【LCD液晶显示器控制电路设计14000字（论文）】

LCD液晶显示器控制电路设计目录摘要 IABSTRACT II第一章绪论 11.1课题研究背景和意义 11.2LCD的常见应用 21.3LCD前景展望与发展优势 31.4论文主要研究内容与章节安排 5第二章系统元件简介 62.1AT89C51单片机主要功能参数 62.2主要结构与功能 72.3引脚排列及功能 92.4LCD1602显示原理与特点 112.5LCD1602引脚功能与特性 12第三章硬件电路设计 153.1复位电路与时钟电路设计 153.2系统方案设计 163.3控制系统电路图绘制 18第四章软件仿真 214.1仿真软件功能介绍 214.2仿真过程与结果 22结论与展望 27致谢 28参考文献 29附录：源程序代码 30PAGE18PAGE18摘要LCD数字显示电视技术发明是20世纪70年代的一项重要技术发明。近年来，液晶显示器在我国的应用也得到了极大的发展。随着近年来我国社会科技的不断改革进步和发展，人们对于高清终端显示器的应用技术水平要求也愈加严格，诸如体积小、重量轻、功耗低，高清终端液晶显示器无疑已经逐渐成为了大家最佳理想的选择。与目前我国市场上常见的两种嵌入式CRT显示屏操作系统产品相比，基于超微单片机的LCD两种显示屏操作系统具有硬件集成架构简单、控制方便、成本低廉等几大特征，在我国现代嵌入式操作系统中已被广泛应用。在仪器仪表中常见的显示装置主要类型有两种：LED和LCD，这两种不同类型的液晶显示器装置都在设备技术上具有单片机产品相似的很多可取之处，如生产制造过程中成本低、配置灵活、与其他同一类型的单片机之间驱动接口简单等优点，让其占领了主流市场，而且它们都在技术上具有驱动电流小、功耗低、使用寿命长、字体美观、显示清晰、视角较大、驱动连接的方式灵活、应用范围广等优点。然而，液晶的电平信号控制比较复杂，因为两个液晶电极之间的相对电压值一般是0，如果不保持为0，液晶就很有可能会被氧化，所以液晶不能简单地由电平信号控制，而是应由具有某种特殊波形的正方向信号序列控制。本文研制了一种基于51单片机实时控制的1602液晶屏控制系统[1]。LCD1602显示模块显示是一个能够用来表示一个2列行16字符内容的显示模块，即它至少能够同时自动显示两行16个字符。本设计包括1602LCD的驱动和89C51单片机的连接方法，并完成了简单字符的显示和仿真。该系统的主要硬件设计技术最大优势之一便是就在于它的主要硬件设计集成电路非常简单，但是软件功能齐全，控制管理系统安全可靠，性价比高，有着一定的应用与参考价值。关键词：LCD驱动；单片机；89C51；LCD1602第一章绪论1.1课题研究背景和意义现在这个时代已经进入一个全新的信息社会，获得信息的方式和手段显得尤为重要。我们接收信息的方式大部分是通过我们的视觉，因此视觉信息获取方式的发展是不言而喻的。人们早在1888年就发现了液晶，从而改变了直接从自然环境中获取信息的渠道。虽然液晶本身属于一种具有液体性的物质，但是，液晶却可以同时表现出显示液体和固态的一些性质，它属于一种几乎完全透明的化学物质。液晶从其形貌和外表面看起来类似于液体，但其晶体的分子结构却呈现为固体。就像是处于磁场系统中的任何一种金属一样，当金属受到外部外界电场的运动作用相互影响时，其中的各个金属分子结构都会自然地运动产生准确且有序的位置。如果固体液晶中分子的所在位置和分子排列被控制，那么固体液晶中的分子就会允许强的太阳光线辐射对其进行穿透；太阳光线能够穿过固体液晶的辐射途径不是由光线本身决定的，而主要是由可以组成固体液晶的各种不同分子簇的排列所组合决定的，这也是液晶固体光的特征。自20世纪60年代以来，人们已经发现氢在供应燃料给新的液晶动力电池材料后，会直接自动改变其中一个化学分子的顺序排列，进而导致光的畸变或折射。液晶显示器的主要原理工作主要就是通过一个恒定电流电路来自动激发一个在液晶中存在的分子，从而与背部灯管形成电点、线、面形成画面。自从第一台液晶电子显示仪设备诞生以来,液晶电子设备和仪器技术在短短30年里发展迅猛[2]。中国大陆自20世纪80年代起便已经大量引进了GPS和TN-LCD两种电子探测设备，是目前全球最大的TN-LCD生产商。液晶显示装置在中国已经发展了30多年，在这过去的30年里，LCD设备已由实验室成长为了一个更加庞大的生产小组。现在，液晶显示已被广泛地应用于工业生产中的各个领域和我们方方面面的生活中。LCD是集单片机技术、微电子技术以及数字化和信息处理为主要组成部分而设计制造出来的全新型显示装置[3]。由于这类液晶显示仪具有高电压、低功耗、高显示信息量大且易进行着色、不受任何电磁辐射、使用寿命短、不受环境污染的特点。所以LCD设备是目前我国在显示技术行业中市场增速最高的一种装置，又是目前市场上应用最普遍的一种显示装置。它已经发展成为许多主流的显示传播媒体的引擎和先驱，并且在越来越多的行业和领域中扮演着重要角色，是当前各类显示设备生产过程中的一个理想选项。LCD是一种典型的发光元件，它以现代材料工程科学研究为主要技术基础，综合运用精密机械、光电子和计算机等先进技术，在光纤等前沿技术领域开展研究基础上发展高度集成程度和智能化。基于它的易于显示的种种优点，LCD己经被普遍认为是媒体时代的关键性装置[4]。显示器的应用领域正在迅速的拓宽，这得益于媒体时代LCD的迅速发展和进步，人们将能使用到个性化的显示应用，显示器也变得更加便携化。目前LCD和CRT两种不同类型的显示产品正在形成着优势互补、共同进步的现状[5]。此外,液晶显示器在紧凑的仪器设备存储空间中不需要特别多的屏蔽或者安全保护，大大地简化了仪器设备的整体结构及其制造费用，这意味着LCD将越来越广泛地应用于各种显示仪器和设备中。我们可以期待未来LCD能够完全代替CRT，成为全球显示产品的主流[6]。LCD显示的种类和分析方法有许多，通常我们可以根据它所表现出来的显示形态而划分为线段型、字符形、点阵型。经过长时间的研发，目前的LCD已经不仅仅有黑白显示的功能，多灰度显示和彩色显示方式也逐渐成熟。本文使用的LCD1602显示模块非常具有成本效益，不仅价格便宜，功耗低，散热也非常少。1602中的16表示每行中只有16个位于数据位的字符，它们可以分别在两行中同时显示。本文主要通过对LCD1602举例说明，详细描述了一种液晶显示器电源驱动工作模式。1.2LCD的常见应用目前，大多数监控系统的检测信号都是通过LED数码管进行检测和显示，它们所需要显示的检测效果相对较单一，只是能够直接地显示出整个监控系统的检测数字和衡量值。LCD不仅仅在屏幕上可以显示出来数值、汉字等，它还可以在屏幕上显示出来多样的文字和画面。通过利用LCD和键盘实现了人机交互,这就使得监视器和传感器的独立工作有了更多的可能性。通过监视一个单回路监视控制系统，能对现场每个单回路控制器的各种主要参数都进行设置,也能对每一个单回路控制器的运行情况进行监控。LCD为安防监控提供了一个功能强大的信息管理平台，可以实现全屏查看、多屏浏览、触摸屏等功能，从而在整合警用保护对象信息、查看电子地图、民用或警务系统中扮演着不可或缺的角色。在我们的工作和日常生活中，我们往往会看到各种各样的时间表比如电子手表和闹钟，这些显示设备大多数采用LCD来进行显示，但是汉字问题却无法通过显示设备来解决。我们使用LCD液晶模块制成的一个小型荧光屏可以实现对时间的显示，它所表达的格式一般为“时间:分钟:秒”。此外，还可以增加闹钟的功能，时间一到就可能会自动产生声音；还可以通过添加来显示年、月、天。如果想在本文中使用LCD1602来实现实时显示的功能，则需要使用单片机来生成时钟数据，然后通过CPU读取并传输给LCD1602，达到想要的视觉效果。LCD1602有另外一个别称——1602字符液晶，字数或者是文本中的图像也都可以通过它来进行显示。每个点阵的字符位上都可以分别显示一个字符，每个点阵的字符之间会设置有一个点阵间隙，因此不能正常显示图形。随着LCD的不断发展，当前的时钟还可以显示天气情况，也能进行动态显示和彩色显示。大屏幕显示器目前广泛存在于现在的显示器市场，随着当前我国市场经济社会的进一步快速发展和普通中国民众日常生活质量的进一步提高，人们愈来越多地开始觉得自己需要一种一个能够实现大量数据实时传送的数字显示器，以此节约自己的阅读时间[7]。LCD还可以通过一个小型显示系统的元器件模块来自动实现100英寸的大尺寸屏幕或者电视屏的显示。与其他几种传统的数字图形显示系统相比，LCD具有图像信息分辨率很高、通透度好、所呈现的信息内容多样、颜色鲜艳、易于操作和容易控制的特殊显示功能。随着近年来人们对自身健康越来越重视，高科技医疗产品的市场也迎来了前所未有的繁荣。许多医疗设备需要使用LCD进行图像显示，医疗设备需要高对比度、高分辨率的图像显示。无论是每家每户都有的医疗检测产品，还是医院的大型医疗设备，都需要明亮清晰的屏幕显示，而在手术室、急诊室、ICU时，都需要比其他环境亮度更高的照明环境。由于医疗产品与其他产品不同，因此某些设备需要LCD具有抗菌和防腐功能。总之，LCD在我们的工作生活中的应用十分广泛，小到我们每天早起时看的闹钟、手表，大到高楼上的大显示屏、医院的大型医疗设备，都离不开LCD显示。在这个信息化、可视化的时代，我们生活的方方面面都与液晶显示息息相关，LCD也为我们的生活提供了便利。1.3LCD前景展望与发展优势在十年前，全球各国都十分重视电子产业的研究与发展，据科学家预测，全球LCD市场销量将达到七千亿美元。随着近年来我国社会的提高以及各家庭中人们对于工作和电子产品要求的进一步提升，显示设备在我国的市场需求也开始呈现出一种迅猛的发展的趋势。与其它各种类型的平板显示器相关产品相比，LCD因其本身所设备具有的输出工作电压低、功耗少、分辨率高、抗干扰性强、成本低等多大优点，LCD不仅逐步成熟发展为目前全球平板显示器相关产品的龙头，还发展为应用技术区域领先的产品行业和技术主流，并且已经逐渐占据目前全球平板显示器的技术主流和主要市场份额。再者由于目前LCD在轨道交通、政府、服务行业、教育、能源等各个领域中的广泛应用，LCD的覆盖范围正日益不断扩大，LCD的未来商业市场可以说是潜力可期。但是由于受到新冠肺炎病毒疫情的再次爆发,各大商场、休闲娱乐区都被迫关闭或者停业，人们大多长时间滞留家中，个人单位和社会团体对于显示器的需求逐步减少，导致液晶显示市场一时间萎靡，因此我国的显示器行业中很难直面冠状病毒的威胁，中商产业研究院预计全球平板显示器的需求将从2021开始下滑。但随着我国对疫情的不断管控，我国新冠疫情已经得到有效控制，我国显示器市场又开始回暖，对于全球而言，显示器市场将与2021年开始复苏,预计未来几年全世界平板显示器的出货总额将会每年增长9.1%。总体而言，随着其他发达地区和发达国家对于移动办公和家用电子相关产品的整体需求量的持续上升，以及目前包括中国在内的一些新兴发展中国家，对于移动办公和家用电子相关产品的整体需求量开始呈现出了不断上升的趋势。显示设备已发展成为大型现代化制造企业以及电子信息商务企业办公的重要组成部分，具有广阔的行业市场前景。值得注意的是，目前我国已经把新兴的显示技术作为现代信息产业的重中之重，已在大力扶持和支撑新一代信息显示技术研发，积极开拓曲面、电子竞技等信息显示的应用领域。同时，随着国内显示面板制造厂家逐渐扩大生产，显示面板的自给率也会进一步增加，未来几年我国的显示工艺和产业规模也会进一步增加和扩大。LCD液晶显示预计近期不会被市场淘汰，反而在屏显市场有着一席之地，这也得益于它综合比较各类显示器件，液晶显示器件确实具有很多独到的优异特性。低压、微功耗LCD具有非常低的工作频率和电压,只要2V~8V就已经可以正常工作，所有的工作频率很低、电流也只有几微安，这些特性其他任何显示设备都无法相比拟。只有低电压、微功率的显示设备才能渗透到世界的每一个角落，伴随着人们的生活和工作。平板型结构液晶显示器的主体结构是两个玻璃底板制作而成的一个小型薄盒，作为一个显示窗口此结构能使它能够在有限的面积上内容纳一个数量最大的显示内容,并且可以使得所有的显示内容都具有最佳的效果和利用度。易生产方便实现大批量和自动化的生产。目前，液晶显示元件的制造大多以自动化、半自动化为主要技术手段，只用少数的工人就能够投入到一条年产千万级别的生产线，生产效率高。易于彩色化虽然这种液晶自身一般不存在任何颜色，但通过许多技术方案都可以轻松地实现液晶的彩色化。通常滤色和干预法中采用较多，由于现代滤色工艺技术的成熟，液晶信号的彩色化可以做到更准确、更生动、且无色彩失真，其辐射指标普遍比CRT要更低一些。在无使用时它不会像CRT在使用中产生软X射线和其他电磁波辐射。这种辐射不但会对环境造成污染，也可能造成数据库信息的泄露，而液晶显示不会出现此类问题，它是保证人身安全和信息保密的一个理想选择。1.4论文主要研究内容与章节安排随着科技的发展，诞生与约三十年前的LCD液晶显示器发展至今，随处都可以看到液晶显示器的身影。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机[8]。本次设计将用AT89C51单片机控制LCD1602让其显示两行16字符图像。并编写出使整个系统运行的程序，通过显示结果判断实验是否设计成功。本文的章节安排如下：第一章：本章介绍了本课题的选题背景和意义，并详细介绍了本文章使用的电子元器件的主要特点，明确了本设计的主要思路。通过对液晶显示器与其他显示器优缺点的比较和对未来的展望，证明了我所研究的课题具有重大的现实意义,符合当前液晶发展的技术热点。第二章：本章主要介绍了AT89C51的主要性能参数、结构和功能等。并介绍了单片机各引脚的主要功能，为下文的硬件设计提供了依据。本章还介绍了LCD1602的主要性能与指令说明等，1602液晶显示器由一个8位字符型的彩色液晶屏幕、控制和直接驱动的两个主端子电路板、扩展主电路板和HD44100以及一些被直接组装在PCB板上的小组件部分例如电阻器、电容器和其它零部件部分组成。第三章：本章为电路设计，明确了本文设计思路并画出实现LCD1602显示的流程图，定义了本文的设计思想并绘制了LCD1602显示的流程图，利用Altiumdesigner绘制图像，绘制了时钟电路、复位电路和总驱动电路图。第四章：本章为软件仿真，本课题使用KeilC51进行仿真，并根据所获得的结果判断实验是否成功。第二章系统元件简介2.1AT89C51单片机主要功能参数at89c5单片机系列是美国atmel公司自主开发研制推出的一种可以具有大量低电压、高性能的8位视频数据处理集成系统的单片机[9]。它主要采用四个cmos和各种具有高密度非易失性的数据存储技术[10],其中每个芯片的输入进出命令接口引脚和输入命令接口系统与目前国际上普遍使用的mcs-51系统的引脚完全相同，芯片上都分别配有一个常规或者通用中央处理器CPU（8位）和一个闪存存储单元Flash，ROM可以用来让应用程序人员用各种具有常规非易失性的可编程器件来进行程序编程，除了封装CPU外，还包括256字节RAM，4个8位并行I/O口，这样就可以使得AT89C51广泛地应用于许多不同类型的通用嵌入式控制器和应用程序系统中，其封装引脚图如图2.1所示，实物图如图2.2所示。图2.1AT89C51引脚图图2.2AT89C51实物图AT89C51的主要性能参数如下：与MCS-51指令兼容4k每字节的高速可重复可擦写Flash闪速数据存储器(3)1000次擦写周期(4)全静态操作：0Hz－24MHz(5)三级加密程序存储器(6)128×8字节内部RAM(7)32个可编程I/O口线(8)2个16位定时/计数器(9)6个中断源(10)可编程串行UART通道(11)低功耗空闲和掉电模式AT89C51的实际工作频率输入电压阈值范围一般是5(1±0.2)V，阈值是5V，最高值的工作频率范围是24MHZ[11]。2.2主要结构与功能（1）运算器：运算器主要用来实现算数、逻辑运算和位操作。算术与逻辑运算中的单元例如ALU、B寄存器、累加器单元ACC、程序状态字符PSW等都是逻辑运算器的一个重要的组成部分[12]。作为运算电路的最核心部分，它实际上也就是一个完整的加法计算单元，ALU可以进行逻辑运算和算数计算。在逻辑运算中，它主要负责“和”、“或”、“异或”和字节的移位复位等运算；在算数运算中，它能进行加、减、乘、除还有BCD码的计算。ALU的两个输入使用的是寄存器1和寄存器2，它们将所有参与运算操作的数据暂时存储。ALU的结果输出是是累加器和状态字，累加器能接受内部计算出的数据并进行加法运算，累加器也是CPU中使用频率最高的一种寄存器；状态字PSW主要用来记录操作时的状态和其执行结果。ACC不仅是ALU处理大量数据信息的主要资料来源，而且它还是ALU执行操作结果的主要存储单位，执行单片机与片外端的RAM或I/O扩展数据端口之间的无线数据交换。B寄存器信号可以从ACC中提取，这个操作结果存储在AB寄存器中。（2）控制器CPU的神经中枢就是控制器，CPU中的控制器由定时控制逻辑电路、指令寄存器（register）、译码器、地址指针DPTR和程序计数器PC（Programcounter）、堆栈指针SP（stackpointer）等部分组成[13]。在PC是程序中的计数器，它是由16位(88)程序寄存器和1个程序数据库共同元件组成的。为了要使一个单片机系统能够正常地执行每次编写程序，必须把每次编写的执行程序数据按照相同的编写次序排列，进行预览后加载至一个ROM的某一个存储区域。程序计数器PC电路能找出指令所在的单元地址，当一个小型单片机从一个空闲程序设备开始运行一个应用程序时，PC单片机会自动加载第一个程序指令中的内容到它所在的起始地址，每次从一个空闲程序设备中自动取出一条程序指令(对于一个多字节的程序指令，每次只取出一个字节，也就是指令的第一字节)，PC的内容就自动加1，以指向下一条指令的地址，使指令能顺序执行。8051CPU指定的地址，从ROM相应单元中取出指令字节放在指令寄存器中寄存，然后，指令寄存器中的指令代码被译码器译成各种形式的控制信号，这些信号与单片机时钟振荡器产生的时钟脉冲在定时与控制电路中相结合，形成按一定时间节拍变化的电平和时钟，即所谓控制信息，在CPU内部协调寄存器之间的数据传输、运算等操作。（3）存储器单片机内部处理存储器类型可以按其划分类别为内部程序处理存储器和外部数据处理存储器两种。程序存储器用来实时控制一个计算机是否执行一系列的命令动作，AT89C51单片机仅仅只能识别从“0”和“1”两个代码所组成的机器指令。如下所示，用助词标记符进行编写的一些命令行为如MOVA、#20H，需要分别改写成74h和20h来代替(二进制表示为01110100B和00100000B)。单片机的数据存储器由读写存储器RAM组成，其最大容量可扩展到64k，因此更加便于同时实现对一个或多个实时数据输入。AT89C51内部随机寄存设置了256个用于存储单元数据的寄存器,其中00H~7FH为内部随机存储器RAM，80H～FFH为专用寄存器区地址。在实际的设计使用中，我们也应该仔细考虑如何充分运用内部的存储单元，从实际存储使用管理方面的技术观点角度来看，了解内部的动态数据库和存储器网络结构及对存储地址的合理分配机制是非常必要的，因为这些都将在未来的电子课程学习、教育课程体系及软件编程中频繁地运用。（4）外围接口电路AT89C51单片机的外围控制接口串行控制电路主要包括四个组成部分：4个独立的并行I/O端口、1个16位的可编程独立串行控制端口、2个16位的独立可编程并行定时器及中断信号控制处理系统[14]。2.3引脚排列及功能(1)VCC：供电电压。(2)GND：接地。(3)P0端口：P0端口指的是一个8位漏极的开路双向输入I/O引脚的端口，每个引脚都有一个可以吸接受8TTL的门电流[15]。P0地址可以应用于外部数据库和其文件存储，可以被明确地定义为一个外部数据/其他文件存储器的源地址的第八位。FIASHI在对端口符号进行编程时，P0被当作直接执行一个源代码的初始输入端口。(4)P1端口：P1端口是一个带有内部上和下拉稳压电阻的8位双向模拟I/O控制端口。P1缓冲器模块可以接受和控制4TTL的两个门电流，当P1引脚读入1时，内部默认为高电平模式，此时执行写入功能；当处于低电平时，P1端口被自动选择并生成第八位的输入地址。(5)P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器和P1同样可以接受和输入四个门电流，高电平输入，低电平输出。(6)P3口：P3端口是一个带有内部上和下拉稳压电阻的8位双向整流I/O控制端口。P3端口还能当做AT89C51的一些其它具有特殊控制功能的波形端口使用，如表2.1所示。表2.1P3口特殊功能表口管脚备选功能P3.0串行输入口P3.1串行输出口P3.2外部中断0P3.3外部中断1P3.4计时器0外部输入P3.5计时器1外部输入P3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通RST:重置输入。ALE/PROG：访问外部存储器时，地址锁存器允许的输出电平用于锁存地址的位置字节；在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。/PSEN：程序存储启用。/EA/VPP：外部程序存储器选择信号，低电平有效。当该引脚为高电平时，从片内程序存储器读取指令；当该引脚为低电平时，一律从外部程序存储器中读取指令。其第二功能Vpp为对EPROM的编程电源输入。当/EA保持低电平时，在此期间外部执行应用程序的所有存储器（0000H-FFFFH）不管是否有内部程序存储器，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器将此引脚施加12V编程电源（VPP）。(11)XTAL1：反向振荡信号放大器的输入及内部驱动时钟工作电路的输入。(12)XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.4LCD1602显示原理与特点液晶材料的遮光和透光原理是通过三元滤色电压改变材料中分子的排列方式，以显示各种颜色具有不同深浅和散射图像的视觉效果，而且只要在每个平行板之间再次添加三元滤色层，就可以看到彩色的图像。液晶属于一种具有流动性质的物质，因此只需要增加一个很小的阻尼力就能够使得液晶中的分子移动。以最常见的一种向列式液晶为例，液晶单体分子的运动容易在电场的影响下被放大，使得液晶单体分子发生转向。由于液晶的发射光轴与其中的分子发射线轴相当一致，可以借此产生光学效应，当发射线被施加在液晶上的电场被解放或发射线消失时，液晶就会充分利用自己的弹性和黏度，液晶分子会很快恢复施加发射线电场前的状态。作为一种广泛使用的液晶显示器，LCD1602具有以下优点：(1)显示质量高由于LCD1602的每一个节点在我们接受到图像信号后都很好地保持了这个颜色和明确的亮度，因此它始终都是恒定发光，具有很高的图像质量并且不会出现闪烁。(2)数字式接口LCD1602与许多传统单片机系统接口都可以简单连接，且操作方便。(3)体积小、重量轻1602液晶模块主要是通过连接位于液晶显示屏上的一个液晶电极模块来直接控制一个液晶电子元件的化学分子整体运动状态，以此达到液晶显示的主要目标，相比于传统液晶显示屏，要显示同样的面积大小它的整体重量就要更轻。(4)功耗低LCD1602中除了它内部的一个有源电极和电源驱动器IC，其他部分耗电非常少，因此功耗远小于其他显示屏。2.5LCD1602引脚功能与特性1602LCD采用标准的14脚(无背光)或16脚(带背光)接口，各个引脚之间的电路接口参数说明结构如下图见图2.1所示。图2.3LCD1602引脚图表2.2LCD引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极具体说明如下：第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器中的色彩对比度自动调节端，当一个对比电位对比度过高时,会直接导致放电使其自身产生“重影”，因此在实际设计使用时要通过10k的电位器来精确控制其对比度[16]。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。第5脚：R/W高电平读，低电平写。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极[17]。实物图如图2.4所示。图2.4LCD1602实物图其主要参数为：1.显示容量:16×2个字符2.芯片工作电压:4.5—5.5V3.工作电流:2.0mA(5.0V)4.模块最佳工作电压:5.0V5.字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm第三章硬件电路设计3.1复位电路与时钟电路设计单片机的复位电路是整个系统中所必需的，当整个系统在运行的过程中出现问题不能正常运行时,就需要通过一个复位电路来让程序再次开始运行。单片机系统也会受到环境干扰或由于线路错误而导致的仿真程序错误,因此复位电路的设计可以使本实验顺利完成。只要按下复位键，按钮内部的程序就会自动从头开始执行。当整个系统全部开始通电时，提供一个复位信号，直到整个系统的电源都保持稳定，撤销该单元的复位信号。为了安全起见，只有在经过短暂的连续一段时间复位延迟之后，电源开关保持稳定地继续运行之后，才可以取消一个电源开关复位中断信号，以此更便于有效防止由一个电源开关或者因为一个电源插头开关发生轻微抖动而中断引起的电源复位。该实验中采用的复位控制电路结构如图3.1所示。图3.1复位电路原理图其中C3=20μF，起始目的就是防抖，此复位控制电路对高电平有效，低电平复位。使用时，将AT89C51的RST复位引脚接在电阻和电容之间，并设置控制复位功能的按钮。时钟电路是用来配合外部晶体实现震荡的电路，可以为整个单片机系统提供正常运行工作的一个时钟。时钟信号控制电路就像是一个时钟振荡器，单片机必须在这一段的时间和各个节拍的相互控制下对其信号进行各种控制操作。如果运行时钟为0，则单片机将无法工作。同样，如果超过了单片机的工作频率，则单片机将无法工作。单片机主要有两种不同的时钟接口模式，一种采用外部的时钟模型，另一种采用内部的时钟模型。本次测试设计的高频振荡信号控制电路基本结构如设计图3.2所示，一个高频石英晶体振荡器和两个微调电容分别同时跨接在一个xtal1和一个xtal2引线接脚上，形成了一个振荡信号频率控制电路,振荡频率信号的谐波频率范围为12mhz。图3.2时钟电路原理图3.2系统方案设计通过对AT89C51单片机和LCD1602的基本认识，绘制了由51单片机驱动的LCD1602显示模块的主要工作电路结构框图，本文中所需要使用的altiumdesigner是一种嵌入式集成电子产品研制开发系统,具有其工作原理框图及所需要的设计功能模块组件、电路仿真模块组件等，我使用电路仿真功能来设计和工作原理图，其中LCD1602可通过几个引脚直接连接到AT89C51。复位电路和时钟电路都是用来控制单片机的，将想显示的字符通过程序输入单片机以控制LCD的显示。整个电路系统由外部显示电路系统和最小系统两个部分共同组成，其中最小系统包括上文中的时钟电路和复位电路。原理框图如图3.3。图3.3系统工作原理流程图为了使整个系统平稳运行,LCD1602就需要成功运行，每显示一个字符地址后要加1，让LCD162在显示字符之前输入字符所在的地址。第一步需要将LCD设置为16×2显示、5×7点阵、和8位数据接口,LCD显示应该设置为开启状态,光标则应该显示为显示关闭状态,写入数据后添加1个地址，然后清除屏幕，直到字符不等于零。LCD1602的流程图如图3.4所示。图3.4LCD1602工作流程图3.3控制系统电路图绘制根据上述的电路设计方案思路,利用一个Altium的电路设计原理软件来勾画出一个相应的集成电路设计工作图和原理设计框图。Altiumdesigner软件平台汇总了许多软件开发者和企业销售电子产品必须需要具备的软件功能，且电子产品设计开发所程中需要的许多电子应用程序都已经完全可以被嵌入Altiumdesigner中使用，此软件可以在Windows的操作系统上正常运行。此套设计软件的产品能够广泛应用于电路的基本原理和绘图逻辑设计、电路仿真、信号完全性统计分析及电路的设计数据输出等。由于在AltiumDesign自带的元件库中没有AT89C51和LCD1602，因此我们需要自己创建AT89C51与LCD1602元件。首先先新建一个新的原理库图，然后绘制一个矩形，并按照说明书排列其引脚，并按照标准对各个引脚重命名，更改其类型。具体设置如图3.4所示。图3.4AT89C51各引脚编辑图设置完成后保存后，便可以得到AT89C51元件，如图3.5所示。图3.5AT89C51原理图利用同样的方式根据LCD1602说明书在AltiumDesign创建LCD1602元件，其各引脚设置如图3.6，最后得到的元件图如图3.7。图3.6LCD1602引脚设置图图3.7LCD1602元件图得到AT89C51与LCD1602的元件图后，我们便可以绘制出系统控制电路。我们将之前设置的复位电路连接到单片机的RST脚，然后将时钟电路两端分别连接到51单片机的XTAL1与XTAL2，为单片机提供时钟晶振。然后将单片机的P1.0~P1.7口与LCD1602的DB0~DB7口相连，以实现数据的传输，然后将单片机的P2.0、P2.1、P2.2口分别与LCD1602的RS、RW、EN相连，以实现对LCD数据选择、读写选择与使能的控制，然后将LCD1602的VEE端接一个上拉电阻，以控制液晶屏的亮度。最终得到的电路原理图如图3.8所示。图3.8控制电路原理图

软件仿真4.1仿真软件功能介绍软件仿真主要使用KeilC51和Protues软件。Keilc51是一款由一家美国Keilsoftware公司研制设计生产的，一种可以兼容于所有C语言的51系列通用嵌入式软件系统开发操作系统[18]，拥有目前功能最强大的单片机C语言集成开发环境。该公司的产品专注于嵌入式系统C编译器，涵盖各种单片机类型。Keil为编程爱好者提供了一个完整的软件开发应用，其功能十分齐全，可以让软件仿真、电路调试、C语言编译在一个软件上同时实现。Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件（目前该开发系统在目前中国主要的经授权软件代理开发服务公司之一为中国广州风标电子科技有限公司）。它具备各种性能测试仿真和系统模拟测试功能，可以直接实现对整个数控单片机及其外围的各种功能元器件的系统仿真和性能模拟。它是比较好的设计模拟单片上电机及其外围控制器件的实用工具。虽然我国的单单片机技术的推广才刚刚进入初始化阶段，但却已经受到国内推广单片机现实应用等相关领域的专家等人士的认可。Proteus从基本的产品原理概念框图的设计布局、代码操作运行调试系统的设计直到对单片式主机及外围集成电路的设计进行全部协同设计和仿真,一个按键完成后再切换至PCB的整个产品设计,它是真正的三位一体电路设计仿真平台。其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/、DSPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。一个好的编译器在实验中的作用至关重要，它的好坏直接影响代码生成的可靠性和效率。此次我使用的是KeilC515.5版本，具有高效、可靠的特点。Keil

C51编译器的控制指令

C51编译器的文件控制指令主要分类可以大致划分如下为三种指令类型：源文件管理控制指令类、目标文件管理控制指令类和一个列表文件控制指令类。源文件控制类

：NOEXTEND：C51源文件不允许使用ANSIC扩展功能

DEFINE(DF)：定义预处理(在C51命令行)目标文件(Object)控制类：

COMPACT

LARGE

SMALL：

选编译模式

DEBUG(DB)：其中包括调试文件信息，以供仿真器或dSCope51使用NOAMAKE(NOAM)

：禁止AutoMake信息记录

NOREGPARMS

：

禁止用寄存器传递参数

OBJECTEXTEND(OE)

：

Object文件包含附加变量类型信息OPTIMIZE(OT)

：

指定优化级别

REGFILE(RF)

：指定一个寄存器使用的文件以供整体优用

REGISTERBANK(RB)

：

指定一个供绝对寄存器访问的寄存器区名

SRC

：

不生成目标文件只生成汇编源文件

其它控件不常用。（3）列表文件(listing)控制类：

CODE(CD)：向列表文件加入汇编列表

LISTINCLUDE(LC)：显示indude文件

SYMBOLS(SB)：列表文件包括模块内所有符号的列表

WARNINGLEVEL(WL)：选择“警告”级别4.2仿真过程与结果本次实验用protues绘制电路图并实现单片机仿真，使用keil编写代码指令，图4.1即为主函数的编程界面。主函数主要实现对LCD的初始化，并输入在LCD屏幕上所想要显示的字符以及字符的位置。本次实验我将在LCD上第一行显示“WuhanQinggong”字样，即我母校的名字，第二行显示我的名字“LiuYJ”字样。PAGE18PAGE18图4.1主函数编程界面图图4.2为单片机初始化代码编写界面。主要对89C51单片机中的寄存器，例如PSW、TCON、IE、IP、SCON等进行设定，对单片机的工作状态进行初始化设定。图4.2单片机初始化代码编写界面图图4.3为LCD初始化代码编写界面，主要设置了LCD的输入方式、显示方式、光标是否闪烁、工作方式等。图4.3LCD初始化代码编写界面图4.4为LCD驱动代码编写界面，主要是定义了主函数中的一些具体函数指令，例如LCD_set_position()函数、LCD_printc()函数等。图4.4LCD驱动代码编写界面图代码编写完成后，将代码保存为HEX文件，然后在protues软件内按照第四章得到的原理图绘制实际电路图，如图4.5所示。图4.5protues绘制电路图 要编写的HEX程序烧进单片机中，则需要双击AT89C51，将具体设置如图4.6所示。图4.6AT89C51元件编辑图 完成上述工作后，运行protues，最终在LCD屏上显示“WuhanQinggongLiuYJ”的字符，结果如图4.7所示。图4.7仿真结果图

结论与展望本系统的设计与制作工作已经全部完成，基本达到了预期的目的与要求。但是在系统的调试方面还不够健全。我选择完成最简单的LCD1602字母的显示，是由于时间仓促、条件有限，由于整个电路的构思非常简单，导致设计结果并不是很好，还存在诸如：显示内容的单一，亮度不够、不能够显示图片问题，我准备在今后的工作实践过程中来进一步完善此设计。从选题到现在已经有大半年的时间了，在本课程的设计的开始阶段我广泛地查阅了相关的资料和相关的文献材料，通过自己的初步构思后我确定了整体思路，论证实施的方案后确定了实施方案，完成了硬件电路的设计和链接，并且对此显示系统进行了软件仿真，我一直认为整个过程是一个非常密切息息相关的过程，前一个调试过程为后一步工序奠定了基础。在毕业设计前期，我对LCD的知识了解过少，因此我在网上查找相关文献学习，理解LCD的基本原理。在了解了LCD基本原理之后我再对课题有一个最初想法，当时并没有选用LCD1602这一型号的单片机，后来再继续深入完善设计时发现了LCD1602这一显示系统，发现与我的课题非常相符，于是我选用了LCD1602与我们曾经在课堂上学习过的AT89C51单片机作为主要元件。在整个课堂的设计中，我不仅仅找到了解决问题的思路，还学会了使用AltiumDesigner和KeilC51两款软件进行画图和仿真，并用KeilC51仿真软件完成了最后的结果显示。在完成本论文的过程中，我对液晶显示有了一个大致的了解，不仅掌握了LCD1602的显示方式，而且还学会了从整体去构思一个完整的驱动电路。总之，通过大学本科毕业论文设计课题的设计与制作，本人在理论知识方面和思想方面都有很大的收获。

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附录：源程序代码#include<reg51.h>#include<LCD1602.h>voidmain(void){LCD_initial();LCD_set_position(0);LCD_printc('W');LCD_prints("uhanQingGong");LCD_set_position(0x40);LCD_printc('L');LCD_prints("iuYJ");while(1){;}}/*REG51.HHeaderfileforgeneric80C51and80C31microcontroller.Copyright(c)1988-2002KeilElektronikGmbHandKeilSoftware,Inc.Allrightsreserved.*/#ifndef__REG51_H__#define__REG51_H__/*BYTERegister*/sfrP0=0x80;sfrP1=0x90;sfrP2=0xA0;sfrP3=0xB0;sfrPSW=0xD0;sfrACC=0xE0;sfrB=0xF0;sfrSP=0x81;sfrDPL=0x82;sfrDPH=0x83;sfrPCON=0x87;sfrTCON=0x88;sfrTMOD=0x89;sfrTL0=0x8A;sfrTL1=0x8B;sfrTH0=0x8C;sfrTH1=0x8D;sfrIE=0xA8;sfrIP=0xB8;sfrSCON=0x98;sfrSBUF=0x99;/*BITRegister*//*PSW*/sbitCY=0xD7;sbitAC=0xD6;sbitF0=0xD5;sbitRS1=0xD4;sbitRS0=0xD3