课程设计单片机实验指导书(学生版).doc

装 订 线

北京科技大学
实验报告

课程名称 课程设计
班 级
学 号
姓 名
上课时间 2009年9月
指导教师
成 绩

信息工程学院
电子信息系

课程设计题目：温度测量LCD液晶显示系统
前言
在日常生活中，温度的测量与显示应用极其普遍。本次课程设计的目的就是让学生利用学过的相关专业知识，设计和实现一个温度测量LCD显示系统，以期巩固专业知识和提高实践能力。
本课程设计涉及到LCD液晶显示的应用、温度传感器的应用、I2C总线数据存储器的扩展及用LCD显示温度值等四个方面的内容，并划分为六个实验。内容包括：
1 编写程序使LCD液晶显示屏显示单个字符如“Ａ”，“４”等。
　 ２ 编写程序使LCD液晶显示屏显示字符串如“WELCOM IN”等。
3 编写程序调通温度传感器。
4 编写程序读温度传感器TC74的值，并在PORTB端口的LED上显示。
5 编写程序读并写EEPROM中24LC256B的值，在PORTB端口显示。
6 编写程序在LCD液晶显示屏上显示温度传感器TC74的值。

实验一 LCD液晶显示的应用（一）
一 实验目的
1. 学习LCD显示的工作原理
2. 学会在LCD液晶显示屏上显示单个字符。
二 实验所用仪表及设备
硬件：PC机一台，在线仿真调试器MPLAB ICD2，PICDEM2目标实验板。
软件：MPLAB IDE集成开发软件
三 实验内容
通过编程用PICDEM2目标实验板上的LCD显示单个字符“A”。

四 实验原理

1. LCD显示模块介绍
本次实验使用的是PICDEM2目标实验板上的LCD模块，型号为 FEMA Electronics CG-1621-SGR1C P-TEC CORP PCOG1602B-GNFD-C1RCD RCD INDUSTRI UNITED RADIANT UMSH-3112JNV-1G。
该LCD模块可以显示2行*16列字符，每个字符为8×5点阵加游标。驱动电路模块型号为FCS2314AK，图1-1为该LCD的规格图，图1-2为LCD模块引脚图。

图1-1 LCD规格图

图1-2 LCD模块引脚图
从图1-2可以看出，该LCD电路模块有15个引脚，除电压端外，RS端用来选择是数据还是命令操作，如果是H则为数据操作，L则为命令操作。R/W为读写设置，H为读，L为写。E为使能端，DB0~7为数据总线。
在PICDEM2目标实验板上，PIC16F877A与LCD模块连接的电路如图1-3所示：

图1-3 FCS2314AK电路模块驱动LCD示意图

其中PIC16F877A的RA1连接E引脚，RA2连接R/W引脚，RA3连接RS引脚，RD0~3连接DB4~7（只连接半字节）。
2. LCD显示模块操作步骤
（1）初始化LCD
初始化LCD的具体内容为设置成4位数据总线，显示使能，清空显示，进入等待操作模式，设置DDRAM地址初始为0。DDRAM地址是指字符的位置，其定义如图1-4所示：

图1-4 DDRAM地址定义图
而初始化的每一步操作是找出对应的指令在RS=0，R/W=0的状态下，通过DB4~DB7写入。其指令表如表1-1所示。根据表1-1，可以查到初始化的指令依次为00101000，0x28,00001101，0x0d,00000001，0x01 00000110，0 x06,10000000。0x80
表1-1 指令表

（2）LCD模块的写操作
首先设置R/W为低电平，定义为写状态；然后通过DB4~DB7先写入待写入字节的高4位；接着通过DB4~DB7再写入低4位。
如果写入的是数据，则写满8位，则在DDRAM地址的位置显示该字符，并且DDRAM地址自动加1（注意每一行的最后一个字符的DDRAM地址变化）。另外，可以通过在RS=0的状态下，写入10000000或者11000000来选择是第一行或者第二行。因为DDRAM地址为0x40时正好是第二行第一个字符。
（3）LCD模块的读操作
读操作同写操作，设置R/W为高电平，先通过DB4~7读取DDRAM地址所在字符值的高4位，接着通过DB4~DB7再读取低4位。
另外，写和读的内容格式都是ascii码。
五、实验步骤
（1）硬件设计
本实验的主要框架如图1-5所示。

图1-5 系统框架图

（2）软件设计
系统主程序流程图如图1-6所示。
开始
调用初始化子程序
设定显示字符
调用写数据指令子程序
调用延时子程序
结束

图1-6 系统主程序流程图

初始化流程图如图1-7所示。

I/O端口设置
对D口清零
调用延时等待LCD忙碌结束
LCD功能设置为4位数据传送模式
调用写指令程序

打开LCD屏调用写指令程序
设置起始显示地址
调用写指令程序

返回

图1-7 初始化流程图
写数据子程序流程图如图1-8所示。
将要写的数据的高字节从RD3~RD0输出
写数据使能
将要写的数据的低字节从RD3~RD0输出

写数据使能
调用延时子程序
返回

图1-8 写数据子程序流程图
写指令子程序流程图如图1-9所示。
将要写的指令的高字节从RD3~RD0输出
写指令使能
将要写的指令的低字节从RD3~RD0输出

写指令使能
调用延时子程序
返回

图1-9 写指令子程序流程图

实验二 LCD液晶显示的应用（二）
一 实验目的
1. 熟练掌握LCD的设置及使用，学会不同的设置方式。
2. 学会在LCD液晶显示屏上显示字符串。
二 实验所用仪表及设备
硬件：PC机一台，在线仿真调试器MPLAB ICD2，PICDEM2目标实验板。
软件：MPLAB IDE集成开发软件
三 实验内容
通过编程用PICDEM2目标实验板上的LCD显示字符串“WELCOM IN”。
四 实验步骤
程序流程图如图2-1所示。

开始
调用初始化子程序
调用显示字符串
子程序
结束
调用发送指令子程序

图2-1 程序流程图

实验三 LCD液晶显示的应用（三）
一 实验目的
1. 熟练掌握LCD的显示原理及应用。
2. 熟练掌握在LCD液晶显示屏上显示字符串。
二 实验所用仪表及设备
硬件：PC机一台，在线仿真调试器MPLAB ICD2，PICDEM2目标实验板。
软件：MPLAB IDE集成开发软件
三 实验内容
通过编程用PICDEM2目标实验板上的LCD显示字符串“24:00”。
四 实验步骤
程序流程图如图3-1所示。

开始
调用初始化子程序
调用显示字符串
子程序
结束
调用发送指令子程序

图3-1 程序流程图

实验四 温度传感器的应用
一 实验目的
1. 熟悉智能温度传感器TC74的工作原理及应用方法。
2. 学习I2C总线串行数据的传送原理。
二 实验所用仪表及设备
硬件：PC机一台，在线仿真调试器MPLAB ICD2，PICDEM2目标实验板。
软件：MPLAB IDE集成开发软件
三 实验内容
用PICDEM2目标实验板实现读串行温度传感器TC74，并用连接在PORTB端口的LED灯显示。
四 实验原理
1. TC74 简介
TC74是美国国家半导体公司推出的一种新型智能温度传感器，与传统的温度传感器相比，它内部采用了高性能的A/D转换器，因此具有抗干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。TC74的特性叙述如下：
（1）采用SMBus/I2C串行接口；
（2）测温范围为-40～+125℃；
（3）8位二进制数据，分辨率为1℃；
（4）低功耗模式，可将电源消耗降到 200uA以下；
（5）工作电源为2.7～5.5 V；
（6）TC74采用 SOT-23型 5脚贴片式封装和 5脚的直插型TO-220封装。其引脚功能如表4-1所示，工作方式如图4-1所示。

表4-1 TC74引脚功能表

图4-1 TC74的工作方式

温度与二进制数值的转化如表4-2所示。

表4-2 温度与二进制数值的转化表

2. I2C总线串行数据的传送原理
I2C总线是一种二线制串行传输总线，由时钟线（SCL）和数据线（SDA）两根线组成。时钟线用于产生时钟节拍信号，数据线用于读写数据。它具有占用口少、控制方式简单、信号传输速度快、配套功能芯片种类多等优点。在总线上必须有一主控器（如PIC单片机等）和一个或多个受控器（如TC74等），其总线的传输过程是：
（1）主控者发出开始信号。
（2）主控者接着传送一字节的受控者地址信息，其中最低位为读写控制码。“1”为读，即主控者接受受控者发来的数据；“0”为写，即主控者发送数据到受控者。高七位为受控者器件地址码。（TC74的默认地址码为1001101，且温度寄存器地址码为00H）
（3）受控者发出认可信号。
（4）发送者开始发送信号，每发完一字节后接受者发送认可信号给发送者。
（5）主控者发出停止信号。

TC74总线数据传送格式如图4-2所示。

图4-2 TC74总线数据传送格式
数据信号SDA是在时钟信号SCLK为低电平时发出的。当SCLK为高电平而SDA由高变低时产生启动信号；当SCLK为高电平而SDA由低变高时产生停止信号。因此在传输数据期间，当SCLK为高电平时，数据信号SDA必须保持稳定。
五 实验步骤
程序流程图如图4-3所示。
开始
发送开始信号
发送受控者地址码（读写状态为写）
发送所读数据的首地址
重启
发送受控者地址码（读写状态为读）
读出一字节数据
发送认可信号
调用延时子程序
等待读数据完毕
循环读取温度
送PORTB口显示
初始化
结束
发出认可信号
发出认可信号
发出认可信号
发出认可信号
发出认可信号

图4-3 程序流程图
初始化子程序流程图如图4-4所示。
总线接口模块
初始化子程序
设置I/O端口
设定波特率
设定总线电平规范
关闭转换率控制
设定总线接口为主控方式
使能总线接口
返回

图4-4 初始化子程序流程图

实验五 I2C总线数据存储器的扩展
——24LC256B数据存储器芯片
一 实验目的
1. 学习数据存储器的存储和读写原理。
2. 学会使用I2C串行总线扩展数据存储器，并对其进行读写操作。

二 实验所用仪表及设备
硬件：PC机一台，在线仿真调试器MPLAB ICD2，PICDEM2目标实验板。
软件：MPLAB IDE集成开发软件

三 实验内容
用PICDEM2目标实验板实现读写数据存储器24LC256B，并用连接在PORTB端口的LED灯显示。

四 实验原理
24LC256B是容量为32K×8bit的具有I2C总线接口的EEPROM，其中工作电压为1.8V~5.5V，适用于低工作电压条件，功耗小，宽电压电源，工作电流约为3mA。
24LC256B引脚图如图5-1所示，其引脚功能和参数分别如表5-1、表5-2所示，

图5-1 24LC256B引脚图

表5-1 24LC256B引脚功能表

表5-2 24LC256B参数表

由于I2C总线可挂接多个串行接口器件，每个器件有唯一的地址，寻址地址由器件地址和器件（芯片）的片内地址组成。
按照总线规则，器件地址为七位数据，它和一位方向数据构成一个器件寻址字节，最低位为方向位（读／写）。器件寻址字节中高４位为器件型号地址，不同的I2C总线接口器件的型号地址是厂家给定的，如24LC256B的型号地址为1010，器件的低三位为引脚地址Ａ2、Ａ1、Ａ0，在硬件设计中由连接的引脚电平给定。
　　对于容量小于256字节的EEPROM芯片，则只需用８位进行片内寻址；对于容量大于256字节的EEPROM芯片，若用８位进行片内寻址是不够的，如24LC256B，相应的寻址位数为15位。如图5-2所示。

图5-2 寻址格式图

对24LC256B进行写操作的数据格式如图5-3所示。

图5-3 写操作的数据格式

对24LC256B进行读操作的数据格式如图5-4所示。

图5-4读操作的数据格式
五 实验步骤
PICDEM2目标实验板上的单片机PIC16F877A利用I2C总线模式的接口模块MSSP，与具有I2C总线接口的24LC256B EEPROM进行通信时，只需要让模块处于主控模式即可。
在软件设计中，将一字节数据45H写入到EEPROM存储器0067Ｈ单元内，然后从该存储单元读取出来，并且送到PORTB口用LED灯显示。
在程序设计中，将总线初始化、总线的读操作、总线的写操作、10毫秒延时、从器件的应答信号检测、开始信号、结束信号都设计成子模块。
程序流程图如图5-5所示。
主程序
调用初始化子程序
数据读取变量清零
将45H送入变量
调用写子程序流程图
调用延时子程序
调用读子程序
原地循环

图5-5 程序流程图

初始化子程序流程图如图5-6所示。
总线接口模块
初始化子程序
设置I/O端口
设定波特率
设定总线电平规范
关闭转换率控制
设定总线接口为主控方式，使能总线接口
返回

图5-6 初始化子程序流程图

写子程序流程图如图5-7所示。
写子程序
建立启动信号程序
启动信号完成否？
发送地址码、写控制位
应答子程序
发送写单元高8位地址
应答信号子程序
发送写单元低8位地址
应答信号子程序
发送数据
应答信号子程序
调用停止子程序
返回

图5-7 写子程序流程图

建立启动信号程序
读子程序流程图如图5-8所示。
启动信号完成否？
读子程序
Ｂ
Ｂ
建立重启动信号程序
启动信号完成否？
发送地址码、读控制位
应答子程序
字节接受送RB口
发送非应答信号
调用停止子程序
返回
发送地址码、写控制位
应答子程序
发送写单元高８位地址
应答信号子程序
发送写单元低８位地址
应答信号子程序

图5-8 读子程序流程图
实验结果如图5-9所示。

图5-9 实验结果图
实验六　用LCD显示温度值
一 实验目的
1. 熟悉单片机测温系统的原理。
2. 设计和实现一个温度测量LCD显示系统。
二 实验所用仪表及设备
硬件：PC机一台，在线仿真调试器MPLAB ICD2，PICDEM2目标实验板。
软件：MPLAB IDE集成开发软件
三 实验内容
用PICDEM2目标实验板设计和实现一个温度测量LCD显示系统，用TC74A5温度传感器测量室内温度，并用LCD液晶显示屏显示所测的温度值。
四 实验步骤
程序流程图如图6-1所示。
主程序
初始化子程序
调用读温度子程序
调用显示TEMPARATURE子程序
调用LCD子程序
结束

图6-1 程序流程图

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