單片機原理與項目實踐10第十章-多功能顯示儀項目開發(fā)實踐課件

1、第十章 多功能顯示儀項目開發(fā)實踐主 要 內 容10.1 多功能顯示儀項目構建10.2 矩陣鍵盤10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶10.4 I2C總線AT24C02設計主 要 內 容10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計10.7 GPS接收模塊設計10.1 多功能顯示儀項目構建10.1.1 項目簡介 多功能顯示儀項目具備綜合顯示功能，可以顯示溫度、時間、經緯度等信息，可以通過鍵盤修改時間、日期等信息。該項目作為學生課程設計的一個項目，包含的知識點比較廣泛，包括了液晶顯示、矩陣鍵盤掃描、定時/計數(shù)器、中斷、串行通信、SPI總線、I2

2、C總線、1-WIRE總線等知識點，通過該項目的實踐可以為學生日后的項目開發(fā)打下初步基礎。10.1.2 硬件設計10.1 多功能顯示儀項目構建1.硬件架構 根據項目要求，本項目選擇了常用的AT89C52主芯片、DS1302芯片、DS18B20芯片、4*4矩陣鍵盤、SG12864-12液晶模塊、AT24C02存儲芯片以及GPS接收模塊。多功能顯示儀硬件架構圖10.1 多功能顯示儀項目構建10.1 多功能顯示儀項目構建2.電路圖10.1 多功能顯示儀項目構建3.項目組織該項目的組織實施可以有以下幾種形式：一是利用Proteus軟件仿真；二是利用現(xiàn)成的單片機開發(fā)板；三是利用萬能板加元器件的形式。10.

3、1 多功能顯示儀項目構建4.建立工程5.主程序如書上所列6個步驟如書上所列程序10.2 矩陣鍵盤 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。10.2.1 線反轉法與掃描法10.2 矩陣鍵盤矩陣鍵盤電路圖10.2 矩陣鍵盤 首先讓P1口高四位為1，低四位為0。若有按鍵按下，則高四位中會有一個1翻轉為0，低四位不會變，此時即可確定被按下的鍵的行位置。然后讓P1口高四位為0，低四位為1。若有按鍵按下，則低四位中會有一個1翻轉為0，高四位不會變，此時即可確定被按下的鍵的列位置。最后將上述兩者進行或運算即可確定被按下鍵的行列位置。2.掃描法行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查

4、詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如上圖所示鍵盤，介紹過程如下。（1）判斷鍵盤中有無鍵按下（2）判斷閉合鍵所在的位置。10.2 矩陣鍵盤10.2.2 綜合顯示儀鍵盤程序10.2 矩陣鍵盤如書上所列程序 液晶顯示LCD12864分為兩種，帶字庫和不帶字庫。SG12864-12帶漢字庫液晶顯示模塊是12864點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置8192個中文漢字（1616點陣）、128個字符（816點陣）及64256點陣顯示RAM（GDRAM）。可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機：8位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標顯示、畫面移位、睡眠模式等。10.3 SG1

5、2864-12帶漢字庫液晶10.3.1 SG12864-12帶漢字庫液晶基礎知識1.12864管腳功能10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶2.12864基本操作時序如書上所列8位并行寫時序圖10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶串行寫時序3.指令說明10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶4.12864的使用1）使用前的準備2）漢字與字符顯示如書上所列5.應用說明10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶 用帶中文字庫的128X64顯示模塊時應注意以下幾點：1）欲在某一個位置顯示中文字符時，應先設定 顯示字符位置，即先設定顯示地址，再寫入 中文字符編碼。2）顯示ASCII字符過程與

6、顯示中文字符過程相同。5.應用說明10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶3）當字符編碼為2字節(jié)時，應先寫入高位 字節(jié)，再寫入低位字節(jié)。4）模塊在接收指令前，向處理器必須先確 認模塊內部處于非忙狀態(tài)，即讀取BF標 志時BF需為“0”，方可接受新的指令。5）“RE”為基本指令集與擴充指令集的選 擇控制位。10.3.2 多功能顯示儀液晶顯示程序 液晶是多能能顯示儀的顯示部分，可以顯示溫度、濕度、經緯度。以下的程序包括液晶顯示器的驅動、顯示字符、字符串等內容。10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶1. 電路圖10.3 SG12864-12帶漢字庫液晶 液晶顯示電路圖2.程序10.3 SG128

7、64-12帶漢字庫液晶如書上所列10.4.1 I2C總線10.4 I2C總線AT24C02設計1. I2C簡介 I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。I2C總線只有兩根雙向信號線。一根是數(shù)據線SDA，另一根是時鐘線SCL。I2C總線系統(tǒng)的硬件結構10.4 I2C總線AT24C02設計SDA與SCL的線“與”關系圖10.4 I2C總線AT24C02設計2. 數(shù)據傳送I2C數(shù)據傳送時序圖10.4 I2C總線AT24C02設計（1）規(guī)定起始與終止信號圖10.4 I2C總線AT24C02設計（2）起始信號和終止信號（3）

8、數(shù)據傳送格式 每一個字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據傳送時，先傳送最高位（MSB），每一個被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應答位（即一幀共有9位）。10.4 I2C總線AT24C02設計字節(jié)傳送時序圖10.4 I2C總線AT24C02設計起始信號S10.4 I2C總線AT24C02設計（4）典型信號模擬1）為了保證數(shù)據傳送的可靠性，標準的 I2C總線的數(shù)據傳送有嚴格的時序要求。 終止信號PI2C總線的基本信號時序圖10.4 I2C總線AT24C02設計10.4 I2C總線AT24C02設計2）典型信號模擬子程序：起始信號： Void T2CStart(void) SDA = 1; /置數(shù)據線高電平S

9、omeNop( ); /延時SCL = 1; /置時鐘線高電平SomeNop( ); /延時SDA = 0; /置下降沿SomeNop( ); 10.4 I2C總線AT24C02設計終止信號：void I2cStop(void) SDA = 0; /置數(shù)據線低電平SomeNop( ); SCL = 1; /置時鐘線高電平SomeNop( ); SDA = 1; /置數(shù)據線高電平SomeNop( ); 注意：在I2C總線的應用中應注意以下幾點 :1）嚴格按照時序圖的要求進行操作。2）若與口線上帶內部上拉電阻的單片機接口 連接，可以不外加上拉電阻。3）程序中為配合相應的傳輸速率，在對口線 操作的指

10、令后可用NOP指令加一定的延時。10.4 I2C總線AT24C02設計4）為了減少意外的干擾信號將EEPROM內的數(shù)據改寫可用外部寫保護引腳（如果有），或者在EEPROM內部沒有用的空間寫入標志字，每次上電時或復位時做一次檢測，判斷EEPROM是否被意外改寫。10.4 I2C總線AT24C02設計10.4.2 AT24C02基礎知識10.4 I2C總線AT24C02設計 具有I2C總線接口的EEPROM很多，ATMEL公司生產的AT24C系列EEPROM主要型號有AT24C01/02/04/08/16等，其對應的存儲容量分別為1288/ 2568/ 5128/ 10248/ 20488。1.A

11、T24C02的引腳配置與引腳功能 AT24C02芯片的常用封裝形式有直插（DIP8）式和貼片（SO-8）式兩種。AT24C02芯片實物圖和引腳圖10.4 I2C總線AT24C02設計2. AT24C02的特征 與400kHz的I2C總線兼容；+1.86.0V電壓范圍；低功耗CMOS技術；寫保護功能：當WP位高電平時進行寫保護狀態(tài)；頁寫緩沖器；自定時擦除寫周期；1000000個編程/擦除周期；可保存數(shù)據100年；8腳DIP、SOIC或TSSOP封裝；溫度范圍：商業(yè)級、工業(yè)級和汽車級。10.4 I2C總線AT24C02設計3. AT24C02引腳描述AT24C02引腳功能描述10.4 I2C總線A

12、T24C02設計引腳名稱功能引腳名稱功能A0、A1、A2器件地址選擇WP寫保護SCL串行時鐘GND地SDA串行數(shù)據/地址VCC+1.86.0V單片機與AT24C02連接的電路圖10.4 I2C總線AT24C02設計 如果WP管腳連接到Vcc，所有的內容都被寫保護只能讀。當WP管腳連接到Vss 或懸空允許器件進行正常的讀/寫操作。1）寫操作過程10.4 I2C總線AT24C02設計AT24C02寫操作時序2）讀操作過程10.4 I2C總線AT24C02設計AT24C02讀操作時序10.4.3 多功能顯示儀At24c02程序10.4 I2C總線AT24C02設計1. 電路圖 AT24C02作為重要

13、的存儲設備，可以存儲一些重要的數(shù)據，當單片機上電后可以從AT24C02里面把數(shù)據讀出，例如可以存儲口令、日期時間、操作記錄等數(shù)據，在本程序中，提供了把數(shù)據存儲到AT24C02以及把數(shù)據從AT24C02讀出的兩個重要函數(shù)。10.4 I2C總線AT24C02設計1. 電路圖10.4 I2C總線AT24C02設計2.程序如書上所列10.5.1 SPI總線基礎知識1. SPI總線簡介10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計 SPI（Serial Peripheral Interface），串行外圍設備接口，是Motorola公司推出的一種同步串行接口技術。 SPI主要應用在EEPROM，F(xiàn)lash

14、，實時時鐘（RTC），數(shù)模轉換器（ADC），數(shù)字信號處理器（DSP）以及數(shù)字信號解碼器之間。2.SPI信號線10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計 SPI接口共有4根信號線，兩條數(shù)據線（SDO和SDI）和兩條控制線（CS和SCLK）。信號線名稱功能MOSI（SDI）主器件數(shù)據輸出，從器件數(shù)據輸入MISO（SDO）主器件數(shù)據輸入，從器件數(shù)據輸出SCLK時鐘信號，由主器件產生SS（CS）從器件使能信號，由主器件控制SPI的4根信號線功能表10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計SPI信號傳輸示意圖10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計SPI多設備通信3.SPI的特點10.5 SPI

15、總線DS1302實時時鐘設計（1）采用主-從模式（Master-Slave）的 控制方式（2）采用同步方式（Synchronous）傳輸 數(shù)據（3）數(shù)據交換4.SPI協(xié)議舉例10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計 SPI是一個環(huán)形總線結構，由SS（CS）、SCLK、SDI、SDO構成，其時序其實很簡單，主要是在SCLK的控制下，兩個雙向移位寄存器進行數(shù)據交換。10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計例子：假設主機和從機初始化就緒：并且主機的SBUFF=0 xaa，從機的SBUFF=0 x55，下面將分步對SPI的8個時鐘周期的數(shù)據情況演示一遍：假設上升沿發(fā)送數(shù)據，具體過程如表10-7

16、所示。10.5.2 DS1302實時時鐘1.DS1302的結構及工作原理10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計 DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據。 DS1302實物及引腳圖10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計2.DS1302的控制字節(jié)10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計D7（MSB）D6D5D4D3D2D1D0（LSB）1RAM A4A3A2A

17、1A0RD 在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據被寫入DS1302，數(shù)據輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據，讀出數(shù)據時從低位0位到高位7。10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計單字節(jié)數(shù)據讀時序10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計單字節(jié)數(shù)據寫時序3.數(shù)據輸入/輸出 在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據被寫入DS1302，數(shù)據輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據，讀出數(shù)據時從低位D0位到高位D7。10.5 SPI總線

18、DS1302實時時鐘設計4.DS1302的寄存器 DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數(shù)據位為BCD碼形式，其日歷、時間寄存器及其控制字見表10-10。此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關的寄存器等。10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計10.5.3 多功能顯示儀DS1302程序10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計 多功能顯示儀DS1302程序包括時間日期數(shù)據獲取程序、時間日期數(shù)據設置程序，以及時間日期顯示程序。1.電路圖10.5 SPI總線DS1302實時時鐘設計2.程序如書上所列10.5 SPI

19、總線DS1302實時時鐘設計10.6.1 1-wire單總線概述10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計 1-wire單總線是Maxim全資子公司Dallas的一項專有技術。與目前多數(shù)標準串行數(shù)據通信方式，如SPI、I2C不同，它采用單根信號線，既傳輸時鐘，又傳輸數(shù)據而且數(shù)據傳輸是雙向的。它具有節(jié)省I/O口線資源、結構簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等諸多優(yōu)點。1-wire 總線結構10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計10.6.2 DS18B20芯片介紹10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計1.DS18B20外觀與引腳 DS18B20是Dallas公

20、司推出的一種改進型智能數(shù)字溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它只需一根導線就能讀出被測溫度，并可以根據實際需求編程實際912位數(shù)字讀數(shù)方式。10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計DS18B20實物及引腳圖10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計DS18B20引腳定義：1）DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；2）GND為電源地；3）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源 接線方式時接地）。4）NC表示無連接。10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計2.DS18B20的主要特性電壓范圍：3.05.5V;獨特的單線接口方式實現(xiàn)組網多點測溫；不需要任何外圍元件;測溫范圍5

21、5+125，在-10+85時精度為0.5;可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫;10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計在9位分辨率時最多在 93.75ms內把溫度轉換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快;測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力;負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計DS18B20內部結構圖3DS18B20內部結構DS18B20有4個主要的數(shù)據部：

22、1）64位ROM：2）溫度傳感器3）高速緩存存儲器4）配置寄存器10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計4.DS28B20芯片ROM指令Read ROM（讀ROM）33HMatch ROM（指定匹配芯片）55HSkip ROM（跳躍ROM指令）CCHSearch ROM（搜索芯片）F0HAlarm Search（報警芯片搜索）ECHWrite Scratchpad（向RAM中寫數(shù)據）4EH10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計Read Scratchpad（從RAM中讀數(shù)據）BEHCopy Scratchpad（將RAM數(shù)據復制到EEPROM中）48HConvert T（溫度轉換）44HRecall EEPROM（將EEPROM中的報警值復制到RAM）B8HRead Power Supply（工作方式切換）B4H10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計10.6.3 多功能顯示儀DS1820程序 多功能顯示儀DS1820程序包括溫度的采集、轉換、設置等內容。10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計1.電路圖10.6 1-wire單總線 DS18B20測溫設計2.程序如書上所列10.6 1-wire單總線 DS1