基于单片机.1602液晶显示电路设计说明书

1、word完美格式本科毕业论文（设计）题 目： 基于单片机的1602液晶显示电路设计学生姓名：学号：系 别： 理工部 专业：电气工程及其自动化入学时间：2012 年 09 月导师姓名： 职称/学位：精心整理学习帮手基于单片机的1602液晶显示电路设计摘要本文是一篇介绍利用 AT89S52单片机和LCD1602液晶显示屏设计一种液晶显示电路并编程实现 信息的显示功能。AT89S52是一种低功耗、高性能 CMOS曲微控制器，具有 8K系统可编程Flash存 储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常

2、规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程 Flash ,使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。1602LCD是指显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。从AT89S52单片机与LCD1602液晶显示器性能特点出发，实现两者接口的衔接设计。经过多次的调试，使得该设计取得了比较满意的结果，且系统软硬件设计简单方便、稳定可靠，可广泛应用于智能化仪器仪表及各 种宣传场所，为嵌入式控制系统提供高灵活、高性价比的解决方案。关键词：AT89S52单片机；LCD1602夜晶显示器；复位电路；时钟电路目 录第一章 前 言 21.1 研究

3、现状 21.2 研究意义 2第二章系统硬件电路设计 32.1 AT89S52单片机最小系统 32.1.1 主要性能 32.1.2 功能 32.1.3 引脚说明及实物图 42.2 LCD1602液晶显示器 72.2.1 功能 72.2.2 特点 72.2.3 弓唧 72.3 复位电路 92.4 时钟电路 10第三章 软件设计 113.1 软件设计思路 113.1.1 Altium Designer 123.1.2 keil 123.1.3 AVR_fighter 133.2 程序设计 13第四章 仿真及硬件电路 19第五章 总结与展望 21主要参考文献 23致 谢 24第一章 前 言本文是一篇研

4、究基于 AT89S52单片机的1602液晶显示电路设计，本次设计要求通 过对单片机和1602液晶显示模块的学习，设计出完整的电路并焊出电路板，再对单片 机写入程序，从而实现在液晶屏上显示出字符。1.1 研究现状随着科技的发展，单片机的发展越来越迅猛。诞生于 20世纪70年代末的单片机， 发展至今，几乎渗透到我们生活的各个领域，小到日常生活的手机、计算器，大到国家 的国防军事，航空航天等随处可看到单片机的身影。单片机的应用不仅给人们带来了便 利，也为国家的安全提供了保障。它的出现使得许多原本花费很高的复杂电路以及繁多 的电气元器件都被取缔，取而代之的是一块小小的芯片。AT89S52单片机是Atm

5、el公司新近推出的高档、增强型产品。它是一个低功耗、高 性能CMOS8微控制器,片内含通用8位中央处理器和ISPFLASHff储单元,8kb ISP的可 反复擦写1000次的FLASHR读程序存储器，片上FLASHY许程序存储器在系统可编程， 亦适于常规编程器。器件采用 Atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51旨令系统及80C51引脚结构，在单芯片上，拥有灵巧的8位CPUS在系统可编程 FLASH使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、高性价比的解决方案。单片机液晶显示主要是指单片机以及由单片机驱动的点阵式液晶显示屏所组成的 一个显示系统。作为信息传递

6、的一种方式，液晶显示在我们日常生活中也随处可见，电 子仪表，计算器上面都有显示器的身影。LC或典型的发光器件，它一材料科学为基础， 综合利用了精密机械，光电及计算机技术，并正在微机械，微光学，纤维光学等前沿领 域研究基础上，向高集成化，智能化方向发展。本文主要研究以AT89S52单片机驱动LCD1602夜晶显示器,使LCD1602夜晶显示屏上显示出作者的学号与姓名。1.2 研究意义当下社会，由于单片机的快速发展，单片机在以后的应用中将会更加广泛，对于单 片机的应用也将更加普遍。本次的研究使读者了解AT89S52单片机和LCD1602ft晶显示 器的基本工作原理与特点，并且懂得两者接口的应用等。

7、为以后对单片机和液晶显示器 的深入研究打下坚实的基础！第二章系统硬件电路设计本研究的硬件电路主要包括 AT89S52单片机最小系统，LCD1602夜晶显示电路，复 位电路和晶振电路。具体内容如下：2.1 AT89S52单片机最小系统AT89S52i1片机是ATME公司新近推出的高档型 AT89S8列单片机中的增强型产品 是一种低功耗、高性能 CMOS W微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器。使用 Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧 的8位CPU和在系统可编程

8、Flash，使得AT89S52ft众多嵌入式控制应用系统中得到广 泛应用。2.1.1主要性能1、与MCS-5俾片机产品兼容；2、8K字节在系统可编程Flash存储器;3、1000次擦写周期；4、全静态操作：0Hz-33MHz5、三级加密程序存储器；6、32个可编程I/O 口线；7、三个16位定时器/计数器；8、8个中断源；9、全双工UARTM亍通道；10、低功耗空闲和掉电模式；11、掉电后中断可唤醒；12、看门狗定时器；13、双数据指针；14、掉电标识符。2.1.2功能8k字节Flash , 256字节RAM 32位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针， 三个16位定时器/计数器，一个6向

9、量2级中断结构，全双工用行口， 片内晶振及时 钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。 空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电 保护方式下，RA业容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断 或硬件复位为止。2.1.3引脚说明及实物图AT89S52单片机共有40个弓|脚，如图2-1 :JPLO i iVCC4U_394ll1.2P0.1P13P0.2PI.4POJPl *5P0.4Pl.6P0.5Pl.7P0.6RST.-'VpdP0.7PJ.0/RXD EAVppP3J.TXD ALE

10、,PROG P3.21NTOPSENP1.3/INT1P2.7P3.4T0P16P35TIP2.5la&WRP2.4P17.RDP2.3XTAL2P2.2XTALlP2JGNPP2.03M375肾635734K33y交IC3111M12,为1314r1516 工 卞24由23192021AT总单片机图2-1 AT89S52单片机引脚图VCC电源电压P0: P0 口是一个8位漏极开路的双向I/O 口。作为输出口，每位能驱动8个TTL 逻 辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上 拉

11、电阻。在flash编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令 字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。P1: P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，p1输出缓冲器能驱动 4个TTL逻辑电平。止匕外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2 )和定时器/ 计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)。在flash编程和校验时，P1 口接收低8位地址 字节。word完美格式引脚号第二功能：P1.0 T2 （定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX （定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI （

12、在系统编程用）P1.6 MISO （在系统编程用）P1.7 SCK （在系统编程用）P2 : P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，P2输出缓冲器能驱动4个 TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口 使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL ） o 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVXgDPTR时， P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位 地址（如MOVX RI访问外部数据存储器时，P2 口输出P2锁存器的内容。 在fla

13、sh 编程和校验时，P2 口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 : P3 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，p3输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。P3 口亦作为AT89S52W殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在 flash编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。端口引脚第二功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（用行输出口）P3.2 INTO（外中断 0）P3.3 INT1（外中断 1）P3.4 TO（定时/计数器0）P3.5 T1（定时/计数器1）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）止匕外，P3 口还接收一些用

14、于FLASHY存编程和程序校验的控制信号。PST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片 机复位。ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE （地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉 冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储 器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASHY储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR区中的8EH单元的D0位置位， 可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条 MOVX口 MOVCf

15、令才能将ALE激活。止匕外，该 引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。精心整理 学习帮手word完美格式PSEN:程序储存允许（PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S52由 外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSENt效，即输出两个脉冲， 在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSENB号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPK访问外部程序存储器（地址为 0000H-FFFFH , EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1被编程，复位时内部会锁 存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程

16、序存储器的指令。FLASH 存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是Ig器件是使用12V 编程电压VppoXTAL1振荡器反相放大器以及内部时钟电路的输入端。XTAL2振荡器反相放大器的输出端。GNDMAT89S52II片机实物图如图2-2,2-3 :图 2-2AT89S52 背面图 2-3AT89S52 正面AT89S52单片机最小系统尺寸：长 85mm宽55mm高18mm2.2 LCD1602液晶显示器LCD1602工业字符型液晶，指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符 液晶模块（显示字符和数字）。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其

17、显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。2.2.1 功能1602字符型LCD!常有14条引脚线或16条引脚线的LCD多出来的2条线是背光 电源线15脚的Vcc和16脚的GND本次研究采用16引脚的LCD专门用来显示字母、 数字、符号等的点阵型液晶模块，通过驱动模块与显示器的有效连接，能直观的显示出 程序中要求的内容。2.2.2 特点显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度， 恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显 示器画质高且不会闪烁。数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作 更加

18、方便。体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的 目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。功耗低：相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。2.2.3 弓唧本次研究采用16引脚LCD1602夜晶显示器。引脚图如图2-4: m dDc Lr rr ft- 1 1- 5 4 5 & 7 ,mwfmcsvvBliHlillRHli G M R.K 用山)11 )1加IMmL)l图2-4 LCD1602液晶显示器引脚图1602LCU 要技术参数：显示容量：16 >2个字符芯片工作电压：4.5 5.

19、5V工作电流20mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.95 M.35(W>H)mm引脚功能：第1脚：VSSJ地电源。第2脚：VD荣5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最 高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 即电平=0为输入指令；电平=1为输入数据。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙

20、信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。精心整理学习帮手word完美格式第6脚：E端为使能端，1时读取信息，当E端由高电平跳变成低电平时，即当1 -0（下降沿）液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。7号引脚为最低位，14号引脚为最高位。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。下面是LCD1602夜晶显示器实物图正面图2-5,背面图2-6:图 2-5 LCD1602 正面图 2-6 LCD1602 背面2.3 复位电路单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮 电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干

21、扰 出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。系统上电时提供复 位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的 延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分 -合过程中引起的抖动而影响复位精心整理 学习帮手word完美格式本次研究所采用的复位电路如图 2-7所示，其中C3=10p F,目的就是防抖，此复位电路 高电平有效，低电平复位。GND图2-7复位电路2.4 时钟电路时钟电路是用来配合外部晶体实现震荡的电路，这样可以为单片机提供运行时钟，如果运行时钟为0,单片机就不工作，超出单片机的工作频率也会导致单片机不工作。单片机的时钟连接方式一般分为两

22、种：内部时钟方式和外部时钟方式。如图 2-8,图2-9所示。图2-8内部时钟方式图2-9外部时钟电路本次研究采用的是内部时钟方式，晶振采用12M晶振，电容为30?F,电路图如图2-8。第三章 软件设计本次研究设计主要涉及到电路图的设计，程序的编写，程序的烧录，分别用到AltiumDesigner , keil , AVR_fighter 。下面将对这三个软件一一进行简单的介绍。3.1 软件设计思路通过对AT89S52单片机和LCD1602勺基本了解，利用 Altium designer软件绘制出电路图进行仿真，根据电路图焊接出电路板，并进行测试。利用 keil软件编写c程序, 程序编写无误后，

23、将程序生成.hex文件，利用AVR_fighter烧录软件将程序烧录到单片 机，得到设计结果，即LCD1602夜晶显示屏上显示出字符。LCD1602ATR9S523-1原理框图3.1.1 Altium DesignerAltium Designer是原Protel软件开发商 Altium 公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在 Windows操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计 者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使 电路设计的质量和效率大大提高。主要功能有

24、：1原理图设计2印刷电路板设计3 FPGA的开发4嵌入式开发5 3D PCB设计3.1.2 keilKeil C51是美国Keil Software 公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系 统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而 易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真 调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境(N Vision )将这些部分组合在 起。优点:1 . Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易 理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。2 .与汇编

25、相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因 而易学易用。用过汇编语言后再使用 C来开发，体会更加深刻。3.1.3 AVR_fighterAVR_fighter 是AVR单片机ISP下载编程软件，此软件必须将编写的c程序利用keil软件生成.hex文件才能烧录到单片机，操作界面如图 3-2所示：图 3-2 AVR_fighter3.2程序设计利用keil软件编写程序，程序如下：#include <at89s52.h> /52 寄存器文件#include <intrins.h> typedef unsigned char BYTE; 用 BYTE弋替

26、unsigned chartypedef unsigned int WORD;/WORD 代替 unsigned inttypedef bit BOOL ;/ 用 BOOL弋替 bitsbit rs = P2A6; 复位端sbit rw = P2A5; /写数据端sbit ep = P2A7；/ 使能端BYTE code disl口 = "Nie Shuai"BYTE code dis2口 = "24124021"产*延时函数 */delay(BYTE ms)BYTE i;while(ms-)for(i = 0; i< 250; i+)_nop_(

27、);_nop_(); /空执行消耗CPU寸间达到等待的效果_nop_()； _nop_()；精心整理学习帮手/*LCD侧忙函数 */BOOL lcd_bz()BOOL result;rs = 0;rw = 1;ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result = (BOOL)(P0 & 0x08); / 检测 P0最高位是否为 1ep = 0;return result;/ 返回侧忙结果 lcd_wcmd(BYTE cmd)/写入指令数据到LCDwhile(lcd_bz();rs = 0;rw = 0;ep = 0;_nop_()；_nop_(

28、)；P0 = (cmd<<4)|(cmd>>4); 将 8 位指令通过 P0 口传给 1602_nop_()；_nop_();用于产生一个脉冲宽度_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;lcd_pos(BYTE pos)/设定显示位置lcd_wcmd(pos | 0x80);lcd_wdat(BYTE dat)/写入字符显示数据到LCDwhile(lcd_bz();rs = 1;rw = 0;ep = 0;P0 = (dat<<4)|(dat>>4);/ 将 8

29、位数据通过 P0 口传给 1602_nop_();_nop_();_nop_(); /用于产生一个脉冲宽度_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;lcd_init()/LCD初始化设定lcd_wcmd(0x38);delay(1);lcd_wcmd(0x0c);delay(1);lcd_wcmd(0x06);delay(1);lcd_wcmd(0x01);delay(1);main()BYTE i;lcd_init();delay(10);lcd_pos(4);i = 0;while(dis1i != '0')

30、lcd_wdat(dis1i);i+;lcd_pos(0x41);/16*2 显示，5*7点阵，8位数据/显示开，关光标/移动光标/清除LCD的显示内容/初始化LCD/设置显示位置为第一行的第5个字符/显示字符"Nie Shuai"/设置显示位置为第二行第二个字符i = 0;while(dis2i != '0')lcd_wdat(dis2i); / 显示字符"24124021 "i+；while(1);/程序编写无误后，生成.hex文件，即如图3-3:kdl6O2>ex2016/1/4 20:47 HEX 文件1 KB图3-3程序生

31、成hex文件利用烧录软件AVR_fighter将程序烧录到单片机。第四章仿真及硬件电路利用Altium Designer软件绘制设计电路，研究电路图如图4-1所示：口 kdlGA2.5diDi>c "R3IUKI K L-' - - J_.I_IFill KWVpd Fl g*心FU TSn ALHFK1Kri 11Mm FJJ1M1 I. rj.*w FJJ.TI H而、RXTALSGhD«J-4丁=ffH-4FF=s*-4工避ver I_ JKOK<NI>1.( PifrffgverEdHxM图4-1电路图元器件清单：AT89S52单片机1个L

32、CD160皴晶显示器1个洞洞板（万能板）1个电阻 R1=R4=10KD2个R2=1K Q1个R3=10K 3296 精密电位器 1 个电容C1=10N F1个C2=C3=30 ?F2个开关自锁开关1个复位开关1个晶振12M1个LED丁红色1个杜邦线若干排针排母若干下载器1个焊接电路板，设计硬件电路。如图 4-2所示:图4-2硬件实物图第五章 总结与展望本次研究介绍了 AT89S52单片机和LCD16021晶显示器的基本特性和功能，从本次 的设计研究中发现，对于 AT89S52单片机的程序烧录必须使用专用的下载器即 USB ASP 下载器。从选题到现在，这个设计主要经历了以下几个过程：广泛查阅资

33、料、文献综述、总 体思路的确定、方案的具体化及论证、方案的确定、设计制板及硬件电路的完成、软件 的调试、系统的调试，还包括论文的定稿，我认为整个过程是一个联系非常紧密的过程， 前一过程的结果为后一过程奠定了基础。本次设计虽然不是特别的复杂，但是由于初次涉及这样的设计，没有任何的经验， 过程还是倍感吃力的。首先就是 AT89S52单片机的选择，因为之前没有学习过这样的器 件，算是一个新的概念，所以认识不全，有些不知所措。然后研究如何获取正确的参数， 其中图片的取模就很令我苦恼，最后在老师的辅导下才得以提取正确。程序有了之后， 再进行相关的变换，最终得到新颖的效果。在这次的设计过程中虽然尝到了设计的困难， 但是更重要的是让我感受到了它的魅 力，不知不觉的就想要做出更多的花样，特别是成功仿真后，