSETB RWCLR ENOP SETB EJB P1.7,DELAY；如果P1.7為高電平表示忙就循環(huán)等待RETEND 3.5 行列鍵盤電路的設(shè)計3.5.1 技術(shù)方案1.行列式鍵盤的基本結(jié)構(gòu)8行列式鍵盤中的鍵實際上就是一個機械開關(guān)，位于行線和列線的交點處，圖所示為本例中使用的4行×4列的16鍵行列式鍵盤，當鍵被按下時，其交點的

48、行線和列線接通，使相應(yīng)行線或列線上的電平發(fā)生變化，根據(jù)電平變化情況確定被按下的鍵。2.鍵盤接口方式選擇常用的鍵識別方法有：行掃描法、線翻轉(zhuǎn)法和利用8279鍵盤接口的中斷法。在本系統(tǒng)中，完全可以不使用中斷法完成鍵盤接口，這是由系統(tǒng)的特殊性決定的。首先，對于本系統(tǒng)而言，要實現(xiàn)便攜式的設(shè)計，硬件電路使用的器件越少越好。其次，被測信號由外中斷引腳輸入，未占用單片機4個并行I/O口中的任何一個，系統(tǒng)有足夠的資源利用自身I/O口完成接口。最后，只有當傳感器輸出信號頻率為空載頻率，系統(tǒng)處于空閑待測的狀態(tài)下，才允許鍵盤輸入，因此鍵盤識別占用的CPU時間不會對系統(tǒng)正常工作造成影響。因此直接利用單片機并行接口完成

49、鍵盤的接口，采用線翻轉(zhuǎn)法進行鍵盤識別。圖3-7 4×4行列式鍵盤魚單片機的連接選用如圖所示的4×4行列式鍵盤，將總共8根行線與列線直接與單片機的通用輸入輸出口Pl口相連，連接方式見圖，高4位用于列控制，低4位用于行控制。3.5.2 具體實現(xiàn)本單片機系統(tǒng)使用簡單的鍵盤和液晶顯示器件來完成輸入/輸出操作的人機界面。鍵盤輸入信息的主要過程是：1.CPU判斷是否有健按下。2.確定按下的是哪一個健。3.把此鍵代表的信息翻譯成計算機所能識別的代碼，如ASCII或其他特征碼。圖3-8 行列式鍵盤的接口電路圖3-8是89C52與行列式鍵盤接口電路圖。P1口作鍵盤接口，P1.0-P1.3作鍵

50、盤的行掃描輸出線，P1.4-P1.7作列檢測輸入線。鍵的識別功能，就是判斷鍵盤中是否有鍵按下，若有鍵按下則確定其所在的行列位置。采用查詢方法實現(xiàn)的鍵盤掃描程序的過程如下。查詢是否有鍵按下首先單片機向行掃描口P1.OP1.3輸出全為“0”掃描碼FOH，然后從列檢測口P1.4P1.7輸入列檢測信號，只要有一列信號不為“1”，即P1口不為FOH，則表示有鍵按下。接著要查出按下鍵所在的行、列位置。查詢按下鍵所在的行列位置單片機將得到的信號取反，P1.4P1.7中的為1的位便是鍵所在的列。接下來要確定鍵所在的行，需進行逐行掃描。單片機首先使P1.0接地，P1.1P1.7為“1”，即向門口發(fā)送掃描碼FEH

51、，接著輸入列檢測信號，若為全“1”，表示不在第一行。接著使P1.1接地，其余為“1”，再讀入列信號。這樣逐行發(fā)“O”掃描碼，直到找到按下鍵所在的行，將該行掃描碼取反保留。當各行都掃描以后仍沒有找到，則放棄掃描，認為是鍵的誤動作。對得到的行號和列號譯碼，得到鍵位掃描函數(shù)的返回值為行列鍵盤的鍵特征碼，若無鍵按下，返回值為0。3.5.3鍵盤識別流程圖鍵盤上有很多鍵，每一個鍵對應(yīng)一個鍵碼，以便根據(jù)鍵碼轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理子程序，進一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和命令處理的功能。鍵盤識別的流程如圖所示。圖3-9 鍵識別流程框圖判斷是否有鍵按下。設(shè)置列線輸出方式，行線輸入方式；向所有列線輸出低電平；讀取P1口狀態(tài)，并從P1

52、口狀態(tài)中分離出行線狀態(tài)；若行線狀態(tài)皆為高電平，則無鍵按下，若有低電平狀態(tài)，則有鍵按下；當有鍵按下時，保留此時的行線狀態(tài)。去抖動。按鍵本身是機械開關(guān)，在觸點閉合或斷開的瞬間會出現(xiàn)電壓抖動的現(xiàn)象，必須去除抖動的影響，才能正確識別被按下的鍵。為簡單起見，使用軟件方法消抖。延時10ms讀取所有列線輸出低電平情況下的行線狀態(tài)，若兩次的行線狀態(tài)相同，說明信號穩(wěn)定，可以繼續(xù)確定按鍵的物理位置。 確定物理位置得到鍵碼。將改變行線和列線的工作方式，由行線輸出，列線輸入。行線輸出前次讀取的行線狀態(tài)，由列線讀取相應(yīng)的列線狀態(tài)。閉合鍵對應(yīng)的行線和列線的狀態(tài)均為低電平，其它鍵均為高電平狀態(tài)。將此行線和列線狀態(tài)組合即可得

53、到該閉合鍵對應(yīng)的鍵碼。等待鍵釋放。得到閉合鍵對應(yīng)的鍵碼以后，繼續(xù)延時并判斷按鍵狀態(tài)，直到閉合的按鍵被釋放，再根據(jù)鍵碼轉(zhuǎn)到響應(yīng)的鍵處理子程序中。3.5.4鍵盤的軟件去抖1.軟件去抖作用 但按下一個鍵時，往往會出現(xiàn)所按鍵在閉合位置和斷開位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況。當釋放一個鍵時，也會出現(xiàn)類似的情況，這就是鍵抖動，抖動的持續(xù)時間不一，通常不會大于10毫秒。若抖動問題不解決，就會引起對閉合鍵的多次讀入，從而引起對輸入狀態(tài)判斷的失誤，所以很有必要進行按鍵的消抖。2.技術(shù)方案在單片機控制系統(tǒng)中，按鍵處理幾乎存在于每個實際設(shè)計中。目前，有兩種方法可以對按鍵進行消抖，一種是通過使用RS觸發(fā)器構(gòu)成的硬

54、件電路消除按鍵的抖動。而另一種則是本系統(tǒng)中使用的軟件消抖方法。軟件消抖的方法也有所不同，一種是通過延時的方法消抖，這是一種常用的消抖方法判斷有鍵后延時1020ms再次讀鍵判斷，以便達到每次按鍵操作只產(chǎn)生一次有效信號供單片機處理。由于鍵被按下的時間持續(xù)上百ms，延時后再掃描也不遲。3.具體實現(xiàn)在本例中，采用的鍵盤消抖方法是常用的軟件延時方法，在鍵盤輸入的掃描過程中嵌入如下的程序段，則能方便的實現(xiàn)鍵盤輸出的消抖功能。VoidMain(void)uchar key;While(1)key=kbscan();鍵盤掃描程序Delays();鍵的消抖延時程序VoidDelays(void)uchar i

55、For (i=300;i>0;i-)3.6系統(tǒng)總體電路的設(shè)計便攜式儀表輸入輸出模塊的主要功能是提供單片機和外部的液晶顯示模塊以及鍵盤接口電路，此外還需要設(shè)計表便攜式儀表的電源模塊，便攜式儀表的電路圖見附錄。液晶顯示模塊與單片機的連接中，行列式鍵盤的行輸入和列輸入分別連接到單片接的P1口的8個管腳上，通過單片機的鍵盤掃描程序，完成對輸入信號的讀取。3.6.1電路原理和器件選擇在這里列出和本設(shè)計相關(guān)的部分主要器件名稱及其主要功能。89C52單片機：主要完成鍵盤的掃描程序，檢測外部的操縱指令；控制液晶顯示模式和向液晶發(fā)送顯示數(shù)據(jù)等功能。1602：液晶顯示模塊。在單片機的控制下，按照要求格式完成對接收的數(shù)據(jù)的顯示。KEY：4×4行列式鍵盤，將總共8根行線與列線直接與單片機的通用輸入輸出口P1口相連。MAX1677：電壓轉(zhuǎn)換芯片，輸入為3V，輸出兩路電壓，分別是+5V和-10V，作為系統(tǒng)電源和液晶顯示模塊的背光電源。L1和L2：磁芯電感。D1,D2：肖特基二極管，但也可選用其他型號