测控技术与仪器课程设计Word格式.doc
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关键词：
AT89C51单片机LCD字符串
目录
摘 要 -2-
目录 -3-
1概论 -1-
1.1绪论 -1-
1.2单片机简介 -1-
1单片机的特点 -1-
2单片机的组成及工作过程 -3-
3单片机的应用 -4-
2设计思路 -4-
2.1电路的设计 -4-
2.28051单片机的结构组成 -5-
2.3LCD1602液晶显示简介 -6-
1602LCD的基本参数及引脚功能 -6-
3系统硬件设计与系统软件设计 -8-
3.1系统硬件设计 -8-
3.2系统软件设计 -10-
3.3.11602LCD的指令说明及时序 -10-
3.3.21602LCD的RAM地址映射及标准字库表 -12-
3.3.31602LCD的一般初始化（复位）过程 -13-
仿真结果 -14-
总结 -16-
参考文献 -17-
附件1 -18-
附件2 -19-
-22-
1概论
1.1绪论
近年来，计算机技术迅速发展，计算机在工业、农业、国防、科研及日常生活的各个领域均发挥着极其重要的作用，成为各国工业发展水平的重要标志之一。
自从世界上公认的第一台电子计算机问世以来，计算机的发展日新月异。
短短的几十年间，以有电子管数字计算机发展到今天的超大规模集成电路计算机，运算速度由每秒5000次提高到今天的每秒上白亿次。
近年来，计算机一方面向着高速、智能化的超级巨型机方向发展，另一方面向着微型机的方向发展。
在微机的大家族中，单片微型计算机（以下简称单片机）异军突起，发展迅速。
从美国仙童（Fairchild）公司1974年生产出第一块单片机（F8）开始，在短短的几十年中，单片机如雨后春笋一般，大量涌现出来。
GI公司、Rockwell公司、Intel公司、Zilong公司Motorola公司、NEC公司等世界上几大计算机公司都纷纷推出自己的单片机系列。
目前，已经出现了4位、8位和16位的单片机，甚至32位的超大规模集成电路单片机（如T414）也以面试，同时性能也在不断提高。
如Intel公司的8096，其数据总线为16位，ROM为8K字节，RAM有232位字节，中断源8级，时钟频率为12MHz，可进行加、减、乘、除运算，具有8个模拟通道，10位A/D变换，全双工异步通信接口，5个8位并行接口和4个16位可编程定时器。
据统计，90年代世界每6人就有一片单片机，美国及西欧已达到人均4片。
目前单片机已经成为工控领域、军事领域及日常生活中最为广泛应用的计算机。
1.2单片机简介
单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer），简称单片机。
它在一块芯片上集成了中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、输入/输出接口、可编程定时器/计数器等，有的甚至包含A/D转换器。
总而言之，一块单片机芯片，就相当于一台计算机。
1单片机的特点
⑴集成度高、功能强
微型计算机通常有中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）以及I/O接口组成，其各部分分别集成在不同的芯片上。
例如，大家熟悉Z80微型计算机就是由Z80-CPU、存储器（RAM、ROM）、PIO、CTC等芯片组成的，其原理如图1.1所示：
图1.1Z80型微机结构
和微型计算机进行比较，单片机不仅体积大大减小，而且功能大为增强。
MCS-51系列单片机内的定时/计数器为16位，而Z80微型计算机只有8位；
MCS-51系列单片机中不但有4个I/O接口，而且还有串行接口，且时钟频率可达12MHz。
⑵结构合理
目前单片机大多采用Harvard结构。
这是数据存储器与程序存储器相互独立的一种结构。
而在许多微型计算机中（如Z80、Intel8085、M8000等）中，大都采用两类存储器合二为一（及统一编址）的方式。
单片机采用上述结构主要有以下两点好处：
a:
存储容量大。
例如：
采用16位地址总线锝位单片机可寻址外部64KBROM（包括内部ROM）。
此外还有内部RAM（通常为128字节）和内部ROM（一般为2～4KB）。
正因为如此，使用单片机不仅可以进行控制，而且能够进行数据处理。
单片机不仅设有监控程序，还可同时汇编、反汇编，具有高级语言以及各种函数库、子程序及图表。
因此单片机的功能大为增强，用户使用起来十分方便。
b:
速度快。
单片机由于主要用于工业控制方面，一般都需要较大的程序存储器，用以固化已调好的控制程序；
而数据存储器的容量相对较小，主要用来存放少量的随机数据。
小容量随机存储器直接装在单片机内部，可使数据船送速度快。
⑶抗干扰性强
由于单片机的各种功能部件都集中在一个芯片上，特别是存储器也集成在芯片内部，部线短，数据大都在芯片内部传送，不易受到外部干扰，增强了抗干扰能力，使系统运行更可靠。
⑷指令丰富
单片机一般都有传送指令逻辑运算指令，转移指令，加、减运算指令等。
有些单片机还具有乘法及除法运算指令，特别是位操作指令十分丰富。
例如在MCS-51系列单片机中，专门设有布尔处理器，并且有一个专用的处理布尔变量的指令集。
指令集中包括布尔变量的传送、逻辑运算、控制转移、置位等指令。
因而单片机能在逻辑控制、开关变量控制以及顺序控制中得以广泛应用。
2单片机的组成及工作过程
单片机是由中央处理器（CPU）和适当容量的存储器、输入/输出接口电路三大基本部分组成，它通过接口电路再与输入/输出外部设备连接。
以下简单叙述各部件的作用：
⑴中央处理器（CPU）
CPU是整个单片机系统的核心，它是有算术逻辑运算单元和控制器组成的。
它的功能是进行数据处理，并且控制数据和指令在单片机中的运行，即控制单片机根据给定的要求进行操作。
⑵存储器
存储器是单片机存放程序和数据的部件，它是有许多存储信息的单元组成。
存储单元越多，存储器容量越大，可存放的信息量就越多。
⑶输入/输出借口电路（I/O）接口
接口电路CPU和外部设备之间不可缺少的连接纽带。
人们要控制单片机的运行，可通过键盘送入指令，也可用开关送入信号，键盘和开关都是输入设备。
单片机要运行的结果输出，可通过显示器、打印机告诉人们，也可通过接口电路输出信号，操作各种电器设备进行动作，显示器、打印机和电器设备都是输出设备。
因为外部设备与CPU之间的逻辑电平、速度、时序、驱动能力的有很大的差别，所以必须通过I/O接口电路解决它们之间的匹配问题。
⑷单片机的工作过程
单片机在工作前，首先必须在程序存储器内装入程序。
单片机开始工作后，即按地址先从存储器中取出指令，然后把指令译码，以确定该指令执行的是什么操作和操作数的存放地址，再根据这3个地址取操作数，接着CPU对操作数进行操作，操作结果送入存储器或经接口电路送入显示器、打印机等外部设备。
3单片机的应用
（1）工业过程控制中的应用
由于单片机的I/O接口线多，位操作指令丰富，逻辑操作功能强，因此，特别适用于工业过程控制。
它既可以作为主机控制，也可作为分布式控制系统的前端机。
在作为主机使用的系统中，单片机为核心控制器件，用来完成模拟量和开关量的采集、处理和控制计算（包括逻辑运算），然后输出控制信号。
（2）生活中的应用
由于单片机价格低廉、体积小、逻辑判断及控制功能强，因此广泛地应用于人类生活的各个方面。
如：
洗衣机、电冰箱、电子玩具及电梯控制等。
（3）计算机网络及通信技术中的应用
单片机集成了通信接口，因而使其在计算机网络及通信设备中得以广泛应用，例如Intel公司的8044，它由8051单片机及SDLC通信接口组合而成，用性能高的串行接口单元SIU代替传统的UART，其传送距离可达1200m，传送速率为2.4Mbit/s。
2设计思路
2.1电路的设计
定时闹钟的控制电路分为以下几部分：
u单片机8051。
uLCD。
内部总线接点说明：
总线是用于传送信息的公共途径。
总线可分为数据总线、地址总线、控制总线。
单片机内的CPU、存储器、I/O接口等单元部件都是通过总线连接到一起的。
采用总线结构可以减少信息传输线的根数，提高系统可靠性，增强系统灵活性。
中断控制系统是指CPU暂停正在执行的原程序转而为中断服务（执行中断服务程序），在执行完中断服务程序后再回到原程序继续执行。
中断系统是指能够处理上述中断过程的部分电路。
MCS—51单片机设有5个中断源（外中断2个，定时/记数中断2个，串行中断2个），二级优先级，可实现两极中断嵌套。
输入/输出借口电路（I/O）接口：
而本设计中应用到的主要是显示器，通过显示器我们就可以看到此设计的显示效果和计时时间。
2.28051单片机的结构组成
MCS—51系列单片机在结构上基本相同，只是在个别模块和功能上有些区别。
图2.1是8051单片机的内部结构框图。
它包含了作为微型计算机所必需的基本功能部件，各功能部件通过片内机单一总线连成一个整体，集成在一块芯片上。
MCS—51单片机是在一块芯片中集成了CPU、存储器（包括RAM和ROM）、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件。
主要包括1个8位CPU、1个片内振荡器及时钟电路、128RAM、4KBROM、2个16位定时器/计数器、32条可编程的I/O线和一个可编程的全双工串行口、5个中断源、2个中断优先级嵌套中断结构。
图2.1单片机的内部结构图
2.3LCD1602液晶显示简介
字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。
下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。
一般1602字符型液晶显示器实物如图2.2
图2.21602字符型液晶显示器实物图
1602LCD的基本参数及引脚功能
1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图2-3所示：
图2.31602LCD尺寸图
1602LCD主要技术参数：
显示容量:
16×
2个字符
芯片工作电压:
4.5—5.5V
工作电流:
2.0mA（5.0V）
模块最佳工作电压:
5.0V
字符尺寸:
2.95×
4.35（W×
H）mm
引脚功能说明：
1602LCD采用标准的14
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