《單片機原理及應用 》課件-第7章

第7章單片機接口技術7.1LED數(shù)碼管接口技術

任務7-1用LED數(shù)碼管顯示數(shù)字“5”

任務7-24位共陽極數(shù)碼管的動態(tài)掃描顯示7.2點陣LED接口技術

任務7-3使用LED點陣顯示“1”7.3鍵盤接口技術

任務7-4無軟件消抖的獨立式鍵盤輸入

任務7-5采用軟件消抖的獨立式鍵盤輸入第7章單片機接口技術7.4字符型LCD液晶接口技術

任務7-6用LCD顯示字符“MCU”本章小結習題

在工業(yè)控制、智能儀表、家用電器等領域,單片機應用系統(tǒng)需要配接數(shù)碼管、液晶屏、鍵盤等外接器件。接口技術用于解決單片機與外接器件的信息傳輸問題,以完成初始設

置、數(shù)據(jù)輸入,以及控制量輸出、結果存儲和顯示等功能。本章主要介紹MCS51單片機與LED數(shù)碼管、鍵盤、LCD液晶等接口技術及其應用的實例。

7.1LED數(shù)碼管接口技術

7.1.1LED數(shù)碼管的原理LED數(shù)碼管顯示數(shù)字和符號的原理與用火柴棒拼寫數(shù)字非常類似,用幾個發(fā)光二極管也可以拼成各種各樣的數(shù)字和圖形,LED數(shù)碼管就是通過控制對應的發(fā)光二極管來顯示數(shù)字的。圖7－1所示為常見數(shù)碼管的實物圖,其結構如圖7－2所示。

數(shù)碼管實際上是由7個發(fā)光二極管組成的一個8字形,還有另外一個發(fā)光二極管做成圓點形,主要作為顯示數(shù)據(jù)的小數(shù)點使用,這樣一共使用了8個發(fā)光二極管,所以叫8段LED數(shù)碼管。這些段分別由字母a、b、c、d、e、f、g和

dp來表示。當給這些數(shù)碼管特定的段加上電壓后,這些特定的段就會發(fā)亮,以顯示出各種數(shù)字和圖形。

圖7－1常見數(shù)碼管的實物圖圖7－2常見數(shù)碼管結構

在引腳分布中,COM腳為8個發(fā)光二極管的公共引腳,a~g和dp腳為7個條形發(fā)光二極管和圓點發(fā)光二極管的另一端引腳。按照公共端的形成方式,數(shù)碼管分共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種,它們的內部結構如圖7－3、圖7－4所示。圖7－4共陰極數(shù)碼管內部結構圖

共陽極數(shù)碼管中,各發(fā)光二極管的陰極引出,分別為數(shù)碼管的a~dp腳,發(fā)光二極管的陽極接在一起,由COM引腳引出。

共陰極數(shù)碼管中,各發(fā)光二極管的陽極引出,分別為數(shù)碼管的a~dp腳,發(fā)光二極管的陰極接在一起,由COM引腳引出。

所謂共陽極數(shù)碼管,就是它們的公共端(也叫做COM端)接正極;反之,公共端接地,則為共陰極數(shù)碼管。

7.1.2接口電路與段碼控制

共陽極數(shù)碼管和單片機的接口電路原理圖如圖7－5所示。三極管的導通狀態(tài)受P2.0引腳的輸出電平控制,其集電極為數(shù)碼管的共陽極端。P0.0~P0.7引腳的輸出電平可以控制數(shù)碼管各字段的亮滅狀態(tài),只要讓P0口輸出規(guī)定的控制信號,就可以使這些字段按照要求亮滅,顯示出不同的數(shù)字。圖7－5共陽極數(shù)碼管和單片機的接口電路原理圖

下面以數(shù)字“5”的顯示為例,介紹數(shù)碼管顯示數(shù)字的方法。要顯示數(shù)字“5”,數(shù)碼管中亮的字段應當是a、f、g、c和d,即數(shù)碼管的輸入端a、f、g、c和d需要通低電平;而字段b、e和dp不亮,即數(shù)碼管的輸入端b、e和dp

通高電平。如果將字段a、b、c、d、e、f、g和dp分別接在P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6和P0.7這8個單片機引腳上,則各引腳輸出的電平信號見表7－1。根據(jù)表7－1,可得P0=l00l0010B=92H,即只要讓單片機P0口輸出“0x92”,就可以讓數(shù)碼管顯示數(shù)字“5”。同樣,可得出所有數(shù)字的段碼,結果見表7－2。

任務7－1用LED數(shù)碼管顯示數(shù)字“5”

任務目的用LED數(shù)碼管顯示數(shù)字“5”,接口電路及運行效果如圖71所示(采用7SEGCOMANGRN型數(shù)碼管)。任務準備設備及軟件:萬用表、計算機、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。

任務實施

1.任務分析

圖7－6中數(shù)碼管的電源由三極管Q1提供,當P2.0引腳輸出低電平“0”時,Q1導通,數(shù)碼管通電。然后只要讓P0口輸出數(shù)字“5”的段碼,并將該段碼送到數(shù)碼管相應接口,即可顯示出數(shù)字“5”。整個過程可分兩個步驟來完成。圖7－6

(1)由P2.0引腳輸出低電平點亮數(shù)碼管。

P2=0xfe;//P2=11111110B,P2.0引腳輸出低電平,點亮數(shù)碼管

(2)P0口輸出數(shù)字的段碼。

P0=0x92;//0x92是數(shù)字″5″的段碼

2.程序設計

先建立一個文件夾,然后建立“

LEDSegmentDisplays”工程項目,最后建立源程序文

件“LEDSegmentDisplays.c”。輸入如下源程序:

3.用Proteus軟件仿真

經(jīng)Keil軟件編譯通過后,可利用Proteus軟件進行仿真。在ProteusISIS編輯環(huán)境中繪制仿真電路圖,將編譯好的hex文件載入AT89C51。啟動仿真,即可看到圖7－6中的數(shù)碼管顯示出數(shù)字“5”。

任務7－24位共陽極數(shù)碼管的動態(tài)掃描顯示

任務目的使用4位數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示數(shù)字“1234”,接口電路及運行效果如圖7－7所示。任務準備設備及軟件:萬用表、計算機、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。

任務實施

1.任務分析

要用數(shù)碼管顯示多位數(shù)字,可采用如圖7－7所示的接口電路。圖中電壓表不能去掉,否則仿真結果不正確,這是由于仿真軟件某些特性與實物不一致所致,因此仿真軟件的仿真結果僅作學習參考。圖中數(shù)碼管的字段控制端口都接在P0口,而位選(電源)控制端口則分別接在P2口的不同引腳。圖7－74位共陽極數(shù)碼管的動態(tài)掃描顯示

2.程序設計

先建立一個文件夾,然后建立“DigitalTubeDynamicScanning”工程項目,最后建立

源程序文件“DigitalTubeDynamicScanning.c”。

3.用Proteus軟件仿真

經(jīng)Keil軟件編譯通過后,可利用Proteus軟件進行仿真。在ProteusISIS編輯環(huán)境中繪制仿真電路圖,將編譯好的hex文件載入AT89C51。啟動仿真,即可看到圖7－7中的數(shù)碼管顯示出數(shù)字“1234”。

7.2點陣LED接口技術

7.2.1點陣的初步認識點陣LED顯示屏作為一種現(xiàn)代電子媒體,具有靈活的顯示面積(可任意分割和拼裝)、高亮度、長壽命、數(shù)字化、實時性等特點,應用非常廣泛。一個8×8的點陣LED如圖7－8所示,它由64個LED組成,它的內部結構原理圖如圖7－9所示。圖7－88×8的點陣LED實物圖圖7－98×8點陣結構原理圖

7.2.2點陣的圖形顯示概述

在顯示數(shù)字、字母或圖形的時候,需要由單片機送出數(shù)據(jù)給LED點陣的各共陽極,這些數(shù)據(jù)通過專用取模軟件來提取,非常方便。下面介紹一款簡單的字模提取軟件“字模精

靈V1.0”。其他取模軟件原理類同,讀者可以上網(wǎng)搜索。

如圖7－10所示,首先設置字體,字體設置為“宋體”、字形設置為“常規(guī)”、大小設置為“小五”。在輸入字符中輸入要提取字模的字符“1”,在參數(shù)中分別選擇“C51格式”、“字節(jié)正序”、“橫向取?！?然后單擊“取模”按鈕,即可生成如圖7－10所示的顯示數(shù)據(jù)。在生成的12個字節(jié)數(shù)據(jù)中,我們選取中間的8個字節(jié)數(shù)據(jù)。圖7－10“字模精靈”軟件界面

對于8×8的點陣來說,我們可以顯示一些簡單的圖形、字符等。但大部分漢字通常要用到16×16個點,8×8的點陣只能顯示一些簡單筆畫的漢字,讀者可以自己取模做出來

試試看。使用大屏顯示漢字的方法和小屏的方法是類似的,所需要做的只是按照相同的原理來擴展行數(shù)和列數(shù)而已。

任務7－3使用LED點陣顯示“1”

任務目的使用8×8的LED點陣顯示數(shù)字“1”,接口電路及運行效果如圖7－11所示。任務準備設備及軟件:萬用表、計算機、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。圖7－11使用8×8的LED點陣顯示“1”

任務實施

1.任務分析

在Proteus中,8×8的LED點陣取出后,上、下的8個引腳究竟哪個是行線,哪個是列線,并無標示,需要通過測試來確定。方法很簡單,陽極加高電平,陰極加低電平。如果行列判斷正確,總會有二極管被點亮,如果不正確,則交換高、低電平的位置即可。元件取出后,先不對元件進行旋轉或鏡像操作,按圖7－12接線,即假定上面引腳為陰極,下面引腳為陽極。運行仿真,如果出現(xiàn)如圖7－12所示的仿真結果,說明元件在初始狀態(tài)時,上面8個引腳為陰極,下面8個引腳為陽極。

圖7－12

2.程序設計

先建立一個文件夾,然后建立“LEDMatrixModule”工程項目,最后建立源程序文件“LEDMatrixModule.c”。

3.用Proteus軟件仿真

經(jīng)Keil軟件編譯通過后,可利用Proteus軟件進行仿真。在ProteusISIS編輯環(huán)境中繪制仿真電路圖,將編譯好的hex文件載入AT89C51。啟動仿真,即可看到圖7－11中的

LED點陣顯示出數(shù)字“1”。

7.3鍵盤接口技術

在單片機應用系統(tǒng)中,需要通過輸入裝置對系統(tǒng)進行初始設置和輸入數(shù)據(jù)等操作,這些任務通常采用鍵盤來完成。鍵盤是單片機應用系統(tǒng)中最常用的輸入設備之一,它是由若干按鍵按照一定規(guī)則組成的。每一個按鍵實際上是一個開關元件,按構造可分為有觸點開關按鈕和無觸點開關按鍵兩類。有觸點開關按鍵有機械開關、彈片式微動開關、導電橡膠等;無觸點開關按鍵有電容式按鍵、光電式按鍵和磁感應按鍵等。目前單片機應用系統(tǒng)中使用最多的鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。

編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動提供與被按鍵對應的編碼,通常還有去抖動、多鍵識別等功能。這種鍵盤使用方便,但價格較貴,一般的單片機應用系統(tǒng)很少采用。非編碼鍵盤只提供簡單的行和列的矩陣,應用時由軟件來識別鍵盤上的閉合鍵。它具有結構簡單,使用靈活等特點,因此被廣泛應用于單片機控制系統(tǒng)。在應用中,非編碼鍵盤常用的類型有獨立式(線性)鍵盤和矩陣(行列式)鍵盤。獨立式鍵盤通常用于按鍵數(shù)目較少的場合,而后者適用于按鍵數(shù)目較多的場合。

7.3.1獨立式鍵盤的工作原理

1.接口電路

所謂的獨立式鍵盤,是指每一個I/O端口上只接一個按鍵,按鍵的另一端接電源或接地(通常接地),其實現(xiàn)原理是利用I/O端口讀取端口的電平高低來判斷是否有鍵按下。

獨立式鍵盤接口電路如圖7－13所示,每一個按鍵對應P1口的一根線,各鍵是相互獨立的。應用時,由軟件來識別鍵盤上的鍵是否被按下。當某個鍵被按下時,該鍵對應的端口將由高電平變?yōu)榈碗娖?。反過來,如果檢測到某端口為低電平,則可判斷出該端口對應的按鍵被按下。所以,通過軟件可判斷出各按鍵是否被按下。圖7－13獨立式鍵盤接口電路

2.按鍵抖動的消除

單片機中應用的鍵盤一般是由機械觸點構成的。在圖7－13中,當開關S1未被按下時,P1.4引腳輸入信號為高電平;

S1閉合后,Pl.4引腳輸入信號為低電平。由于按鍵是機械觸點,當機械觸點斷開、閉合時,觸點將有抖動,Pl.4引腳輸入端的波形如圖7－14所示。這種抖動對于人來說是感覺不到的,但對于單片機來說,則是完全可以感應到的。因為單片機處理的速度為微秒級,而機械抖動的時間至少是毫秒級,對單片機而言,這已是一個“漫長”的時間了。所以雖然只按了一次按鍵,但是單片機卻檢測到按了多次鍵,因而往往產(chǎn)生非預期的結果。圖7－14按鍵抖動產(chǎn)生的輸入波形

為使單片機能夠正確地讀出鍵盤所接I/O口的狀態(tài),就必須考慮如何消抖。通常去除抖動影響的方法有硬件、軟件兩種,單片機中常用的消抖方法為軟件消抖法。當單片機第

一次檢測到某口線為低電平時,不是立即認定其對應按鍵被按下,而是延時幾十毫秒后再次檢測該口線電平。如果仍為低電平,說明該按鍵確實被按下,這實際上是避開了按鍵按下時的抖動時間。而在檢測到按鍵釋放后再延時幾十毫秒,消除后沿的抖動,然后再執(zhí)行相應任務。不過一般情況下,即使不對按鍵釋放的后沿進行處理,也能滿足絕大多數(shù)場合的要求。

3.鍵盤的工作方式

對鍵盤的響應取決于鍵盤的工作方式,鍵盤的工作方式應根據(jù)實際應用系統(tǒng)中CPU的工作狀況而定,其選取的原則是既要保證CPU能及時響應按鍵操作,又不要過多占用CPU的工作時間。通常,鍵盤的工作方式有三種,即編程掃描、定時掃描和中斷掃描。

1)編程掃描工作方式

編程掃描工作方式是利用CPU在完成其他工作的空余時間,調用鍵盤掃描子程序來響應鍵輸入要求。在執(zhí)行鍵功能程序時,CPU不再響應鍵輸入要求。

鍵盤掃描子程序一般應具備下述幾個功能:

(1)判別有無鍵按下。

(2)消除鍵的機械抖動。

(3)判斷閉合鍵的鍵號。

(4)判斷閉合鍵是否釋放,若沒有釋放則繼續(xù)等待。

(5)將閉合鍵鍵號保存,同時轉去執(zhí)行該閉合鍵的功能。

2)定時掃描工作方式

定時掃描方式就是每隔一段時間對鍵盤掃描一次,它利用單片機內部的定時器產(chǎn)生一定時間(如10ms)的定時,定時時間到時就產(chǎn)生定時器溢出中斷。CPU響應中斷后對鍵盤

進行掃描,并在有鍵按下時識別出該鍵,再執(zhí)行該鍵的功能程序。定時掃描工作方式的硬件電路與編程掃描工作方式的硬件電路相同。

3)中斷掃描工作方式

采用上述兩種鍵盤掃描方式時,無論是否按鍵,CPU都要定時掃描鍵盤,而單片機應用系統(tǒng)工作時,并非經(jīng)常需要鍵盤輸入,因此,CPU經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)。

為了提高CPU的工作效率,可采用中斷掃描工作方式。即無鍵按下時,CPU處理自己的工作,當有鍵按下時,產(chǎn)生中斷請求,CPU轉去執(zhí)行鍵盤掃描子程序,并識別鍵號。

中斷掃描工作方式的一種簡易鍵盤接口如圖7－15所示。圖中接有一個四輸入端與門,其輸入端分別與各列線相連,輸出端接單片機外部中斷輸入INT0。初始化時,使鍵盤行輸出口全部置零。當有鍵按下時,INT0端為低電平,向CPU發(fā)出中斷申請,若CPU開放外部中斷,則響應中斷請求,進入中斷服務程序。在中斷服務程序中先保護現(xiàn)場,然后執(zhí)行前面討論的掃描式鍵盤輸入子程序,最后恢復現(xiàn)場并返回。圖7－15中斷掃描工作方式鍵盤接口

7.3.2矩陣鍵盤的工作原理

利用MCS-51單片機的I/O端口連接獨立式鍵盤,在按鍵個數(shù)較少的時候能夠達到一定效果,但如果系統(tǒng)需要的按鍵個數(shù)比較多,則這種方式需要占用大量的I/O端口,如16個按鍵就要占用16個I/O端口,非常浪費系統(tǒng)資源。當系統(tǒng)需要按鍵的個數(shù)較多時,采用矩陣式鍵盤更合理,即利用MCS51單片機的I/O端口相互交叉構成鍵盤,這種方式不僅節(jié)省I/O端口,而且按鍵掃描和按鍵識別程序也比較簡單。

1.接口電路

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。例如,對于l6個按鍵的鍵盤,可以按照圖7－16所示的4×4矩陣方式連接,即4根行線和4根列線,每個行線和列線交叉點處即為一個鍵位。4根行線接Pl口的低4位I/O口線,4根列線接P1口的高4位I/O口線,共需8根I/O口線。

2.工作原理

使用矩陣鍵盤的關鍵是如何判斷按鍵值。根據(jù)圖7－16所示,如果已知Pl.0引腳被置為低電平“0”,那么當按鍵S1被按下時,可以肯定Pl.4引腳的信號必定變成低電平“0”;

反之,如果已知P1.0引腳被置為低電平“O”,P1.1引腳、P1.2引腳和P1.3引腳被置為高電平,而單片機掃描到P1.4引腳為低電平“0”,則可以肯定S1鍵被按下。圖7－16矩陣鍵盤的接口電路

識別按鍵的基本過程如下:

(1)首先判斷是否有鍵被按下。將全部行線(P1.0引腳、P1.1引腳、P1.2引腳和P1.3引腳)置低電平“0”,全部列線置高電平“1”,然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電

平為低,則表示鍵盤中有鍵被按下;若檢測到所有列線均為高電平,則鍵盤中無鍵被按下。

(2)按鍵消抖。當判別到有鍵被按下后,調用延時子程序,執(zhí)行后再次進行判別。若確認有鍵被按下,則開始第(3)步的按鍵識別,否則重新開始。

(3)按鍵識別。當有鍵被按下時,轉入逐行掃描的方法來確定是哪一個鍵被按下。先掃描第一行,即先將第一行輸出低電平“0”,然后讀入列值,哪一列出現(xiàn)低電平“0”,則說明該列與第一行跨接的鍵被按下。若讀入的列值全為“1”,則說明與第一行跨接的按鍵(S1~S4)均沒有被按下。接著開始掃描第二行,依次類推,逐行掃描,直到找到被按下的鍵。

任務7－4無軟件消抖的獨立式鍵盤輸入

任務目的用按鍵S1控制發(fā)光二極管D1的工作狀態(tài)(亮、滅)。每按下一次按鍵S1后,發(fā)光二極管D1的工作狀態(tài)發(fā)生翻轉,電路原理圖如圖7－17所示。任務準備設備及軟件:萬用表、計算機、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。圖7－17獨立式鍵盤輸入實驗電路

任務實施

1.實現(xiàn)方法

將P1.0引腳電平初始化為低電平(D1點亮),將P3.5引腳電平初始化為高電平,以后每按下一次按鍵S1,讓P1.0引腳輸出電平翻轉即可。

2.程序設計

先建立一個文件夾,然后新建一個名稱為“KEY1”的工程項目,最后建立源程序文件“KEY1.c”。

3.用Proteus軟件仿真

經(jīng)Keil軟件編譯通過后,可利用Proteus軟件進行仿真。在ProteusISIS編輯環(huán)境中繪制仿真電路圖,將編譯好的“KEY1.hex”文件載入AT89C51。啟動仿真,可以看到,當

用鼠標按下S1鍵時,發(fā)光二極管D1亮滅狀態(tài)的控制不能達到預期效果,常常需按多次按鍵,才能實現(xiàn)D1最終的工作狀態(tài)發(fā)生翻轉。

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是:程序沒有進行按鍵消抖,從而使單片機實際檢測到的按鍵次數(shù)不確定。

任務7－5采用軟件消抖的獨立式鍵盤輸入

任務目的用按鍵S1控制發(fā)光二極管D1的工作狀態(tài)(亮、滅)。每按下一次按鍵S1后,發(fā)光二極管D1的工作狀態(tài)發(fā)生翻轉,電路原理圖如圖7－17所示。設計一段采用軟件消抖的按鍵識別程序實現(xiàn)上述功能。任務準備設備及軟件:萬用表、計算機、KeilμVision4軟件、Proteus軟件。

任務實施

1.實現(xiàn)方法

將P1.0引腳電平初始化為低電平(D1點亮),將P3.5引腳電平初始化為高電平,之后檢測按鍵S1是否閉合,若閉合則延時20ms左右后再次檢測按鍵的狀態(tài),若仍為閉合狀態(tài),則說明按鍵為有效閉合狀態(tài),讓P1.0引腳輸出電平翻轉即可;否則說明為按鍵抖動引起的干擾,應不做處理,這樣便有效消除了按鍵的抖動帶來的誤操作。

2.程序設計

先建立一個文件夾,然后新建一個名稱為“KEY2”的工程項目,最后建立源程序文件“KEY2.c”。

3.用Proteus軟件仿真

經(jīng)Keil軟件編譯通過后,可利用Proteus軟件進行仿真。在ProteusISIS編輯環(huán)境中繪制仿真電路圖,將編譯好的“KEY2.hex”文件載入AT89C51。啟動仿真,可以看到,當

用鼠標點動按下S1鍵時,發(fā)光二極管D1亮滅狀態(tài)的控制較好地達到了預期效果。

．

當長時間按下S1鍵時,發(fā)光二極管D1的工作狀態(tài)不斷翻轉,若想避免這樣的現(xiàn)象,可在程序中按鍵檢測的部分,增加等待按鍵釋放的語句。

7.4字符型LCD液晶接口技術

普通的LED數(shù)碼管只能用來顯示數(shù)字,如果要顯示英文、漢字或圖像,則需要使用液晶顯示器。液晶顯示器的英文名稱是LiquidCrystalDisplay,簡稱LCD。液晶顯示器作為顯示器件具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點,所以LCD日漸成為各種便攜式電子產(chǎn)品的理想顯示器,如電子表、計算器上的顯示器等。

目前常用的有16字×1行、16字×2行、20字×2行和40字×2行等字符模塊。這些LCD雖然顯示的字數(shù)各不相同,但都具有相同的輸入/輸出界面。型號通常用XXX1602、XXX1604、XXX2002、XXX2004等表示。對于XXX1602,XXX為商標名稱;16代表液晶每行可顯示16個字符;02表示共有2行,即這種顯示器一共可顯示32個字符。圖7－18所示是某1602字符型LCD的外形圖。圖7－18某1602字符型LCD的正反面照片

1.LCD顯示的原理

液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性,通過電壓對顯示區(qū)域進行控制,只要輸入所需的控制電壓,就可以顯示出字符。LCD能夠顯示字符的關鍵在于其控制器,目前大部分點陣型LCD都使用日立公司的HD44780集成電路作為控制器。

2.1602型LCD的特性

(1)5V電壓,反視度(明暗對比度)可調整。

(2)內含振蕩電路,系統(tǒng)內含重置電路。

(3)提供各種控制命令,如清除顯示器、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能。

(4)顯示用數(shù)據(jù)DDRAM共用80B。

(5)字符發(fā)生器CGROM有160個5×7點陣字符。

(6)字符發(fā)生器CGRAM可由使用者自行定義8個5×7的點陣字符。

3.1602型LCD的引腳及功能

1腳(VDD/VSS):電源5V或接地。

2腳(VSS/VDD):接地或電源5V。

3腳(VEE):對比度調整。使用可變電阻調整,通常接地。

4腳(RS):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。

5腳(R/W):讀/寫選擇。高電平時進行讀操作,低電平時進行寫操作。當RS和R/W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、R/W為高電平時可以讀忙信號;當RS為高電平、R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。

6腳(E):使能操作。高電平時LCM可做讀寫操作;低電平時LCM不能做讀寫操作。

7腳(DB0):雙向數(shù)據(jù)總線的第0位。

8腳(DB1):雙向數(shù)據(jù)總線的第1位。

9腳(DB2):雙向數(shù)據(jù)總線的第2位。

10腳(DB3):雙向數(shù)據(jù)總線的第3位。

11腳(DB4):雙向數(shù)據(jù)總線的第4位。

12腳(DB5):雙向數(shù)據(jù)總線的第5位。

13腳(DB6):雙向數(shù)據(jù)總線的第6位。

14腳(DB7):雙向數(shù)據(jù)總線的第7位。

15腳(VDD):背光顯示器電源+5V。

16腳(VSS):背光顯示器接地。

說明:由于生產(chǎn)LCD的廠商眾多,使用時應注意電源引腳1、2的不同。LCD數(shù)據(jù)讀寫方式可以分為8位及4位兩種,以8位數(shù)據(jù)進行讀寫則DB7~DB0都有效,若以4位方

式進行讀寫則只用到DB7~DB4。

4.LCD的控制器HD44780的特點

HD44780的內部組成結構如圖7－19所示。HD44780的特點總結如下:

(1)HD44780不僅可作為控制器,而且還具有驅動40×16點陣液晶像素的能力,并且HD44780的驅動能力可通過外接驅動器擴展360列驅動。

(2)HD44780的顯示緩沖區(qū)及用戶自定義的字符發(fā)生器CGRAM全部內藏在芯片內。

(3)HD44780具有適用于M6800系列MCU的接口,并且接口數(shù)據(jù)傳輸可為8位數(shù)據(jù)傳輸和4位數(shù)據(jù)傳輸兩種方式。

(4)HD44780具有簡單而功能較強的指令集,可實現(xiàn)字符移動、閃爍等顯示功能。

由于HD44780的DDRAM容量有限,HD44780可控制的字符為每行80個字,也就是5×80=400點。HD44780內藏有16路行驅動器和40路列驅動器,所以HD44780本身

就具有驅動16×40點陣LCD的能力(即單行16個字符或兩行8個字符)。

圖7－19HD44780的內部組成結構

5.LCD的控制器HD44780的工作原理

1)DDRAM———數(shù)據(jù)顯示用RAM

DDRAM是數(shù)據(jù)顯示用RAM(DataDisplayRAM)。DDRAM用來存放我們要LCD顯示的數(shù)據(jù),只要將標準的ASCII碼送入DDRAM,內部控制電路就會自動將數(shù)據(jù)傳送到顯示器上,如要LCD顯示字符A,則我們只需將ASCII碼41H存入DDRAM即可。DDRAM有80B(字節(jié))空間,共可顯示80個字(每個字為1個字節(jié)),其存儲器地址與實際

顯示位置的排列順序與LCD的型號有關。1602液晶屏的RAM地址映射圖如圖7－20所示。圖7－201602液晶屏的RAM地址映射圖

2)CGROM———字符產(chǎn)生器ROM

CGROM是字符產(chǎn)生器ROM(CharacterGeneratorROM)。CGROM儲存了192個

5×7的點陣字符。CGROM的字符要經(jīng)過內部電路的轉換才會傳到顯示器上,僅能讀出不可寫入。字符的排列方式與標準的ASCII碼相同,如字符碼31H為1字符,字符碼41H

為A字符。如我們要在LCD中顯示A,就是將A的ASCII代碼41H寫入DDRAM中,同時電路到CGROM中將A的字符點陣數(shù)據(jù)找出來顯示在LCD上。字符與字符碼對照表

如表7－3所示。

3)CGRAM———字符產(chǎn)生器RAM

CGRAM即字符產(chǎn)生器RAMCharacterGeneratorRAM)。CGRAM是供使用者儲存自行設計的特殊造型的造型碼RAM的。CGRAM共有512b(64字節(jié))。一個5×7點陣字

符占用8×8b,所以CGRAM最多可存8個造型。

4)IR———指令寄存器

IR是指令寄存器(InstructionRegister)。IR負責儲存MCU要寫給LCD的指令碼。當MCU要發(fā)送一個命令到IR時,必須要控制LCD的RS、R/W及E這三個引腳,當

RS及R/W引腳信號為0,E引腳信號由1變?yōu)?時,就會把在DB0~DB7引腳上的數(shù)據(jù)送入IR。

5)DR———數(shù)據(jù)寄存器

DR是數(shù)據(jù)寄存器(DataRegister)。DR負責儲存MCU要寫到CGRAM或DDRAM的數(shù)據(jù),或儲存MCU要從CGRAM或DDRAM讀出的數(shù)據(jù),因此DR可視為一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū),它也是由LCD的RS、R/W及E等三個引腳來控制的。當RS及R/W引腳信號為1,E接腳信號由1變?yōu)?時,LCD會將DR內的數(shù)據(jù)由DB0~DB7輸出以供MCU讀取;當RS引腳信號為1,R/W引腳信號為0,E引腳信號由1變?yōu)?時,就會把在DB0~DB7引腳上的數(shù)據(jù)存入DR。

6)BF———忙碌標志信號

BF是忙碌標志信號(BusyFlag)。BF的功能是告訴MCU,LCD內部是否正忙著處理數(shù)據(jù)。當BF=1時,表示LCD內部正在處理數(shù)據(jù),不能接受MCU送來的指令或數(shù)據(jù)。

LCD設置BF的原因為:MCU處理一個指令的時間很短,只需幾微秒左右,而LCD得花上40μs~1.64ms的時間,所以MCU要寫數(shù)據(jù)或指令到LCD之前,必須先查看BF是否為0。

7)AC———地址計數(shù)器

AC是地址計數(shù)器(AddressCounter)。AC的工作是負責計數(shù)寫到CGRAM、DDRAM數(shù)據(jù)的地址,或從DDRAM、CGRAM讀出數(shù)據(jù)的地址。使用地址設定指令寫到IR后,則地址數(shù)據(jù)會經(jīng)過指令解碼器ID(InstructionDecoder)再存入AC。當MCU從DDRAM或CGRAM存取資料時,AC依照MCU對LCD的操作而自動地修改它的地址計數(shù)值。

6.LCD控制器的指令

用MCU來控制LCD模塊,方式十分簡單。LCD模塊其內部可以看成兩組寄存器:一組為指令寄存器;一組為數(shù)據(jù)寄存器,由RS引腳來控制。所有對指令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的存取均需檢查LCD內部的忙碌標志BF,此標志用來告知LCD目前的工作情況,以及是否允許接收控制命令。而此位的檢查可以令RS=0,用讀取DB7來加以判斷,當此DB7為0時,才可以寫入指令或數(shù)據(jù)寄存器。LCD控制器的指令共有11組,分別如下:

(1)清除顯示器,如表7－4所示。

指令代碼為01H,將DDRAM數(shù)據(jù)全部填入“空白”的ASCII代碼為20H,執(zhí)行此指令將清除顯示器的內容,同時光標移到左上角。

(2)光標歸位設定,如表7－5所示。

指令代碼為02H,地址計數(shù)器被清0,DDRAM數(shù)據(jù)不變,光標移到左上角。*表示可以為0或1。

(3)設定字符進入模式,如表7－6所示。

(4)顯示屏開關,如表7－8所示。

(5)顯示光標移位,如表7－9所示。

S/C與R/L值對應的工作情形如表7－10所示。

(6)功能設定,如表7－11所示。

(7)CGRAM地址設定,如表7－12所示。

該指令用于設定下一個要讀寫數(shù)據(jù)的CGRAM地址(A5~A0)。

(8)DDRAM地址設定,如表7－13所示。

該指令用于設定下一個要讀寫數(shù)據(jù)的DDRAM地址(A6~A0)。

(9)忙碌標志BF或AC地址讀取,如表7－14所示。

LCD的忙碌標志BF用以指示LCD目前的工作情況。當BF=1時,表示正在做內部數(shù)據(jù)的處理,不接受MCU送來的指令或數(shù)據(jù);當BF=0時,表示已準備接收命令或數(shù)據(jù)。當程序讀取此數(shù)據(jù)的內容時,DB7表示忙碌標志,而DB6~DB0的值表示CGRAM或DDRAM中的地址,至于是指向哪一地址,則根據(jù)最后寫入的地址設定指令而定。

(10)寫數(shù)據(jù)到CGRAM或DDRAM中,如表7－15所示。

先設定CGRAM或DDRAM的地址,再將數(shù)據(jù)寫入DB7~DB0中,以使LCD顯示出字形。也可將使用者自創(chuàng)的圖形存入CGRAM。

(11)從CGRAM或DDRAM中讀取數(shù)據(jù),如表7－16所示。

先設定CGRAM或DDRAM地址,再讀取其中的數(shù)據(jù)。

7.控制器接口時序說明(HD44780及兼容芯片)

控制LCD所使用的芯片HD44780的讀寫周期約為1μs左右,這與8051MCU的讀寫周期相當,所以很容易與MCU相互配合使用。讀操作時序如圖7－21所示。圖7－21控制器接口讀操作時序

寫操作時序如圖7－22所示。圖7－22控制器接口寫操作時序

時序參數(shù)如表7－17所示。

8.1602型LCD的讀寫操作

LCD是一個慢顯示器件,所以在寫每條指令前一定要先讀LCD的忙碌狀態(tài)。如果LCD正忙于處理其他指令,就等待;如果不忙,則執(zhí)行寫指令。為此,1602型LCD專門設了一個忙碌標志位BF,該位連接在8位雙向數(shù)據(jù)線的DB7位上。如果BF為低電平“O”,則表示LCD不忙;如果BF為高電平“1”,則表示LCD處于忙碌狀態(tài),需要等待。假定1602型LCD的8位雙向數(shù)據(jù)線(DB0~DB7)是通過單片機的P0口進行數(shù)據(jù)傳遞的,那么只要檢測P0口的P0.7引腳電平(DB7連P0.7)就可以知道忙碌標志位BF的狀態(tài)。

1)讀狀態(tài)(忙碌檢測)

要將待顯示的字符(實際上是其標準ASCII碼)寫入液晶模塊,首先就要檢測LCD是否忙碌,這要通過讀1602型LCD的狀態(tài)來實現(xiàn),即“欲寫先讀”。

2)寫指令

3)寫數(shù)據(jù)

寫數(shù)據(jù)實際是將待顯字符的標準ASCII碼寫入LCD的數(shù)據(jù)顯示用存儲器(DDRAM)。

4)自動顯示

數(shù)據(jù)寫入液晶模塊后,字符產(chǎn)生器(CGROM)將自動讀出字符的字形點陣數(shù)據(jù),并將字符顯示在液晶屏上。這個過程由LCD自動完成,無需人工干預。

9.通常推薦的初始化過程

任務7－6用LCD顯示字符“MCU

任務目的使用1602字符型LCD顯示字符“MCU”,采用的接口電路原理圖如圖7－23所示,要求在1602字符型LCD的第1行顯示大寫英文字母“MCU”。

顯示模式設置如下:

(1)16