單片機(jī)顯示系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-基于51內(nèi)核的單片機(jī)為主控芯片的單片機(jī)顯示系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本系統(tǒng)是一款基于51內(nèi)核的單片機(jī)為主控芯片的單片機(jī)顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)由MCU主控制模塊、傳感器檢測模塊、時間檢測模塊、藍(lán)牙模塊以及液晶顯示模塊構(gòu)成，整個系統(tǒng)是由一款基于51內(nèi)核的深圳宏晶公司出產(chǎn)的STC90C516RD+芯片作為主控制芯片，通過采集多個傳感器的感應(yīng)數(shù)據(jù)，將環(huán)境溫度、實(shí)時時間等信息顯示在液晶屏上并同時通過藍(lán)牙可以將數(shù)

2、據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)上，經(jīng)行上位機(jī)管理，實(shí)時記錄。各個模塊協(xié)同工作，通過各種傳感器的數(shù)據(jù)采集功能，可以很好的把用戶所需信息通過此顯示系統(tǒng)明確的顯示出來。</p><p>　　關(guān)鍵字：51單片機(jī)，傳感器，液晶顯示</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The system introduces a 51 microc

3、ontroller-based display system, the system consists of a main control module, the detection module, the time get module and the display module. The whole system is made up of STC90C516RD+ whitch made by HongJing company

4、for the main control, through the induction of multiple sensors data, environment temperature, the information such as real time display on the LCD screen. With various modules to work together, through a variety of sens

5、or data acquisition functio</p><p>　　Key words: 51MCU, sensor, LCD -display</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１</p

6、><p>　　序言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３</p><p>　　一．整體設(shè)計(jì)原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４</p><p>　　二．硬件電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

7、．．．．．．５</p><p>　　2.1 主控模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５</p><p>　　2.1.1STC90C516簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５</p><p>　　2.1.2最小系統(tǒng)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

8、．．．．．．．．．．．．５</p><p>　　2.2 DS18B20溫度檢測模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６</p><p>　　2.2.1 DS18B20簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６</p><p>　　2.2.2 DS18B20主要特點(diǎn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．

9、．．．．．．．．．．．．．．７</p><p>　　2.2.3 DS18B20外圍電路設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７</p><p>　　2.3 DS1302實(shí)時時鐘模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８</p><p>　　2.3.1 DS1302簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

10、．．．．．．．．．．．．．．．８</p><p>　　2.3.2 DS1302工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８</p><p>　　2.3.3 DS1302外圍電路設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９</p><p>　　2.4 藍(lán)牙串口模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

11、．．．．．．．．．．．．．．．．９</p><p>　　2.5 液晶顯示模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９</p><p>　　2.5.1 Nokia 5110液晶屏簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９</p><p>　　2.5.2 Nokia 5110外圍電路設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．

12、．．．．．．．．．．．．．．．．．１０</p><p>　　2.5.3 Nokia 5110液晶屏控制原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１</p><p>　　三. 軟件設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３</p><p>　　3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．

13、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３</p><p>　　四．調(diào)試結(jié)果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１４</p><p>　　五．心得體會．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５</p><p>　　參考文獻(xiàn)．．．．．．．．

14、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６</p><p><b>　　序言</b></p><p>　　隨著科技的不斷發(fā)展，原來在我們生活中用途很廣的led點(diǎn)陣，漸漸滿足不了要求了，我們不可能在一個控制界面上焊上成千上百個led，那樣既笨重，又昂貴。所以，液晶屏出世了，一塊小小的屏幕，卻能夠顯示我們想顯示的任何漢字，

15、能夠顯示我們想要的任何形狀，而且它廉價，一塊液晶顯示屏也就幾十塊錢，遠(yuǎn)比一塊笨重的led點(diǎn)陣屏來的便宜，最重要的，是它可以更好的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換，界面更加的友好，這使得我們的生活越來越離不開液晶屏，可以說假如沒有液晶顯示屏的存在，我們的生活，工業(yè)生產(chǎn)等等將落后很多。</p><p>　　本系統(tǒng)僅僅只是添加了一些常見的人們生活所需信息，本系統(tǒng)還可以向更好的人機(jī)交換界面，更豐富的環(huán)境信息采集，更好的自動控制等方面發(fā)展，但

16、由于時間有限，暫不予添加，但已預(yù)留出I/O，便于項(xiàng)目日后的繼續(xù)開發(fā)。</p><p>　　第一章 整體設(shè)計(jì)原理</p><p>　　該顯示系統(tǒng)由STC90C516主控模塊、DS18B20溫度檢測模塊、DS1302實(shí)時時鐘模塊、藍(lán)牙模塊以及Nokia 5110 液晶屏顯示系統(tǒng)共同構(gòu)成。</p><p>　　由圖1-1所示，該系統(tǒng)通過STC90C516單片機(jī)來控制DS

17、18B20溫度傳感器模塊和DS1302時鐘模塊，使其分別采集溫度信息和時鐘信息，并將檢測到的溫度和時間傳送到Nokia 5110液晶屏上經(jīng)行顯示，與此同時，將溫度信息傳給藍(lán)牙模塊，并通過藍(lán)牙模塊傳遞給PC機(jī)，以便以溫度的記錄存檔。針對如上功能，我們使用Altium Designer軟件將電路原理圖(圖1-2)以及PCB圖(1-3)繪畫并制作出來，以便于硬件調(diào)試。</p><p>　　圖1-2 系統(tǒng)整體原理圖<

18、;/p><p>　　圖1-3 系統(tǒng)整體PCB圖</p><p><b>　　第二章 硬件電路</b></p><p><b>　　2.1 主控模塊</b></p><p>　　2.1.1 STC90C516簡介</p><p>　　STC90C516RD+系列單片機(jī)是宏晶科技推

19、出的新一代高速/低功耗單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時鐘/機(jī)器周期和6時鐘/機(jī)器周期可任意選擇，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，時鐘頻率在12MHz以下時，復(fù)位腳可直接接地。工作頻率范圍：0-40MHz，相當(dāng)于普通8051的0-80MHz；片上集成1280字節(jié)/512/256字節(jié)RAM；3個16位定時器/計(jì)數(shù)器，其中定時器0可當(dāng)成2個8位定時器使用。</p><p>　　2.1.2 最小系統(tǒng)&

20、lt;/p><p>　　STC90C516單片機(jī)硬件上與傳統(tǒng)8051單片機(jī)完全兼容，在單片機(jī)的最小系統(tǒng)上，兩者也可完全通用，如圖2-1-1所示。最小系統(tǒng)又由復(fù)位電路、振蕩電路、電源電路、外設(shè)接口電路等組成。單片機(jī)的機(jī)器頻率有一個11.0592MHz晶振以及2個30pF電容提供，STC單片機(jī)可以通過串口進(jìn)行燒錄程序代碼，但需冷啟動，故為了燒錄方便，特意制作了一個燒錄接口J7，我們可以通過撥動鈕子開關(guān)來經(jīng)行燒錄程序。&l

21、t;/p><p>　　圖2-1-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　2.2 DS18B20溫度檢測模塊</p><p>　　2.2.1 DS18B20簡介</p><p>　　DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該產(chǎn)品采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣等優(yōu)點(diǎn)，適

22、用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。</p><p>　　DS18B20芯片封裝如圖2-2-1所示</p><p>　　圖2-2-1 DS18B20芯片封裝圖</p><p>　　如圖2-2-1所示，DS18B20有兩種封裝，該系統(tǒng)采用PR-35封裝。</p><p>　　2.2.2 DS18B20主要特點(diǎn)</p>&l

23、t;p>　　DS18B20溫度傳感器性能很好，其主要特點(diǎn)如下所述。</p><p>　　（1）獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通訊。</p><p>　　（2）在使用中不需要任何外圍元件。</p><p>　　（3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0~ +5.5 V。</p>

24、<p>　?。?）測溫范圍：-55 ~+125 ℃。固有測溫分辨率為 0.5 ℃。</p><p>　?。?）通過編程可實(shí)現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。</p><p>　　（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。</p><p>　?。?）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。</p><

25、;p>　?。?）負(fù)壓特性，電源極性接反時，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。</p><p>　　2.2.3 DS18B20外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換只通過一條信號線，因此DS18B20的外圍電路設(shè)計(jì)由圖2-2-2所示。圖中標(biāo)號temp接主控制芯片I/O口。</p><p>　　圖2-2-2 DS18B

26、20外圍電路</p><p>　　2.3 DS1302實(shí)時時鐘模塊</p><p>　　2.3.1 DS1302簡介</p><p>　　DS1302是由美國DALLAS公司推出的具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實(shí)時時鐘芯片。它可以對年、月、日、周、時、分、秒進(jìn)行計(jì)時，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。DS1302時鐘電路接口簡單、價格低廉使用方便，并且，電路采用串行數(shù)據(jù)傳輸，

27、可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能，所以被廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。</p><p>　　圖2-3-1 DS1302引腳圖</p><p>　　2.3.2 DS1302工作原理</p><p>　　DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘電路，它可以對年、月、日、周、時、分、秒進(jìn)行及時，具有閏年補(bǔ)償功能。采用

28、三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個自己的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31x8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302的引腳排列，其中Vcc2為主電源，Vcc1為后備電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中較大者供電。根據(jù)圖2-3-1，X1、X2是振蕩源，外接32.768KHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有

29、的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送的方法。當(dāng)RST為高電平時，所有數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。SCLK為時鐘輸入端。</p><p>　　2.3.3 DS1302外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　

30、　DS1302外圍電路由振蕩電路與控制電路以及備用電源電路構(gòu)成，x1、x2接32.768KHz晶振，V2為主電源，接VCC，V1為備用電源，接備用電池；</p><p>　　DS1302的5腳、6腳、7腳接到控制芯片上。</p><p>　　圖2-3-2 DS1302外圍電路</p><p>　　2.4 藍(lán)牙串口模塊</p><p>　　藍(lán)牙

31、模塊是一種集成藍(lán)牙功能的PCBA板，可用來短距離無線通訊。藍(lán)牙串口模塊可以使原串口設(shè)備擺脫線纜的束縛，通訊距離可以達(dá)到10米左右，藍(lán)牙串口模塊無需了解復(fù)雜的藍(lán)牙底層協(xié)議，只須通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給藍(lán)牙，與藍(lán)牙配對的PC機(jī)即可通過串口助手接收到數(shù)據(jù)。藍(lán)牙模塊使用AT指令，通過指令，可以更改藍(lán)牙模塊的波特率，名稱，配對密碼等，使用簡單方便使得藍(lán)牙模塊在很多需要短距離無線傳輸?shù)念I(lǐng)域大受歡迎。</p><p>　　2.5

32、液晶顯示模塊</p><p>　　2.5.1 Nokia 5110液晶屏簡介</p><p>　　Nokia 5110是一款諾基亞經(jīng)典機(jī)型，由于經(jīng)典緣故，舊機(jī)器很多，所以很多電子工程師將舊機(jī)器的屏幕拆下來，自行驅(qū)動Nokia 5110液晶屏，用于開發(fā)的設(shè)備顯示，取代LCD1602。</p><p>　　Nokia 5110 液晶屏具有以下等特點(diǎn)：</p>

33、<p>　?。?）Nokia 5110液晶屏性價比很高，LCD1602可以顯示32個字符，而Nokia 5110可以顯示15個漢字，30個字符。Nokia 5110裸屏僅幾塊錢，而LCD1602一般15元左右，LCD12864一般幾十元。</p><p>　?。?）Nokia 5110的接口簡單，僅五根I/O線即可驅(qū)動，LCD1602需11根I/O線，LCD12864需12根。</p>

34、<p>　?。?）Nokia 5110 液晶屏速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。</p><p>　　（4）Nokia 5110 工作電壓3.3V，正常顯示時工作電流200uA以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動設(shè)備。</p><p>　　2.5.2 Nokia 5110 外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖2-5-1

35、 Nokia 5110 引腳定義圖</p><p>　　Nokia 5110液晶屏共有8個引腳，從左到右依次是RST、CS、DC、DIN、CLK、VCC、BLC以及GND，其中前5個引腳為液晶屏的顯示控制引腳，控制液晶屏的顯示內(nèi)容，BLC為液晶屏的背光控制引腳，此引腳Nokia 5110裸屏并不具有，而是后有電子愛好者為此液晶屏添加上led背光才有此引腳，我們可以接個滑動變阻器來調(diào)節(jié)液晶屏的背光亮度。</p

36、><p>　　圖2-5-2 Nokia 5110外圍電路圖</p><p>　　2.5.3 Nokia 5110液晶屏控制原理</p><p>　　Nokia 5110液晶屏是基于由Philips半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的PCD8544驅(qū)動芯片而制成的。PCD8544是一塊低功耗的CMOS LCD控制驅(qū)動器，設(shè)計(jì)為驅(qū)動48行84列的圖形顯示。內(nèi)部集成顯示功能、LCD電壓及偏置電壓

37、發(fā)生器、振蕩器等，與微控制器之間使用串行總線傳送數(shù)據(jù)，串行界面速度高達(dá)4.0Mbits/S。</p><p>　　圖2-5-3 PCD8544原理方塊圖 圖2-5-4 PCD8544引腳圖</p><p>　　PCD8544包含48行和84列驅(qū)動器，連接適當(dāng)?shù)男蛄衅秒妷簛盹@示數(shù)據(jù)，不用的引腳可懸空。數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位下載到PCD8544的48*84位顯示數(shù)據(jù)RAM矩陣，列通過

38、地址指針尋址，尋址范圍為：X 0~83，Y 0~5。地址不允許超出這個范圍。在垂直尋址模式，Y地址在每個字節(jié)之后遞增。經(jīng)過最后的Y地址后，Y繞回0，X遞增到下一列的地址。在水平尋址模式，X地址在每個字節(jié)之后遞增，經(jīng)過最后的X地址之后，X繞回0，Y遞增到下一行的地址。</p><p>　　圖 2-5-5 PCD8544串口傳送1個字節(jié)時序圖</p><p>　　圖 2-5-6 PCD854

39、4串行總線復(fù)位功能（SCE）圖</p><p>　　表2-5-1 PCD8544控制指令集</p><p>　　表 2-5-2 PCD8544控制指令集副表</p><p>　　接電源后，PCD8544內(nèi)部寄存器和RAM的內(nèi)容不確定。所以必須應(yīng)用一個RES脈沖，所有的內(nèi)部寄存器在指定的時間內(nèi)，通過外部RES脈沖（低電平）復(fù)位。</p><p>

40、;<b>　　第三章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-1-1 系統(tǒng)總流程圖</p><p>　　該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)溫度采集并顯示、實(shí)時時鐘顯示、溫度藍(lán)牙上傳等功能，所以，系統(tǒng)主流程就在傳感器采集，數(shù)據(jù)顯示與數(shù)據(jù)傳遞之間循環(huán)。</p><p><b>　　第四章

41、 調(diào)試結(jié)果</b></p><p>　　系統(tǒng)實(shí)物圖 系統(tǒng)開機(jī)界面</p><p>　　系統(tǒng)正常運(yùn)行圖 PC機(jī)接收數(shù)據(jù)</p><p><b>　　第五章 心得體會</b></p><p>　　經(jīng)過一個星期

42、的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我收獲許多，體驗(yàn)到了許多在課程上無法體驗(yàn)到的樂趣，同時也學(xué)到了許多我們無法在課程上學(xué)到的知識，比如液晶屏的顯示、各種傳感器的應(yīng)用等等，深深感觸到我們在課程上學(xué)習(xí)的東西都只是基礎(chǔ)，真正想要運(yùn)用的話還是有很大困難的。</p><p>　　本次我們做的課程設(shè)計(jì)題目是基于單片機(jī)的顯示系統(tǒng)，任務(wù)要求僅僅能夠顯示姓名班級等，但自己感覺一塊可以顯示許多圖形的液晶屏僅僅只是用來顯示幾個漢字或字符的話，很是浪費(fèi)，

43、便想著要給其增加功能，于是，我們組成員想到可以使用液晶屏來顯示一幅圖，當(dāng)前環(huán)境溫度等等一系列的信息，然而時間有限，最后我們只做出了溫度顯示、實(shí)時時鐘顯示、圖片顯示、漢字顯示、字符顯示、串口傳送數(shù)據(jù)至PC機(jī)這幾樣功能。由于本人稍微有點(diǎn)畫PCB板的基礎(chǔ)，于是我們便制作了此系統(tǒng)的PCB板并加以焊接出來，沒有完成的功能或可以改進(jìn)的功能我們預(yù)留出了I/O口，以便于系統(tǒng)以后的改進(jìn)與開發(fā)。</p><p>　　此系統(tǒng)設(shè)計(jì)到兩款

44、傳感器采集芯片，一片是溫度采集，一片是實(shí)時時鐘采集。溫度我們采用DS18B20芯片，實(shí)時時鐘我們采用DS1302芯片，此兩款芯片都是我們平時生活或工業(yè)生產(chǎn)常用的芯片，性能穩(wěn)定可靠，精度也挺高，價格又很低廉，于是便成為我們的首選。而液晶采用的是Nokia5110液晶屏，價格便宜，功能強(qiáng)大，代替LCD1602，成為不二首選。</p><p>　　通過一個星期的課程設(shè)計(jì)，確實(shí)感觸良多，不僅僅是硬件制作，還有軟件調(diào)試等，

45、都是經(jīng)過了我們努力而得來的，系統(tǒng)到最后時刻能夠正常運(yùn)行，我們甚是欣慰，在最后，我們真心感謝老師在課程上的教導(dǎo)與幫助，正是有了這些基礎(chǔ)，我們才能夠完成本次的課程設(shè)計(jì)制作，才能夠成功的將這個顯示系統(tǒng)的題目很好的完成，感謝陳忠斌老師！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]徐春暉. 單片微機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 電子工業(yè)出版社，2013&l