基于压力式的水位采集仪论文05369

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1、南 昌 工 程 学 院毕 业 设 计 (论 文)机械与电气工程 学院 07自动化 专业毕业设计（论文）题目： 基于压力式的水位采集仪（硬件设计） 学 生 姓 名： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 基于压力式的水位采集仪(硬件设计)The water collection device based on pressure type（Hardware design）总计毕业设计（论文） 52 页表 格 35 幅插 图 31 幅摘要本设计是结合单片机与传感器技术的综合应用。它是基于压力式的水位采集仪的设计，由七个电路模块构成，分别为信号处理与放大电路模块、直流稳压电源模块、模

2、拟信号转化数字信号（A/D）模块、液晶显示模块、按键电路模块、RS485通信电路模块、单片机处理模块。它利用高精度的12位并行A/D芯片对其信号采集，经单片机处理后通过液晶显示器显示水位高度和此刻的时间，利用六个按键可设定水位预置和时间初始值，和利用串行通信接口标准RS485可远程通信，便于控制室人员对其水位高度的控制。实际上，这装置对道桥、水库等处的水位测量和控制是非常有必要的 。关键词：单片机处理 信号采集 液晶显示 串行通信AbstractThis design is a integrated application about combining SCM with sensor tec

3、hnology. It is a design of collecting instrument based on the water pressure type, and makes up of seven circuit modules, respectively signal processing and amplifying circuit module, DC module, analog signal into digital signal (A/D) module, LCD module, buttons circuit module, RS485 communication c

4、ircuit module, SCM processing module. It uses high precision 12 parallel A/D chip to acquire the signal, after SCM processing through liquid crystal display displays the height of water level and time of the moment, using six buttons can set preset and initial value of the height and the time, by se

5、rial communication interface standards RS485 completes remote communication, facilitating the personnel in control room to control the height of water level. In fact, this device is very necessary to water level of measuring and control on bridge, reservoirs and other places. Keywords: SCM processin

6、g ; signal acquisition ; LCD display ; serial communication 目 录摘要Abstract第一章 引言1第二章 总体设计22.1 总体设计规划22.2 研制过程和其它说明3第三章 各芯片的概述43.1 8051单片机和AT89C51单片机的概述43.2 MAX197的概述93.3 LCD12864的概述123.4 芯片MAX485和RS485通信的概述24第四章 硬件设计304.1 信号处理与放大电路模块设计304.2 直流稳压电源模块设计314.3 模拟信号转化数字信号（A/D）模块设计324.4 液晶显示模块设计334.5 按键电路的

7、设计334.6 RS485通信电路模块设计344.7 单片机处理模块的设计36第五章 制作与调试375.1 硬件电路的布线与焊接375.2 硬件电路的调试38第六章 软件设计396.1 总的程序设计规划396.2 时间和按键处理子程序设计406.3 液晶显示子程序设计426.4 程序的软件调试和烧录44结论46参考文献47致 谢48附录一 程序49附录二 整体电路图62南昌工程学院本科毕业设计（论文）第一章 引言电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。从第一代电子产品以电子管为核心到现在的大规模集成电路，在短短

8、五十多年的发展历史中，为人类便利的生活和生产提供了不可或缺和不可磨灭的作用。如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么可编程控制器的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。压力是生产过程控制中的重要参数，许多生产过程（尤其是化工炼油等生产过程都是在一定的压力条件下进行的，例如，高压容器的压力不能超过规定值，某些减压装置则要求在低于大气压的真空下进行；在某些生产过程中，压力的大小还直接影响产品的产量与质量。此外，压力检测的意义还在于，其它一些过程参数如温度、流量、液位等往往要通过压力来间接测量，所以压力的检测是生产过程自动化中与具有特殊的地位。而针对水位的高度实时测量与

9、控制，往往需通过压力传感来进行检测与控制来间接地测量。利用单片机对压力进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。用单片机对压力进行实时检测和控制，以解决工业及日常生活中对压力的及时自动控制问题。用液晶显示实际压力值和时间，方便人工监视。用键盘输人压力控制范围值，便于在不同应用场所设置不同压力范围值。当实际压力值不在该范围时，系统能自动调节压力，以保持设定的压力基本不变，即水位高度不变，达到自动控制的目的。本设计用单片机对水位进行实时检测，便于后面的水位控制，用液晶显示实际压力值和时间，用按键调整时钟和水位高度，系统的水位最小区分度为0.1mm。本电路的设计包括放

10、大电路模块、键盘控制模块、A/D模块、LCD显示模块、RS485通信模块、电源模块、单片机处理模块。由于单片机技术在各领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生厂家相继推出了各种类型的单片机。在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。目前可用于MCS-51系列单片机开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善，因此，可以极方便的利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。我所采用的控制芯片为AT89C51，此芯片功能强大，能够满足设

11、计。3第二章 总体设计2.1 总体设计规划本电路的设计包括压力传感器模块、信号处理与放大电路、A/D转换模块、按键控制模块、LCD显示模块、RS485通信模块、电源模块、单片机处理模块，又传感器采集数据，由仪表放大电路对采集的信号进行处理，然后经A/D转换变为数字信号输送给单片机进行处理并在LCD上显示并显示此刻的时间，而且可以远程通信。系统总体结构框图如图2.1所示。图2.1 系统总体结构框图本课题设计水位高度和时间显示可以完成如下功能： 使用点阵式LCD显示器来显示水位高度和当时的时间，显示格式分别为“XXX.X mm”和“XX:XX:XX”。例如，08:12:45的时刻水位高度为212.

12、3mm 。 具有6个小按键操作来设置水位高度预值和时间调整。通过按“设置”键表示需按键处理，然后通过按“+” 、“-”可从数0开始一直调到9中的任意数字，通过按“左移” 、“右移”键确定哪位的设定，最后通过按“确定”键表示按键处理完毕。 利用RS485可以远程通信，其既作驱动器用，将信息传给计算机，又可作接收器用，从计算机获取控制命令。2.2 研制过程和其它说明1.系统设计通过查阅资料和书籍，结合自身的电路知识来设计。2.画电路原理图利用protel99se和Proteus将设计的原理图画出，为制作PCB提供依据。3.硬件焊接考虑PCB板刻录需仪器，我们自己手工焊接，取得印制电路板后，把器件按

13、图正确的焊接在PCB板上。4.单片机程序的编写了解AT89C51的内部资源，利用汇编语言进行编程。5.程序的调试和烧录先在Keil-C51仿真软件仿真，然后将程序烧录进AT89C51进行系统电路的调试。系统分为硬件部分和软件部分。本论文以硬件部分为主，软件部分为辅。5第三章 各芯片的概述3.1 8051单片机和AT89C51单片机的概述3.1.1 8051单片机的组成结构1） 8051单片机的引脚结构常见的8051单片机芯片一般为PDID封装（一种芯片封装模式），这种芯片上共有40个引脚，各个引脚的名称如图3.1所示。图3.1 8051单片机的引脚结构2） 8051单片机的内部结构8051单片

14、机的内部结构包含中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大模块，同时还包含数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，如图3.2所示。图3.2 8051单片机的内部结构1、中央处理器中央处理器是整个8051单片机的核心部件，它是8位数据宽度的处理器，即能够一次处理8位（以下均指二进制位）的数据或代码。中央处理器负责控制、指挥和调度整个单片机系统，使各部分器件协调工作，并完成一些运算功能。在中央处理器内部含有很多寄存器，这些寄存器拥有非常高的读写速度，这些寄存器用于缓存一些状态变量或计算机的中间变量，在寄存器之间的数据传送速度非常快。2、数据存储器8051单

15、片机的内部还有一个容量为256字节的片内数据存储器。其中有128个字节作为特殊功能寄存器，这些寄存器与单片机的各部件直接相关：其余128个字节的空间可用于存放用户数据，或一些计算时的中间变量。当8051单片机的片内数据存储器的容量无法满足开发要求时，还可通过引脚外接容量为64KB的片内数据存储器。3、程序存储器(ROM)8051单片机的芯片内部设置了4KB的片内程序存储器，用于存放指令程序及一些原始数据。与数据存储器相同，8051单片机也可以通过引脚外接片外程序存储器。4、定时/计数器8051单机中有两个16位的可编程定时/计数器，它们可用来实现定时或计数功能。5、并行输入输出（I/O）口8位

16、并行传输是指利用8条线路同时传送每个字节信号的8个二进制位（一个字节等于8个二进制位）。8051单片机中，共有4个8位并行I/O接口，分别是P0口（引脚P0.0P0.7）、P1口（引脚P1.0P1.7）、P2口（引脚P2.0P2.7）、P3口（引脚P3.0P3.7）。这些I/O接口用于单片机与外部电路的数据传送。6、全双工串行口串行输出是指用一条线路逐位的传送每个字节信号的各个二进制位，全双工串行传输是指用两条串行线路来实现同时双向地传输数据，即A向B发送信息的同时，B也可以向A发送信息。8051单片机内置一个全双工串行通信口，用于与其他设备间的串行数据传送。7、时钟电路8051内置了一个时钟

17、电路，其最高频率可达12MHz。时钟电路用于产生单片机运行所需的脉冲时序。8051单片机的时钟电路正常工作，需要通过引脚外接振荡电容。8051单片机也可以通过引脚直接外接时钟电路。3.1.2 AT89C51的结构和性能AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含4KB的可反复擦写的程序存储器和128B的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。1） 主要性能参数l 与MCS

18、-51产品指令系统完全兼容l 4KB可反复擦写Flash闪速存储器l 1000次擦写周期l 时钟频率范围：0Hz24MHzl 3级加密程序存储器l 128*8B内部RAMl 32个可编程I/O接口线l 2个16位定时/计数器l 5个中断源l 可编程串行UART通道l 低功耗空闲和掉电模式2） 功能特性概述AT89C51提供以下标准功能：4KB的Flash闪速存储器，128B内部RAM,32个I/O接口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU

19、的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。3） 引脚功能如图3.3所示AT89C51芯片引脚图7图3.3 AT89C51芯片引脚图VCC：供电电压。GND：接地。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

20、然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR中8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此

21、间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可

22、用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位

23、地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表3.1所示： P3.0RXD（串行输入口） P3.1TXD（串行输出口） P3.2/INT0（外部中断0） P3.3/INT1（外部中断1） P3.4T0（记时器0外部输入） P3.5T1（记时器1外部输入） P3.6/WR（外部数据存储器写选通） P3.7/R

24、D（外部数据存储器读选通）表3.1 P3口功能94）极限参数l 工作温度：-55+125l 储藏温度：-65+15l 任一引脚对地电压：-1.0V+7.0Vl 最高工作电压：6.6Vl 直流输出电流：15.0mA3.2 MAX197的概述 MAX197是Maxim公司推出的具有12位测量精度的高速A/D转换芯片，只需单一电源供电，且转换时间很短(6ms)，具有8路输入通道，还提供了标准的并行接口8位三态数据I/O口，可以和大部分单片机直接接口，使用十分方便。3.2.1 Max197芯片相应的功能 CLK：时钟输入，在外部时钟模式下，输入与TTL/MOS相匹配的始终脉冲，在内部时钟模式下，从这个

25、引脚接一个电容CCLK至地，设置内部时钟频率；当CCLK=10pF时，CLK典型值为1.56MHz。CS：片选脚，低电平有效。WR：当CS为低电平时，在内部采集模式，WR的上升沿将锁住数据，并发出一个采集脉冲。当CS为低电平时，在外部采集模式下，WR的第一个上升沿启动一次采集，WR的第二个上升沿结束采集并开始一次转换。RD：如果CS为低电平，RD的下降沿将实现数据总线上的一次读操作。HBEN:输入脚，控制数据总线复用，以得到12位转换结果，当HBEN为高电平时，数据总线上输出高4位数据；当SHDN为低电平时，器件进入掉电工作状态。D7D4：三态数据I/O口。D3/D11D0/D8：三态数据I/

26、O口。当HBEN=0时，输出为D3D0的数据，当HBEN=1时，输出为D11D8数据。AGND:模拟地。CH0CH7为八路模拟输入通道。INT:中断输出脚，当转换完毕，输出数据准备就绪，INT变为低电平。REFADJ：为带隙电压基准输出/外部调节引脚，可连接一个0.01uF电容旁路至地。当在REF脚上采用外部基准电压时，此管脚连到VDD上。REF：缓冲器基准电压输出/ADC基准电压输入。在内部基准电压模式下，基准缓冲器提供4.096V的标准输出电压。可在REFADJ脚微调，在外部基准电压模式下，通过把REFADJ接至VDD使内部缓冲器无效。VDD：+5V电源，通过0.1uF电容旁路至地。DGN

27、D：数字地。3.2.2 MAX197的控制字MAX197的控制字格式如表3.2所示D7D6D5D4D3D2D1D0PD1PD0ACQMODRNGBIPA2A1A0表3.2 MAX197的控制字格式表中的各个控制位如下：1）PD1、PD0：选择时钟和低功耗模式，其设置如表3.3所示PD1PD0说明00正常工作，外部时钟模式01正常工作，内部时钟模式10后备低功耗模式，不影响时钟模式11低功耗模式，不影响时钟模式表3.3 PD1、PD0位设置MAX197可以以内部或外部时钟模式工作。控制字节的D6，D7位选择内部或外部时钟模式。一旦选择了所要求的时钟模式，改变这些位编程选择低功耗模式时，不会影响时

28、钟模式。刚上电时，选择外部时钟模式。内部时钟模式设置控制字节的D7位为0，D6位为1可以选择这种模式。在CLK脚和地之间接一个100pf的电容，可产生1.56MHz频率。外部时钟模式设置控制字节的D7位为0,D6位=0选择外部时钟模式。一般情况，要求100KHz2MHz的外部时钟具有45%55%的占空比。当工作时钟频率低于100KHz时，在保持电容上将产生一个电压降导致性能降低。2）ACQMOD：0为内部控制采集，1为外部控制采集。通过写控制字节的ACQMOD位为0，选择内部采集方式。此方式产生一个脉冲初始化采集间隔，这个时间是内部定时的。当六个时钟周期采集间隔结束时，转换开始。通过写控制字节

29、的ACQMOD位为1.选择外部采集方式。外部采集方式可以更精确的控制采样间隔和转换。在这种方式下，用户通过2个写脉冲控制采集和启动转换。在第一个写脉冲中，要使ACQMOD位=1，它将启动一次采集开始。在第二次写脉冲中要使ACQMOD位=0，在WR的上升沿开始转换并结束采集。在发第一个第二个写脉冲时，多路输入通道的地址11位值必须一样。在第二个写脉冲中低功耗模式位（PD0，PD1）可以设一个新值。3）RNG,BIP:RNG位是选择输入端的满量程电压范围，BIP位选择单极性式和双极性转换模式，这两位设置如表3.4所示。BIPRNG输入范围（v）00050101010+-511+-10表3.4 BI

30、P设置4）A2，A1，A0：用于选择多路输入、输出的地址，如表3.5所示A2A1A0CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7000-001-010-011-100-101-110-111-表3.5 多输入多输出设置3.2.3数据的读取在单极性方式下，输出数据格式为二进制数；在双极性方式下，其格式为补码形式的二进制数，在读输出数据时，CS和RD必须为低电平。器件输出的数据一共是12位，当HBEN为低电平时，读低8位；当HBEN为高电平时，读取较高的4个MSB位，输出数据的D4D7位。数据的读取格式如表3.6所示。数据位HBEN=0HBEN=1D0B0(LSB)B8D1B1B9D2B2B1

31、0D3B3B11(MSB)D4B4B11D5B5B11D6B6B11D7B7B11表3.6 数据读取格式3.3 LCD12864的概述3.3.1 HS12864-15芯片 HS12864-15芯片是LCD12864实际产品中的一种，本文通过该芯片来介绍LCD12864。 HS12864-15系列中文图形液晶模块的特性主要由其控制器 ST7920决定。 ST7920 同时作为控制器和驱动器，它可提供 33 路 com 输出和 64 路 seg 输出。 在驱动器 ST7921 的配合下，最多可以驱动 25632 点阵液晶。1）HS12864-15 系列产品硬件特性如下：提供 8 位，4 位并行接口

32、及串行接口可选并行接口适配 M6800 时序自动电源启动复位功能内部自建振荡源6416 位字符显示 RAM（DDRAM 最多 16 字符4 行，LCD 显示范围 162 行）2M 位中文字型 ROM（CGROM），总共提供 8192 个中文字型（1616 点阵） 16K 位半宽字型 ROM(HCGROM)，总共提供 126 个西文字型（168 点阵）6416 位字符产生 RAM（CGRAM）2）HS12864-15 系列产品软件特性如下：文字与图形混合显示功能13画 面 清 除 功 能光 标 归 位 功 能显示开/关功能光标显示/隐藏功能显示字体闪烁功能光标移位功能功能显示移位功能垂直画面旋转

33、功能反白显示功能休眠模式3.3.2 HS12864-15 系列产品的引脚功能HS12864-15 系列产品的引脚功能如下表所示:名称引脚型态功能描述并口串口VCC2I模块电源输入（未注明为 5V）GND1I电源地V03I对比度调节端VEE18I液晶驱动电压输出端(或名 Vout)PSB15I并口/串口选择：H 并口;L 串口*RST17I复位信号，低有效RS(CS)4I寄存器选择端： H 数据;L 指令片选，低有效R/W(SID)5I读/写选择端：H 读;L 写串行数据线E(SCLK)6I使能信号串行时钟输入DB0-DB37-10I/O数据总线低四位空接DB4-DB711-14I/O数据总线高

34、四位，4 位并口时空接空接LEDA20I背光正（或名 A、BLA）LEDK19I背光负 (或名 K、BLK)表 3.7 HS12864-15 系列产品的引脚功能3.3.3 HS12864-15 系列产品的原理原理简图3.4所示。图3.4 HS12864-15 系列产品的原理3.3.4 ST7920内部硬说明1）中文字型产生 ROM（CGROM）及半宽字型 ROM(HCGROM)ST7920 的字型产生 ROM 通过 8192 个 1616 点阵的中文字型，以及 126 个16 8 点阵的西文字符，它用 2 个字节来提供编码选择，将要显示的字符的编码 写到 DDRAM 上，硬件将依照编码自动从

35、CGROM 中选择将要显示的字型显示再屏幕上。2）字型发生RAM(CGRAM)ST7920 的字型产生 RAM 提供用户自定义字符生成（造字）功能，可提供 4 组 1616 点阵的空间，用户可以将 CGROM 中没有的字符定义到 CGRAM 中。3）显示 RAM(DDRAM)显示 RAM 提供 642 字节的空间，最多可以控制 4 行 16 字的中文字型显示。 当写入显示资料 RAM 时，可以分别显示 CGROM，HCGROM 及 CGRAM 的字型。三种字型的选择：1) 显示半宽字型将一个字节的编码写入 DDRAM 中，范围是 027FH2) 显示 CGRAM 字型将 2 个字节的编码写入

36、DDRAM 中，共有 0000H，0002H,0004H 及 0006H 四种编码3) 显示中文字型将 2 字节的编码写入 DDRAM 中，先写高 8 位，后写低 8 位范围是 A140HD75FH(BIG5),A1A0HF7FFH(GB)4）绘图 RAM提供 6432 个字节的空间（由扩充指令设定绘图 RAM 地址），最多可以控制25664 点阵的二维绘图缓冲空间，在更改绘图 RAM 是，由扩充指令设置 GDRAM 地址先垂直地址后水平地址（连续 2 个字节的数据来定义垂直和水平地址），再2 个字节的数据给绘图 RAM（先高 8 位后低 8 位）。25图3.5 RAM 图5） DDRAM 内

37、容、CGRAM 地址以及 CGRAM 内容的对照关系DDRAM 内容、CGRAM 地址以及 CGRAM 内容的对照关系如表3.8。表3.8 DDRAM 内容、CGRAM 地址以及 CGRAM 内容的对照关系6） CGRAM 与中文字型的编码只能出现在 adress counter 的起始位置（见下表）表3.9 CGRAM 与中文字型的编码7） 168 半宽字型表表3.10 168 半宽字型表3.3.5 时序1）8 位并口写操作时序图图3.6 8 位并口写操作时序图2）8 位并口读操作时序图图3.7 8 位并口读操作时序图3）4 位并口时序图图图3.8 4 位并口时序图图4）4位串口时序图图3.

38、9 4位串口时序图5）外部复位时序图图3.10 外部复位时序图3.3.6 指令说明1）指令表 1（RE=0,基本指令集）指 令 名 控制信号控制代码执行 时间RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除显示00000000011.6 ms地址归 0000000001X72us进入设定点00000001I/DS72us显示开关设置0000001DCB72us移位控制000001S/CR/LXX72us功能设定00001DLX0/REXX72us设定 CGRAM 地址0001A5A4A3A2A1A072us设定 DDRAM 地址0010A5A4A3A2A1A072us读忙标志和地址01BFA6A

39、5A4A3A2A1A072us写显示数据10显示数据72us读显示数据11显示数据72us2）指令表 2（RE=1,扩充指令集）指 令 名 称控制信号控制代码执行 时间RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0待命模式000000000172us卷动地址或 RAM 地址选择000000001SR72us反白显示00000001R1R072us睡眠模式0000001SLXX72us扩充功能设定00001DLX1/REG072us设定绘图 RAM 地址001000A3A2A1A072usA6A5A4A3A2A1A0备注：当 ST7920 在接受指令前，MCU 必须先确认 ST7920 处于非忙状态

40、。即读取 BF0，才 能接受新的指令；如果在送出一条指令前不检查 BF 状态，则需要延时一段时间，以确保上 一条指令执行完毕，具体指令执行时间参照指令表。“RE”是基本指令集与扩充指令集的选择控制位，当变更 “RE”的状态后，以后的指 令维持在最后的状态。除非再次变更“RE”的状态，否则使用相同的指令集时，不需要重新 设置“RE”。3）基本指令详细说明表a.清除显示（CLEAR） 00000001格 式将 DDRAM 填满“20H”（空格）代码，并且设定 DDRAM 的地址计数器（AC）为00H；更新设置进入设定点将 I/D 设为 1，游标右移 AC 加 1。b.地址归 0（HOME）0000

41、001X格 式设定 DDRAM 的地址寄存器为 00H，并且将游标移到开头原点位置；这个指 令并不改变 DDRAM 的内容。c.进入设定点（ENTRY MODE SET）初始值：06H000001I/DS格 式指定在显示数据的读取与写入时，设定游标的移动方向及指定显示的移位 I/D1，游标右移，DDRAM 地址计数器（AC）加 1；I/D0，游标左移，DDRAM 地址计数器（AC）减 1。d.显示画面整体位移如下表SI/D功能描述HH画面整体左移HL画面整体右移表3.13e.显示开关设置（DISPLAY STATUS）初始值：08H00001DCB格 式 控制整体显示开关，游标开关，游标位置显

42、示反白开关 D=1,整体显示开；D=0，整体显示关，但是不改变 DDRAM 内容 C=1,游标显 示开；C=0，游标显示关 B=1,游标位置显示反白开，将游标所在地址上的内 容反白显示；B=0，正常显示。f.游标或显示移位控制(CURSOR AND DISPLAY SHIFT CONTORL)初始值：0001 XXXX B （X0,1）0001S/CR/LXX格 式这条指令不改变 DDRAM 的内容S/CR/L方向AC 的值LL游标向左移动AC=AC-1LH游标向右移动AC=AC+1HL显示向左移动，游标跟着移动AC=ACHH显示向右移动，游标跟着移动AC=AC表3.14g.功能设定(FUNC

43、TION SET)初始值：0011 X0XX B (X=0,1)001DLX0/REXX格 式DL:8/4 位接口控制位DL=1,8 位 MPU 接口；DL=1,4 位 MPU 接口 RE：指令集选择控制位RE1，扩充指令集；RE0，基本指令集同一指令的动作不能同时改变 DL 和 RE，需先改变 DL 再改变 RE 才能确 保设置正确h.设定 CGRAM地址 01A5A4A3A2A1A0格 式设定 CGRAM 地址到地址计数器（AC），AC 范围为 00H3FH 需确认扩充指令 中 SR0（卷动位置或 RAM 地址选择）i.设定 DDRAM地址 10A5A4A3A2A1A0格 式设定 DDRA

44、M 地址到地址计数器（AC） 第一行 AC 范围80H8FH第二行 AC 范围90H9FH备注：ST7920 控制器的 12864 点阵液晶其实原理上等同 25632 点阵，第三行对应的 DDRAM 地址紧接第一行；第四行对应的 DDRAM 地址紧接第二行。 用户在使用行反白功能时，如果第一行反白，第三行必然反白。第二行反白，第四行必然反白。这是正常现象。j.读取忙标志和地址(RS=0,R/W=1)BFA6A5A4A3A2A1A0格 式 读取忙标志以确定内部动作是否完成，同时可以读出地址计数器（AC）值k. 写显示数据到 RAM(RS=1,R/W=0)D7D6D5D4D3D2D1D0格 式 当

45、显示数据写入后会使 AC 改变，每个 RAM（CGRAM，DDRAM）地址都可以连 续写入 2 个字节的显示数据，当写入第二个字节时，地址计数器（AC）的值自动 加一。l. 读取显示 RAM 数据（RS1，R/W1） D7D6D5D4D3D2D1D0格 式读取后会使 AC 改变设定 RAM（CGRAM，DDRAM）地址后，先要 Dummy read 一次后才能读取到正确的显示数据，第二次读取不需要 Dummy read，除非重新设置了 RAM 地址4）扩充指令详细说明表00000001a.待命模式进入待命模式，执行如何其它指令都可以结束待命模式；该指令不能改变 RAM 的内容。b.卷动位置或者

46、 RAM 地址选择初始值：02H0000001SR格式当 SR1 时，允许输入垂直卷动地址；当 SR0 时，允许设定 CGRAM 地址（基本指令）。0000010R0c.反白显示 初始值：04H格式选择 2 行中的任意一行作反白显示，并可决定反白与否。R0 初始值为 0，第 一次执行时为反白显示，再次执行时为正常显示通过 R0 选择要作反白处理的行： R0=0 第一行，R0=1 第二行说明：参考基本指令详细说明中的 DDRAM 地址说明12864 点阵的液晶执行反白功能时实用意义不大，因为一三行连在一起， 二四行连在一起，用户对第一行执行反白显示操作时，第三行必然也反白显示。d.睡眠模式 初始

47、值：0000 10XXB(X=0，1)00001SL00格式SL1，脱离睡眠模式 SL0，进入睡眠模式e.扩充功能设定初始值：001 DL X100 B (DL=1,8BIT 并口;DL=0,4BIT 并口X=0，1)001DLXREGX格式DL：8/4 位接口控制位DL=1,8 位 MPU 接口；DL=1,4 位 MPU 接口 RE：指令集选择控制位RE1，扩充指令集；RE0，基本指令集 G：绘图显示控制位G1，绘图显示开；G0，绘图显示关同一指令的动作不能同时改变 RE 及 DL、G，需先改变 DL 或 G 再改变 RE 才 能确保设置正确1000A3A2A1A0A6A5A4A3A2A1A

48、0f.设定绘图 RAM地址 格式设定 GDRAM 地址到地址计数器（AC），先设置垂直位置再设置水平位置（连续写入 2 字节数据来完成垂直与水平坐标的设置）。 垂直地址范围:AC6AC0水平地址范围:AC3AC03.3.7 初始化流程和屏幕与 DDRAM 地址的对应关系图3.11 初始化流程第 1 字第 2 字第 7 字第 8 字第一行80H81H86H87H第二行90H91H96H97H第三行88H89H8EH8FH第四行98H99H9EH9FH表3.15 屏幕与 DDRAM 地址的对应关系3.4芯片MAX485和RS485通信的概述 MAX485是用于通信的低功耗收发器，每个器件中都具有一

49、个驱动器和一个接收器。3.4.1 芯片MAX485的概述1） 引脚排列、引脚说明和典型工作电路 MAX481/MAX483/MAX485的引脚排列和典型工作电路分别如图3.12所示：图3.122）引脚说明如下表3.16所示：MAX481/MAX483/MAX485引脚 名称 功能 1 RO接收器输出端。若A比B大200mV，RO为高，若A比B小200mV，RO为低 2 /RE接收器输出使能端。当/RE为低时，RO有效；当/RE为高时，RO为高阻状态 3 DE驱动器输出使能端。若DE为高，驱动输出A和B有效；若DE为低，它们成高阻状态，若驱动器输出有效，器件作为线驱动器用；若为高阻状态时，/RE

50、为低，器件作线接收器用。 4 DI驱动器输入端。DI为低，将迫使输出为低；若DI为高，将迫使输出为高。 5 GND地 6 A 同向接收器输入和同向驱动器输出端 7 B反向接收器输入和反向驱动器输出端 8 VCC正电源输入端：4.75V5.25V表3.16 MAX481/MAX483/MAX485引脚说明3） 总线驱动器芯片SN75176 常用的RS485总线驱动芯片有SN75174，SN75175，SN75176。SN75176芯片有一个发送器和一个接收器，非常适合作为RS485总线驱动芯片。SN75176及其逻辑下所示。图3.13 SN75176芯片及其逻辑关系3.4.2 RS485通信方式

51、在计算机网路以及分布式工业控制系统中，RS-232C、RS-422、RS-485既是物理层的协议标准，也是串行通信接口的电气标准，采用标准接口后，能很方便的把各种计算机、外部设备、测量仪器有机地连接起来，构成测量、控制系统。1977年，EIA制定了新的通信标准RS-449，它定义了在RS-232C通信中没有的10种电路功能，可以支持较高的输出速率以及较远的距离，提供平衡电路改进接口的电气特性，其中规定用37脚连接器RS423/422是RS-499标准的子集，RS-485则是RS-422的一个变形。RS-485标准是一种多发送器的电路标准，它扩展了RS-422A的性能，文本给出了RS-449应用

52、中对电缆、驱动器和接收器的要求，规定了双端电气接口形式，其标准是双端传送信号，把电位差转变成逻辑电平，实现终端的信息接收。采用RS-232C标准进行单项数据传输时，最大数据传输速率为20kbit/s，最大传送距离为15M。改用RS422标准时最大传输速率可达1Mbit/s，最大传送距离为300M，如果降低数据传输速率，可传送距离可达到1200米。同时，RS-485标准还允许双绞线上的一个发送器驱动32个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器。RS-485电路允许公用电话线通信，电路结构是在平衡连接电缆两端加有终端电阻，在平衡电缆上挂发送器、接收器、组合收发器，RS-485标准没37

53、有规定在何时控制发送器发送或接收器接收数据的规则，且电缆选择比RS422更严格。RS-485通信协议有其自身的特点：1）RS-485总线标准采用一对平衡差分信号线传送信号，工作于半双工方式，由于同一对信号线上在同一时间内只允许一个驱动器工作，因此在RS-485总线系统中的驱动器均通过使能端进行控制，使系统在同一时间只有一个发送者。2）RS485总线采用差分信号传输，能有效的抑制远距离传输中的噪声干扰。传输距离最多可达1.2km，传输速度也较快，最高可达10bit/s。通常，连线距离在1km时，扔可达到115.2kbit/s.RS-485可以实现多个负载的功能。用一对线便可连接多达32个传送或接

54、收的不同设备。3.4.3 RS485方式构成的多机通信原理在由单片机构成的多机串行通信系统中，一般采用主从式结构：从机不主动发送命令或数据，一切都由主机控制。并且在一个多机通信系统中，只有一台单机作为主机，各台从机之间不能相互通信，即使有信息交换也必须通过主机转发。采用RS485构成的多机通信原理框图，如图3.14所示。图3.14采用RS485构成的多机通信原理框图在总线末端接一个匹配电阻，吸收总线上的反射信号，保证正常传输信号干净、无毛刺。匹配电阻的取值应该与总线的特性阻抗相当。当总线上没有信号传输时，总线处于悬浮状态，容易受干扰信号的影响。将总线上差分信号的正端A+和+5电源间接一个10K

55、的电阻；正端A+和负端B-间接一个10K的电阻；负端B-和地间接一个10K的电阻，形成一个电阻网络。当总线上没有信号传输时，正端A+的电平大约为3.2V，负端B-的电平大约为1.6V，即使有干扰信号，却很难产生串行通信的起始信号0，从而增加了总线抗干扰的能力。3.4.4 RS485通信规则由于RS485通信是一种半双工通信，发送和接收共用同一物理信道。在任意时刻只允许一台单机处于发送状态。因此要求应答的单机必须在侦听到总线上呼叫信号已经发送完毕，并且没有其它单机发出应答信号的情况下，才能应答。半双工通信对主机和从机的发送和接收时序有严格的要求。如果在时序上配合不好，就会发生总线冲突，使整个系统的通信瘫痪，无法正常工作。要做到总线上的设备在时序上的严格配合，必须要遵从以下几项原则： 1) 复位时，主从机都应该处于接收状态。 SN75176芯片的发送和接收功能转换是由芯片的 RE*，DE端控制的。RE*=1，DE=1时，SN75176发送状态；RE*=0，DE=0时