PIC单片机综合实例.ppt

第十三章综合实例,2019/12/5,机械工业出版社,Page2,【学习目标】,了解字符式液晶的显示原理；掌握字符式液晶的初始化方法；掌握根据时序图编程程序的方法；掌握LED点阵显示屏电路设计思想；理解汉字显示原理；掌握LED点阵显示屏的编程方法；掌握光耦的用途和控制方法；,2019/12/5,机械工业出版社,Page3,第十三章综合实例,2019/12/5,机械工业出版社,Page4,第十三章综合实例,2019/12/5,机械工业出版社,Page5,液晶分类,笔段式液晶字符式液晶图像式液晶汉字图像式液晶彩屏液晶,2019/12/5,机械工业出版社,Page6,字符式液晶模块,2019/12/5,机械工业出版社,Page7,16字符2行显示的字符液晶显示屏简介,内置HD44780控制器：可直接产生192种常见字符图形；字符编码与ASCII兼容，并且允许用户自编字符用于显示；只需单一的5V供电即可工作；重量轻：100g；体积小：11mm厚；功耗低：10-15mw；指令功能强：可组合成各种输入、显示、移位方式以满足不同的要求；接口简单方便：可与8位微处理器或微控制器相联；工作温度宽：-20-70；可靠性高：寿命为50,000小时(25)。,2019/12/5,机械工业出版社,Page8,硬件连接图,2019/12/5,机械工业出版社,Page9,引脚信号表,2019/12/5,机械工业出版社,Page10,寄存器选择功能表,2019/12/5,机械工业出版社,Page11,信号操作时序图,2019/12/5,机械工业出版社,Page12,关键信号时间宽度,2019/12/5,机械工业出版社,Page13,对于时间要求的说明,对于上表中的数据在用软件编写操作时序时必须遵守，否则可能无法完成正确操作。例如当PIC16F877主频为20MHz时，一条指令周期仅为0.2us，即200ns，这样在用程序实现此操作时序时在使能信号E置1后要延时3个指令周期（用C语言可以加入三个NOP函数），保证高电平持续时间大于使能信号脉冲宽度Tw的最小值450ns的要求。,2019/12/5,机械工业出版社,Page14,例题：求向液晶的数据寄存器写入A,题意分析:题目要求向液晶的数据寄存器写入内容。查前表可知，RS信号为1，R/W信号为0，根据图中的连接方法可知，RC5应输出1，RC6应输出0。当E信号产生一个脉冲后数据被打入到液晶的数据寄存器中。数据由PORTD提供，E信号由RC7提供。根据时序图可得到以上信号的输出顺序。用C语言描述如下。,2019/12/5,机械工业出版社,Page15,LCD_CMD_W_Timing()TRISD=0;/PORTD用于输出数据TRISC5=0;/RC5用于输出RS信号。TRISC6=0;/RC6用于输出R/W信号。TRISC7=0;/RC7用于输出E信号。RC7=1;/E信号初值是0RC5=1;/RS=1RC6=0;/R/W=0PORTD=A;/要打入的数据放到PORTD中RC7=1;/E信号由低变高，由于每条指令时200ns，已经保证了Tas要求。NOP();NOP();NOP();/三个NOP满足Tw最小时间宽度RC7=0;/E信号再由高变低，打入数据。由于数据早已经赋值，所以Tdsw肯定满足NOP();NOP();/满足TcycE最小时间长度要求。E由低变高执行至此已经消耗了1200ns(6条指令),2019/12/5,机械工业出版社,Page16,字符液晶的指令集,对字符液晶的控制命令就是通过的特定信号组合而成，下表列出了某种字符液晶能够识别的几条指令。更多内容请参考教材。,2019/12/5,机械工业出版社,Page17,指令集的实现,/向LCD写指令voidLCD_Write_CMD(unsignedcharLCD_CMD)LCD_DATA=LCD_CMD;LCD_CMD_W_Timing();DelayMS(1);,2019/12/5,机械工业出版社,Page18,向LCD写数据,/向LCD写数据voidLCD_Write_Data(unsignedcharLCD_CMD)LCD_DATA=LCD_CMD;LCD_DAT_W_Timing();DelayMS(1);,2019/12/5,机械工业出版社,Page19,向LCD输出一个字符,/向LCD输出一个字符voidLCD_Put_Char(unsignedcharLCD_Char)LCD_Write_Data(LCD_Char);,2019/12/5,机械工业出版社,Page20,字符液晶的初始化,液晶模块正确初始化后，即可接收命令来显示字符。,2019/12/5,机械工业出版社,Page21,字符显示,字符通过DDRAM（动态显示内存区）来显示，每个字符位都对应一个DDRAM地址。第一行地址：00、01、0F第二行地址：40、41、4F,2019/12/5,机械工业出版社,Page22,字符液晶能显示常见的数字、字母和英文标点,2019/12/5,机械工业出版社,Page23,常用函数的实现：Set_Cursor,/设置显示坐标/Row=(0or1)/Column=(0to15)voidLCD_Set_Cursor(unsignedcharRow,unsignedcharColumn)LCD_Write_CMD(DD_RAM_BASE+Row*0 x40+Column);DelayMS(1);,2019/12/5,机械工业出版社,Page24,向LCD输出字符串,字符串在RAM中,voidLCD_Put_String(char*Str)unsignedcharStr_Temp;while(1)Str_Temp=*Str;if(Str_Temp!=0 x00)LCD_Write_Data(Str_Temp);Str+;elsereturn;,2019/12/5,机械工业出版社,Page25,第十三章综合实例,2019/12/5,机械工业出版社,Page26,2019/12/5,机械工业出版社,Page27,典型LED点阵显示屏电路设计,LED点阵显示屏的基本显示元件是88LED显示块，如图所示。其原理与数码管类似，由64个LED排成8行8列。同一行的LED阴极连在一起；同一列的LED阳极连在一起。,2019/12/5,机械工业出版社,Page28,要在88LED显示屏上显示字母E,2019/12/5,机械工业出版社,Page29,用0代表灭的点，用1代表亮的点,00000000001111000010000000111100001000000010000000111100000000000 x0,0 x3C,0 x20,0 x3C,0 x20,0 x20,0 x3C,0 x0;,2019/12/5,机械工业出版社,Page30,编程控制88显示屏K1显示字母E的字形,2019/12/5,机械工业出版社,Page31,题意分析,H0到H7表示行选信号，用PORTD控制。在实际电路中由于LED显示块耗电量比较大，单片机无法直接驱动太多的显示块。所以在实际电路中应该为每个行选信号上加入驱动电路。L0到L7是用来显示每行的字形数据端口，通过PORTB输出。要想显示E的字形，根据扫描法思想，就是先把表示E字形的第一行二进制数送L0到L7，而后仅点亮第1行；依次再把表示E字形的第二行二进制数送L0到L7，而后仅点亮第2行；.。,2019/12/5,机械工业出版社,Page32,关键代码,constunsignedcharZiXing8=0 x0,0 x3C,0 x20,0 x3C,0 x20,0 x20,0 x3C,0 x0;#defineLIE_DIRTRISB/列端口方向位，#defineLIE_PORTPORTB/列端口#defineHANG_DIRTRISD/行端口方向位，#defineHANG_PORTPORTD/行端口for(Hang=0;Hang8;Hang+)LIE_PORT=ZiXingHang;/字形码送列端口显示HANG_PORT=(unsignedchar)1Hang);/指定行DelayMS(2);/短暂延时造成视觉暂留现象HANG_PORT=0b11111111;/在送新数据前关闭显示,2019/12/5,机械工业出版社,Page33,显示汉字的原理,2019/12/5,机械工业出版社,Page34,“中”的字型码,0 x01,0 x00,0 x01,0 x00,0 x21,0 x08,0 x3F,0 xFC,0 x21,0 x08,0 x21,0 x08,0 x21,0 x08,0 x21,0 x08,0 x21,0 x08,0 x3F,0 xF8,0 x21,0 x08,0 x01,0 x00,0 x01,0 x00,0 x01,0 x00,0 x01,0 x00,0 x01,0 x00;,2019/12/5,机械工业出版社,Page35,行译码电路：4-16译码器,2019/12/5,机械工业出版社,Page36,列电路：串联的移位寄存器,2019/12/5,机械工业出版社,Page37,组合后的电路,2019/12/5,机械工业出版社,Page38,实例：在LED点阵显示屏上显示汉字,题意分析由于PIC单片机具有硬件的移位输出接口SPI，所以本例中列信号L0:L15由DS、SH_CP和ST_CP控制。DS和SH_CP分别连接到PIC硬件SPI模块的SDO和SCK引脚。ST_CP由RC1控制，出现上升沿时74HC595的移位寄存器内容才会输出到其输出引脚上。CS_N由RC0控制。由此可见C口的控制信号都是输出状态即可。行选择信号H0:H15由DB0:DB3和CS_N控制。DB3:DB0用RD3:RD0控制，所以PORTD应为输出状态。,2019/12/5,机械工业出版社,Page39,题意分析续,要想显示汉字“中”的字形，根据扫描法思想，把表示“中”字字形码数组的第一和第二个字节依次输出到L0:L15，这可以通过SPI方式顺序发送字形码数组中的前两个字节来实现；而后仅点亮第1行；再把字形码数组的第三和第四个字节通过SPI方式发送到L0:L15，而后仅点亮第2行；.。,2019/12/5,机械工业出版社,Page40,关键代码,#defineCTRL_DIRTRISC/控制字节方向位，#defineCTRLBYTEPORTC/控制字节#defineSH_CPRC3/shiftclcokpluse移位时钟#defineDSRC5/SerialData串行数据#defineST_CPRC1/storeclockpluse锁存脉冲,下降沿锁存#defineCS_NRC0/74138片选信号，低电平有效#defineLINESELPORTD/行选择，低4位有效#defineLINESEL_DIRTRISD/行选择方向位,2019/12/5,机械工业出版社,Page41,SPIInit(),voidSPIInit()TRISC3=0;/RC3/SCK为输出TRISC5=0;/RC5/SDO为输出TRISC1=0;/RC1用来控制74HC595的锁存信号SSPIF=0;/清空标志位CKE=0;/上升沿发送数据，为了与74HC595时序匹配CKP=1;/空闲为高电平SSPEN=1;/使能MSSP模块SSPM3=0;SSPM2=0;SSPM1=1;SSPM0=0;/SSPM=0010,工作模式为SPI主控,2019/12/5,机械工业出版社,Page42,SPISend,voidSPISend(unsignedchardata)SSPBUF=data;/把要发送的数据放在SSPBUF中while(SSPIF=0)/SSPIF为0说明未发送完成/循环退出说明发送完毕SSPIF=0;/SSPIF必须手动清零,2019/12/5,机械工业出版社,Page43,显示字形的代码,for(Line=0;Line16;Line+)SPISend(ZiXingLine1);/低八位SPISend(ZiXing(Line1)+1);/高八位LINESEL=Line;/选择要显示的行ST_CP=1;/产生上升沿使595芯片输出数据ST_CP=0;/回到低电平,为下次上升沿做准备CS_N=0;/使能74LS138芯片输出DelayMS(2);/延时产生视觉暂留现象CS_N=1;/关闭74LS138芯片输出,2019/12/5,机械工业出版社,Page44,第十三章综合实例,2019/12/5,机械工业出版社,Page45,电子密码锁控制器：需求分析,不需要钥匙，开锁者输入密码即可控制锁打开，锁的关闭是手动或自动的；开锁者有权利修改自己的密码；为了防止开锁者穷举密码，密码输入错误三次后即报警，5分钟后方能继续使用；为了提示开锁者正确操作，应该用显示设备输出相关提示信息；当开锁者有误操作时应该有声音警告；电池供电；,2019/12/5,机械工业出版社,Page46,硬件设备需求,为了输入密码，需要设计按键输入电路，为了提高安全性，又考虑到密码锁的空间，一般的系统都是数字密码，这里可以采用44矩阵键盘来实现。为了防止断电后密码丢失，需要把用户密码记录在非易失性存储器中，例如EEPROM中。由于PIC单片机大都内置EEPROM，可以省略外挂EEPROM。为了实现报警和误操作提示，可以采用简单的声音报警。为了降低成本，一般采用简单的5V压电式蜂鸣器来实现声音的播放，这种蜂鸣器驱动电流在10mA左右，用PIC单片机的I/O引脚可以直接驱动。,2019/12/5,机械工业出版社,Page47,硬件设备需求续,由于提示信息由很多种。为了能让使用者看明白，这里采用字符式液晶来显示，在实际应用中，读者可以购买内置中文字库的液晶来代替字符式液晶。单纯的电子锁的种类很多，但其控制原理都是通过输入信号的导通和断开来实现锁的开关，一般的电子锁都需要10V乃至更高的驱动电压。这样无法用一个I/O引脚直接驱动，需要外加适当的隔离和驱动电路控制。电池供电的系统一般都要求低功耗，本系统对速度要求不高，所以可采用38.768KHz的低主频晶振作为系统主频。,2019/12/5,机械工业出版社,Page48,硬件设备需求续,需要一片单片机来完成各种设备之间的逻辑控制，由于本书以PIC16F877为例讲解，这里就采用PIC16F877，在具体项目，可根据I/O引脚等特殊需求选择其它款PIC单片机。例如本项目中要求有矩阵键盘输入、字符液晶输出，这样所用引脚大约22个左右（不考虑引脚复用情况下）。为了给将来的升级留出余地，建议选择28脚的单片机。为了适应电池供电，建议采用低功耗型号。为了记录密码，最好有内置EEPROM。为了简化电路设计，最好I/O引脚可以直接驱动蜂鸣器。综上所述，可以选择PIC16F886单片机。,2019/12/5,机械工业出版社,Page49,硬件设计,密码键盘部分电路的设计；字符液晶部分电路的设计；锁控制部分电路的设计；发声部分电路的设计,2019/12/5,机械工业出版社,Page50,密码键盘部分电路的设计；,2019/12/5,机械工业出版社,Page51,字符液晶部分电路的设计,2019/12/5,机械工业出版社,Page52,锁控制部分电路的设计；,2019/12/5,机械工业出版社,Page53,发声部分电路的设计,2019/12/5,机械工业出版社,Page54,软件设计,2019/12/5,机械工业出版社,Page55,题意分析,程序的主循环应该是等待用户的按键输入。为了简单起见，设定密码为6位数字。使用前文完成的函数GetKeyValue即可获得输入的键值。而后根据键值来决定下一步的动作。输入的按键有五种情况：第一种是0到9之间的数字，应将其按顺序作为密码的一部分并在液晶上显示“*”号；第二种是退格按键，在密码内容中应删除上次输入的数字，显示上也应退一格并删除一个“*”号；第三种是确定键，表示密码输入完毕，进入密码比较流程；当密码匹配时则发出开锁信号，否则显示错误信息并用声音提示，当连续输入三次密码不对，则长时间发声报警。过一段时间后方能继续重试密码；第四种是修改密码键，只有密码输入正确开锁后才有效，其它状态时无效按键，无效时按下应通过声音提示用户输入错误。修改密码过程与输入密码过程类似；第五种是C、D和E键，本系统中未用到这几个键，应提示用户输入错误；,2019/12/5,机械工业出版社,Page56,题意分析续,为了防止系统掉电，用户的密码应该保存在非易失性存储器中，本例中直接保存在PIC单片机内部的EEPROM中即可，HT-PIC有专用的内部EEPROM读写函数eeprom_read和eeprom_write，很容易实现EEPROM的存取。在系统初始化时需要从EEPROM读取掉电前的用户密码，用于与开锁者输入的密码做比较。密码修改成功后，新密码应该写入EEPROM；,2019/12/5,机械工业出版社,Page57,题意分析续,本设计中采用字符式液晶作为显示界面，应该通过液晶模块显示每一次操作的提示语