单片机显示系统课程设计报告.docx

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单片机显示系统课程设计报告

摘要

本系统是一款基于51内核的单片机为主控芯片的单片机显示系统，该系统由MCU主控制模块、传感器检测模块、时间检测模块、蓝牙模块以及液晶显示模块构成，整个系统是由一款基于51内核的深圳宏晶公司出产的STC90C516RD+芯片作为主控制芯片，通过采集多个传感器的感应数据，将环境温度、实时时间等信息显示在液晶屏上并同时通过蓝牙可以将数据传输到PC机上，经行上位机管理，实时记录。

各个模块协同工作，通过各种传感器的数据采集功能，可以很好的把用户所需信息通过此显示系统明确的显示出来。

关键字：

51单片机，传感器，液晶显示

ABSTRACT

Thesystemintroducesa51microcontroller-baseddisplaysystem,thesystemconsistsofamaincontrolmodule,thedetectionmodule,thetimegetmoduleandthedisplaymodule.ThewholesystemismadeupofSTC90C516RD+whitchmadebyHongJingcompanyforthemaincontrol,throughtheinductionofmultiplesensorsdata,environmenttemperature,theinformationsuchasrealtimedisplayontheLCDscreen.Withvariousmodulestoworktogether,throughavarietyofsensordataacquisitionfunction,canbeverygoodtodisplayuserinformationneededbythesystemclearlydisplayed.

Keywords:

51MCU,sensor,LCD-display

目录

摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１

序言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３

一．整体设计原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４

二．硬件电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５

2.1主控模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５

2.1.1STC90C516简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５

2.1.2最小系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５

2.2DS18B20温度检测模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６

2.2.1DS18B20简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６

2.2.2DS18B20主要特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７

2.2.3DS18B20外围电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７

2.3DS1302实时时钟模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８

2.3.1DS1302简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８

2.3.2DS1302工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８

2.3.3DS1302外围电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９

2.4蓝牙串口模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９

2.5液晶显示模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９

2.5.1Nokia5110液晶屏简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９

2.5.2Nokia5110外围电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０

2.5.3Nokia5110液晶屏控制原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１

三.软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３

3.1系统主程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３

四．调试结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１４

五．心得体会．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５

参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６

序言

随着科技的不断发展，原来在我们生活中用途很广的led点阵，渐渐满足不了要求了，我们不可能在一个控制界面上焊上成千上百个led，那样既笨重，又昂贵。

所以，液晶屏出世了，一块小小的屏幕，却能够显示我们想显示的任何汉字，能够显示我们想要的任何形状，而且它廉价，一块液晶显示屏也就几十块钱，远比一块笨重的led点阵屏来的便宜，最重要的，是它可以更好的实现人机交换，界面更加的友好，这使得我们的生活越来越离不开液晶屏，可以说假如没有液晶显示屏的存在，我们的生活，工业生产等等将落后很多。

本系统仅仅只是添加了一些常见的人们生活所需信息，本系统还可以向更好的人机交换界面，更丰富的环境信息采集，更好的自动控制等方面发展，但由于时间有限，暂不予添加，但已预留出I/O，便于项目日后的继续开发。

第一章整体设计原理

该显示系统由STC90C516主控模块、DS18B20温度检测模块、DS1302实时时钟模块、蓝牙模块以及Nokia5110液晶屏显示系统共同构成。

由图1-1所示，该系统通过STC90C516单片机来控制DS18B20温度传感器模块和DS1302时钟模块，使其分别采集温度信息和时钟信息，并将检测到的温度和时间传送到Nokia5110液晶屏上经行显示，与此同时，将温度信息传给蓝牙模块，并通过蓝牙模块传递给PC机，以便以温度的记录存档。

针对如上功能，我们使用AltiumDesigner软件将电路原理图（图1-2）以及PCB图（1-3）绘画并制作出来，以便于硬件调试。

图1-2系统整体原理图

图1-3系统整体PCB图

第二章硬件电路

2.1主控模块

2.1.1STC90C516简介

STC90C516RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。

工作频率范围：

0-40MHz，相当于普通8051的0-80MHz；片上集成1280字节/512/256字节RAM；3个16位定时器/计数器，其中定时器0可当成2个8位定时器使用。

2.1.2最小系统

STC90C516单片机硬件上与传统8051单片机完全兼容，在单片机的最小系统上，两者也可完全通用，如图2-1-1所示。

最小系统又由复位电路、振荡电路、电源电路、外设接口电路等组成。

单片机的机器频率有一个11.0592MHz晶振以及2个30pF电容提供，STC单片机可以通过串口进行烧录程序代码，但需冷启动，故为了烧录方便，特意制作了一个烧录接口J7，我们可以通过拨动钮子开关来经行烧录程序。

图2-1-1单片机最小系统

2.2DS18B20温度检测模块

2.2.1DS18B20简介

DS18B20数字温度传感器，该产品采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样等优点，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

DS18B20芯片封装如图2-2-1所示

图2-2-1DS18B20芯片封装图

如图2-2-1所示，DS18B20有两种封装，该系统采用PR-35封装。

2.2.2DS18B20主要特点

DS18B20温度传感器性能很好，其主要特点如下所述。

（1）独特的单线接口方式：

DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

（2）在使用中不需要任何外围元件。

（3）可用数据线供电，电压范围：

+3.0~+5.5V。

（4）测温范围：

-55~+125℃。

固有测温分辨率为0.5℃。

（5）通过编程可实现9~12位的数字读数方式。

（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。

（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。

（8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

2.2.3DS18B20外围电路设计

DS18B20温度传感器与单片机进行数据交换只通过一条信号线，因此DS18B20的外围电路设计由图2-2-2所示。

图中标号temp接主控制芯片I/O口。

图2-2-2DS18B20外围电路

2.3DS1302实时时钟模块

2.3.1DS1302简介

DS1302是由美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片。

它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。

DS1302时钟电路接口简单、价格低廉使用方便，并且，电路采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能，所以被广泛的应用于各种领域。

图2-3-1DS1302引脚图

2.3.2DS1302工作原理

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行及时，具有闰年补偿功能。

采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个自己的时钟信号或RAM数据。

DS1302内部有一个31x8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。

DS1302的引脚排列，其中Vcc2为主电源，Vcc1为后备电源。

在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。

DS1302由Vcc1或Vcc2两者中较大者供电。

根据图2-3-1，X1、X2是振荡源，外接32.768KHz晶振。

RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。

RST输入有两种功能：

首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据传送的方法。

当RST为高电平时，所有数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。

如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。

SCLK为时钟输入端。

2.3.3DS1302外围电路设计

DS1302外围电路由振荡电路与控制电路以及备用电源电路构成，x1、x2接32.768KHz晶振，V2为主电源，接VCC，V1为备用电源，接备用电池；

DS1302的5脚、6脚、7脚接到控制芯片上。

图2-3-2DS1302外围电路

2.4蓝牙串口模块

蓝牙模块是一种集成蓝牙功能的PCBA板，可用来短距离无线通讯。

蓝牙串口模块可以使原串口设备摆脱线缆的束缚，通讯距离可以达到10米左右，蓝牙串口模块无需了解复杂的蓝牙底层协议，只须通过串口将数据发送给蓝牙，与蓝牙配对的PC机即可通过串口助手接收到数据。

蓝牙模块使用AT指令，通过指令，可以更改蓝牙模块的波特率，名称，配对密码等，使用简单方便使得蓝牙模块在很多需要短距离无线传输的领域大受欢迎。

2.5液晶显示模块

2.5.1Nokia5110液晶屏简介

Nokia5110是一款诺基亚经典机型，由于经典缘故，旧机器很多，所以很多电子工程师将旧机器的屏幕拆下来，自行驱动Nokia5110液晶屏，用于开发的设备显示，取代LCD1602。

Nokia5110液晶屏具有以下等特点：

（1）Nokia5110液晶屏性价比很高，LCD1602可以显示32个字符，而Nokia5110可以显示15个汉字，30个字符。

Nokia5110裸屏仅几块钱，而LCD1602一般15元左右，LCD12864一般几十元。

（2）Nokia5110的接口简单，仅五根I/O线即可驱动，LCD1602需11根I/O线，LCD12864需12根。

（3）Nokia5110液晶屏速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。

（4）Nokia5110工作电压3.3V，正常显示时工作电流200uA以下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。

2.5.2Nokia5110外围电路设计

图2-5-1Nokia5110引脚定义图

Nokia5110液晶屏共有8个引脚，从左到右依次是RST、CS、DC、DIN、CLK、VCC、BLC以及GND，其中前5个引脚为液晶屏的显示控制引脚，控制液晶屏的显示内容，BLC为液晶屏的背光控制引脚，此引脚Nokia5110裸屏并不具有，而是后有电子爱好者为此液晶屏添加上led背光才有此引脚，我们可以接个滑动变阻器来调节液晶屏的背光亮度。

图2-5-2Nokia5110外围电路图

2.5.3Nokia5110液晶屏控制原理

Nokia5110液晶屏是基于由Philips半导体公司生产的PCD8544驱动芯片而制成的。

PCD8544是一块低功耗的CMOSLCD控制驱动器，设计为驱动48行84列的图形显示。

内部集成显示功能、LCD电压及偏置电压发生器、振荡器等，与微控制器之间使用串行总线传送数据，串行界面速度高达4.0Mbits/S。

图2-5-3PCD8544原理方块图图2-5-4PCD8544引脚图

PCD8544包含48行和84列驱动器，连接适当的序列偏置电压来显示数据，不用的引脚可悬空。

数据以字节为单位下载到PCD8544的48*84位显示数据RAM矩阵，列通过地址指针寻址，寻址范围为：

X0~83，Y0~5。

地址不允许超出这个范围。

在垂直寻址模式，Y地址在每个字节之后递增。

经过最后的Y地址后，Y绕回0，X递增到下一列的地址。

在水平寻址模式，X地址在每个字节之后递增，经过最后的X地址之后，X绕回0，Y递增到下一行的地址。

图2-5-5PCD8544串口传送1个字节时序图

图2-5-6PCD8544串行总线复位功能（SCE）图

表2-5-1PCD8544控制指令集

表2-5-2PCD8544控制指令集副表

接电源后，PCD8544内部寄存器和RAM的内容不确定。

所以必须应用一个RES脉冲，所有的内部寄存器在指定的时间内，通过外部RES脉冲（低电平）复位。

第三章软件设计

3.1系统主程序设计

图3-1-1系统总流程图

该系统主要实现温度采集并显示、实时时钟显示、温度蓝牙上传等功能，所以，系统主流程就在传感器采集，数据显示与数据传递之间循环。

第四章调试结果

系统实物图系统开机界面

系统正常运行图PC机接收数据

第五章心得体会

经过一个星期的单片机课程设计，我收获许多，体验到了许多在课程上无法体验到的乐趣，同时也学到了许多我们无法在课程上学到的知识，比如液晶屏的显示、各种传感器的应用等等，深深感触到我们在课程上学习的东西都只是基础，真正想要运用的话还是有很大困难的。

本次我们做的课程设计题目是基于单片机的显示系统，任务要求仅仅能够显示姓名班级等，但自己感觉一块可以显示许多图形的液晶屏仅仅只是用来显示几个汉字或字符的话，很是浪费，便想着要给其增加功能，于是，我们组成员想到可以使用液晶屏来显示一幅图，当前环境温度等等一系列的信息，然而时间有限，最后我们只做出了温度显示、实时时钟显示、图片显示、汉字显示、字符显示、串口传送数据至PC机这几样功能。

由于本人稍微有点画PCB板的基础，于是我们便制作了此系统的PCB板并加以焊接出来，没有完成的功能或可以改进的功能我们预留出了I/O口，以便于系统以后的改进与开发。

此系统设计到两款传感器采集芯片，一片是温度采集，一片是实时时钟采集。

温度我们采用DS18B20芯片，实时时钟我们采用DS1302芯片，此两款芯片都是我们平时生活或工业生产常用的芯片，性能稳定可靠，精度也挺高，价格又很低廉，于是便成为我们的首选。

而液晶采用的是Nokia5110液晶屏，价格便宜，功能强大，代替LCD1602，成为不二首选。

通过一个星期的课程设计，确实感触良多，不仅仅是硬件制作，还有软件调试等，都是经过了我们努力而得来的，系统到最后时刻能够正常运行，我们甚是欣慰，在最后，我们真心感谢老师在课程上的教导与帮助，正是有了这些基础，我们才能够完成本次的课程设计制作，才能够成功的将这个显示系统的题目很好的完成，感谢陈忠斌老师！

参考文献：

[1]徐春晖.单片微机原理及应用[M].电子工业出版社，2013

[2]谢维成.单片机原理与应用及C51程序设计[M].清华大学出版社，2011