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1、 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
2、 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
3、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。
4、 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
5、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PIC16F877
6、A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，
7、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
8、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
9、 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
10、 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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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4
22、5H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
23、 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
24、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 23
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