液晶显示电话拨号电路设计.doc
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1、济源职业技术学院毕业设计设计任务书设计题目:液晶显示电话拨号电路设计设计要求:1 用单片机设计一个模拟电话拨号系统,用1602LCD液晶显示来实现显示时间并能用矩阵式按键控制电话所拨号码及时显示功能的设计;2 设计完成该功能的硬件电路;3 设计完成上述功能的相应软件;4 在Proteus仿真软件上调试出相应的效果。设计进度要求:第一周:选定设计题目,查找、搜集相关资料。第二周:了解各元器件、模块的功能及使用方法。第三周:硬件电路的设计。第四周:相应软件设计(程序设计)。第五周:利用Proteus仿真软件调试并记录相关的数据和错误。第六周:利用Proteus仿真软件调试并记录相关的数据和错误。第
2、七周:写毕业论文。第八周:毕业答辩。指导教师(签名): 16摘要随着时代的进步和发展,单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研等各个领域,已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种用单片机设计的液晶显示项目。这个液晶显示除了具有显示时间的功能以外,还具有显示电话号码的功能。正文中首先简单描述了硬件系统的工作原理,且附以硬件系统的设计框图,论述了本次毕业设计所应用的各种硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程, 并具体描述了外接电路接口的软、硬件调试。其次阐述了程序的流程和实现过程。本设计就是以单片机的基本语言汇编语言来进行软件设计,软件的设计采用模块化结构,使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。
3、使硬件在软件的控制下协调运作。本文撰写的主导思想是软、硬件相结合,以硬件为基础,来进行各功能模块的编写。关键词:1602LCD液晶显示屏,矩阵式按键,AT89C51前言随着半导体集成工艺的不断发展,单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将更强。在单片机家族中,80C51系列是其中的佼佼者,加之Intel公司将其MCS 51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC制造厂商,如Philips、 NEC、Atmel、AMD、华邦等,这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C51的许多特性。这样,80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家
4、族,现统称为80C51系列。80C51单片机已成为单片机发展的主流。专家认为,虽然世界上的MCU品种繁多,功能各异,开发装置也互不兼容,但是客观发展表明,80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。本设计采用的是ATMEL公司的AT89C51芯片,此芯片根据了充分的静止CMOS 控制器与三级节目记忆锁,共有:32 条I/O 线,2 定时计数器,6 个中断来源,4 K 闪存, 128 个字节在芯片RAM。由于本设计所做的是一个用液晶显示屏实现电话号码及时间显示的设计,所以要用到单片机的最小应用系统模块1,还需要用到矩阵式键盘和1602LCD。而我的硬件设计详见第二章,主要介绍了需要哪几部分硬件
5、电路。在2.1节介绍了主要的框架;2.2节简单的介绍了显示控制方案 ;2.3节简单介绍了键盘控制方案。在第三章中我们详细的解说了硬件系统的设计。3.1节介绍了单片机的选型;3.2说明了按键控制电路; 3.3介绍了LCD显示器。第四章介绍了软件设计,分别说明了设计思路和流程图状况;第五章是我对此设计的调试过程和结果显示。第六章就是我对此设计的总体概括,体会和心得。我所设计的这个液晶显示可适用于比较简单的数字字母显示,可用于一些简单的显示工作中。目 录摘要II前言11 单片机的发展及应用31.1 单片机的发展31.2 单片机的应用32硬件总体方案52.1系统框图52.2显示控制方案52.3 键盘控
6、制方案63 硬件系统设计73.1单片机的选型73.2按键控制电路103.3LCD显示器124 软件设计174.1设计思路174.2定时器174.3总体流程图184.4中断服务程序的框图194.5按键子程序框图205 系统调试215.1在伟福中的调试215.2在Proteus中的调试225.3实验效果图266 结 论29致谢30参考文献311 单片机的发展及应用1.1 单片机的发展单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是一种非常活跃和颇具有生命力的机种。单片微型计算机简称单片机,特别适用于工业控制领域,因此又称为微控器。1971年微处理器研制成功不久,就出现了单片微型计算机即单片机,但最早
7、的单片机是1位的,处理能力有限。单片机的发展分为4个阶段:第一阶段(197476年):单片机初级阶段。因为受工艺限制,单片机采用单片的形式而且功能比较简单。例如美国仙童公司生产的F8单片机,实际上只包括了8位CPU,64个字节的RAM和2个并行接口。第二阶段(197678年):低性能单片机阶段。以INTEL公司生产的MCS48系列单片机为代表,该系列单片机片内集成有8位CPU,8位定时器/计数器,并行I/O接口,RAM和ROM等,但是最大的缺点就是无串行接口,中断处理比较简单而且片内RAM和ROM容量较小,且寻址范围不大与4KB。第三阶段(197883)高性能单片阶段这个阶段推出的单片机普遍带
8、有串行接口。多级中断系统,16位定时器/计数器,片内ROM,RAM容量加大,且寻址范围可达64KB,有的片内还带有A/D转换器。第四阶段(1983年至今)8位单片机巩固发展以及16位单片机,32 位单片机推出阶段。此阶段的主要特征是:一方面发展16位单片机,32位单片机及专用型单片机;另一方面不断完善高档8位单片机,改善其结构,增加片内器件,以满足不同的客户要求。1.2 单片机的应用单片机的应用很广,分别在以下领域中得到了广泛的应用。工业自动化:在自动化技术中,无论是过程控制技术、数据采集技术还是测控技术,都离不开单片机。在工业自动化的领域中,机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用,在这种机械、
9、微电子和计算机技术为一体的综合技术(例如机器人技术、数控技术)中,单片机将发挥非常重要的作用特别是近些年来,随着计算机技术的发展,工业自动化也发展到了一个新的高度,出现了无人工厂、机器人作业、网络化工厂等,不仅将人从繁重、复和危险的工业现场解放出来,还大大提高了生产效率,降低了生产成本。仪器仪表:目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。在自动化测量仪器中,单片机应用十分普及。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度,简化结构,减小体积,易于携带和使用,加速仪器仪表向数字化、智能化和多功能化方向发展。消费类电子产品:该应用主要反映在家电领域。目前家电产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能
10、化程度。例如,电子游戏、照相机、洗衣机、电冰箱、空调、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。在这些设备中使用了单片机后,其功能和性能大大提高,并实现了智能化、最优化控制。信方面:较高档的单片机都具有通信接口,因而为单片机在通信设备中的应用创造了很好的条件。例如,在微波通信、短波通信、载波通信、光纤通信、程控交换等通信设备和仪器中都能找到单片机的应用。武器装备:在现代化的武器装备中,如飞机、军舰、坦克、导单、鱼雷制导、智能武器设备、航天飞机导航系统,都有单片机在其中发挥重要作用。终端及外部设备控制:计算机网络终端设备,如银行终端,以及计算机外部设备如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复
11、印机等,在这些设备中都使用了单片机。近年来随着科技的飞速发展,同时带动自动控制系统日新月异更新,单片机的应用正在不断地走向深入。2硬件总体方案2.1系统框图液晶显示电话拨号的总体设计框图如图2.1所示。AT89C51最小应用系统按键电路晶振电路复位电路lcd液晶显示 图2.1总体设计框图设计中控制系统采用AT89C51单片机,1602LCD液晶显示屏。此外,还有单片机的复位电路、晶振电路、按键电路。其中单片机的P2口作1602LCD显示屏的使能端的控制,P0口作通过1602LCD显示屏信号输入。P3口接按键控制显示屏显示,本设计中的电路所采用的是液晶显示。2.2显示控制方案本设计所用显示为16
12、02LCD液晶显示,LCD与LED是两种不同的显示技术,LCD是由液态晶体组成的显示屏,而LED则是由发光二极管组成的显示屏。LED显示器与LCD显示器相比,LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面,都更具优势。但LCD相对LED而言使用更方便,更快捷,显示更清晰,而且LCD1602是一种非常常见的LCD显示屏,它采用字符的显示方式,非常便于显示字符。所以我们选用了LCD1602液晶显示。2.3 键盘控制方案键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘,独立式键盘接口电路配置灵活,硬件结构简单,工作可靠但每个按键必须占用一跟I/O接口线,I/O接口线浪费较大,在单片机应用系统中,有时只需要几个简单的按键
13、向系统输入信息,可将按键直接在一根I/O接口线上,故只在按键数量不多时采用。而矩阵式键盘每条行线与列线在交叉处不直接相通,而是通过一个按键加以连接,当按键较多时可采用矩阵式键盘以节省I/O接口。本设计采用多个按键,所以这里选用矩阵式键盘3 硬件系统设计3.1单片机的选型1.AT89C51的特点AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能、CMOS、8位单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容
14、。AT89C51的管脚图如图3.1所示。图3.1 AT89C51管脚图主要特性:1、与MCS-51 兼容 2、4K字节可编程闪烁存储器3、寿命:1000写/擦循环4、数据保留时间:10年5、全静态工作:0Hz-24Hz6、三级程序存储器锁定7、128*8位内部RAM8、32可编程I/O线9、两个16位定时器/计数器10、5个中断源11、可编程串行通道12、低功耗的闲置和掉电模式13、片内振荡器和时钟电路89C51单片机引脚:(1) 89C51单片机的时钟引脚有以下两种: XTAL1:片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时,它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。 X
15、TAL2:片内振荡器反相放大器的输出端,接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时,该引脚悬空。外接晶体引脚。(2) 89C51单片机的控制引脚有以下几种: RST:复位输入端,高电平有效。 ALE/PROG:地址锁存允许/编程线。 PSEN:外部程序存储器的读选通线。 EA/VPP:片外ROM允许访问端/编程电源端。(3) 89C51单片机的电源引脚有以下两种: VCC:+5V电源线。 GND:接地线。(4) 89C51单片机的I/O接口引脚有以下几种: P0口:做通用双I/O口用。在访问片外扩展存储器时,低8位地址和数据由P0口分时传送。 P1口:做通用双I/O口用。 P2口:做通
16、用双I/O口用。在访问外片扩展存储器时,传送高8位地址。 P3口:做通用双I/O口用。具有第二功能(常用做第二功能)。2.单片机附属电路单片机附属电路主要有晶体振荡电路和复位电路。一、晶体振荡电路1晶体振荡器的作用 石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器,它用来稳定频率和选择频率,是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。 2本设计所用的晶体振荡电路如图3.2所示: 图3.2 晶体振荡电路此晶振电路所选用的石英晶振频率为12MHZ。时钟周期就是单片机外接晶振的倒数,例如12M的晶振,它的时间周期就是1/12 us),是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。
17、对于某种单片机,若采用了1MHZ的时钟频率,则时钟周期为1us;若采用4MHZ的时钟频率,则时钟周期为0.25us。由于时钟脉冲是单片机的基本工作脉冲,它控制着单片机的工作节奏(使单片机的每一步都统一到它的步调上来)。显然,对同一种机型的单片机,时钟频率越高,单片机的工作速度就越快。但是,由于不同的单片机的硬件电路和器件不完全相同,所以其需要的时钟频率范围也不相同。我们学习的51系列单片机的时钟范围是1.2MHz-12MHz。二、复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作,例如复位后PC0000H,使单片机从第个单元取指令。无论是在单片机刚
18、开始接上电源时,还是断电后或者发生故障后都要复位,所以我们必须弄清楚MCS-51型单片机复位的条件、复位电路和复位后状态。单片机复位的条件是:必须使RST/Vpd或RST引脚加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)的高电平。例如,若时钟频率为12MHz,每机器周期为1us,则只需2us以上时间的高电平,在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常用的复位电路如图3.3(a)和图3.3(b)所示: 图3.3(a) 复位电路 图3.3(b) 与单片机相连的复位电路图3.3(a) 就是我们的设计中使用的复位电路,其电阻阻值的选择和电容容量的选择都是经过计算的,而最后计算的结果时间常数可
19、以满足我们的需求。其计算过程如下:=0.7RC=0.710001010-6=0.7ms此值远远大于2us,所以此复位电路可用。图3.3(b)为按键复位电路。该电路除具有上电复位功能外,若要复位,只需按图中的RESET键,此时电源VCC经电阻R1、R2分压,在RESET端产生复位高电平。3.2按键控制电路1.键盘控制电路键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘,独立式键盘接口电路配置灵活,硬件结构简单,工作可靠但每个按键必须占用一跟I/O接口线,I/O接口线浪费较大,在单片机应用系统中,有时只需要几个简单的按键向系统输入信息,可将按键值接在一根I/O接口线上,故只在按键数量不多时采用。而矩阵式键盘每条行线
20、与列线在交叉处不直接相通,而是通过一个按键加以连接,当按键较多时可采用矩阵式键盘以节省I/O接口。本设计采用多个按键,所以这里选用矩阵式键。2.对矩阵式键盘的认识矩阵式键盘的结构与工作原理:在键盘中的按键数量较多时,为了减少I/O口的占用,通常将按键排列成矩阵形式,如图2.5所示。在矩阵式键盘中,每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通,而是通过一个按键加以连接。这样,只需要单片机的一个端口(如P3口)就可以构成3*4=12个按键,比直接将端口线用于键盘多出了一倍,而且线数越多,区别越明显,比如再多加一条线就可以构成15键的键盘,而直接用端口线则只能多出一键。由此可见,在需要的键数比较多时,采用矩
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