基于STC89C52单片机系统的综合应用

（1）液晶屏显示姓名、学号；

（2）液晶屏显示矩阵键盘键值；

（3）数码管显示矩阵键盘键值；

（4）液晶屏显示红外遥控器键值；

（5）遥控器控制电机开关；

（6）蜂鸣器播放音乐；

（7）单片机与计算机之间串口通信；

（8）液晶屏显示DS18B20温度。

a.LCD1602模块

图3.1.1  LCD1602模块

图3.1.2  操作时序

液晶显示器（Liquid Crystal Display,LCD）的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。各种型号的液晶通常是按照显示字符的行数和液晶点阵的行、列数来命名的。比如：1602的意思是每行显示16个字符，一共可以显示两行。

液晶体积小、功耗低、显示操作简单，但它有个致命的弱点，其使用的温度范围很窄，因此在设计相应产品时，务必要考虑周全，选取合适的液晶。

LCDEN为使能端，RS为数据/命令选择口，RW为读/写选择口，D0—D9为数据线。先给使能端一个高电平使LCD1602进行工作，需要写入数据时，设置RS=1，RW=0；需要读数据时，设置RS=0，RW=1，通过数据线给1602输送数据，可以实现1602显示不同字符。

而液晶显示屏显示的字符已经存储在液晶屏内部存储器中，以ASCII码形式存放在相应地址单元中，可以通过编程选择相应的地址单元从而显示所需要的字符。也可以通过相关软件，如汉字取模软件等自行编辑字符。

a.LCD1602模块

b.矩阵键盘模块

图3.2  矩阵键盘模块

为了减少键盘与单片机接口时所占用I/O线的数目，在键数较多时，通常都将键盘排列成行列矩阵形式。每一水平线（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通。利用这种行列矩阵结构只需N条行线和M条列线，即可组成具有NM个按键的键盘。

扫描显示键值是通过行列反转法读入矩阵键值，然后返回给LCD1602屏显示。行列反转法工作原理如下：

如图，选择P3口与矩阵键盘的行线和列线相连,P30-P33接行线,P34-P37接列线。按键识别时，首先判断是否有键按下，并进行消抖确定键按下；首先将行作为输出，列作为输入，给P3口一个0FH信号，使行线输出全为0，从而读入列线值；再将行列进行反转，行作为输入，列作为输出，给一个F0H信号，将上一步读取到的列线输入值从列线输出，读取行线值，根据输出的列线值和读取到的行线值就可以确定按下键所在的位置，从而查表确定键值。然后将扫描所得的键值返回给key_value，从而在LCD1602的函数中进行调用。

图3.3.1  数码管锁存器模块              图3.3.2  8位共阴极数码管

实习所用单片机开发板使用的是八位共阴极数码管，其内部为八个阴极相连的二极管，当给一个高电平时，二极管导通，从而二极管发光，数码管相应的段点亮。

数码管和数码管锁存器相连，打开锁存器时，数据可以流通，从而数码管可以显示相应的数值。通过编程进行位选，选择哪一位数码管点亮，在通过段选信号选择数码管哪一段点亮，数码管八段分别为a～g和dp，对应八位二进制码的低位到高位，通过扫描按键值，发送相应的十六进制数值，可以给数码管不同的段赋高电平和低电平，从而实现数码管显示按键数值。

数码管显示和按键值对应表：

                              图3.4  红外接收模块

实现红外遥控需要信号的发送和接收，发送数据的一方将红外信号进行调制后发送给接收数据的一方，接收方收到调制后的信号后需要进行解调才能读取信息的内容。

遥控器内部电路将遥控器的按键信息进行编码、调制后，发送红外信号；红外接收头收到遥控器发送的信号后，通过1引脚给P32口输出信号，然后我们通过编写程序，对接收到的信号进行解码，读取原有信息。

通常为了使信号能更好的被传输，发送端将基带二进制信号调制为脉冲串信号，通过红外发射管发射。

遥控器使用的是NEC协议，NEC标准下的编码：引导码高电平约9000us左右，低电平约4500us左右；用户码16位，数据码16位，共32位；数据0是用“高电平约560us加上低电平约560us”表示；数据1可用“高电平约560us加低电平约1680us”表示。

          图3.5  电机驱动模块

电机驱动模块上有4个端口：1IN到4IN，分别控制电机的接入端口ABCD,将P10引脚与4IN引脚相连，电机(不区分正负端)接在驱动输出接口的“D”和“+”，然后通过P10引脚输出高低电平控制电机的转动与停止。

通过红外接收装置，对遥控器发送的信号进行接收，在通过变成解调，读取其中信息，然后通过P10输出。按“+”键，P10=1，电机转动；按“-”键，P10=0时，电机停止工作。

             图3.6  蜂鸣器模块

音乐的产生主要是通过单片机的I/O口输出高低不同的脉冲信号来控制蜂鸣器发音，要想产生音频脉冲信号，需要算出某音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。利用单片机定时器计时这个半周期的时间，每当计时到后就输出脉冲的I/O口反相，这样就在此I/O口上得到此脉冲的频率。

本实验中，蜂鸣器与P23相连，输入低电平时，蜂鸣器工作。使用定时器1，工作在方式1，改变计数初始值TH0和TL0来产生不同的频率。

首先定义音符数组和音调数组，再通过编写代码来确定歌曲的歌谱，三个数为一组，第一个数表示音符，数值表示定义音符数组的第几个十六进制数；第二个数表示音调，数值对应音调数组的相应值；第三个数表示延时时间（节拍）。然后通过P23口输出高低电平使蜂鸣器进行工作，播放已经编写好的音乐代码。

通过扫描按键值，进行歌曲间的切换。

                 图3.7  串口通信模块

在串行通信中，数据是在两个站之间传送的。传送数据还需要一个中间媒介，将传输的文件段存储，即SBUF。SUBF分为两个寄存器，一个是发送缓冲寄存器SBUF，另一个是接收缓冲寄存器SBUF。如果CPU写SBUF，数据就会被送入发送寄存器准备发送；如果CPU读SBUF，则读入的数据一定来自接收缓冲器。即CPU对SBUF的读写，实际上是分别访问上述两个不同的寄存器。

串行控制寄存器SCON用于设置串行口的工作方式、监视串行口的工作状态、控制发送与接收的状态等。它是一个既可以字节寻址又可以位寻址的8位特殊功能寄存器。其中，SM0、SM1为串行口工作方式选择位，实习中我们选择工作方式1；REN为允许接受控制位，在进行串口通讯时设置REN=1；TI和RI分别为发送中断标志和接收中断标志。

在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率要有约定。波特率表示每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位／秒（bps）。本实验中设置波特率为9600bps。

本实验进行串口通信时，设置定时器T1工作在模式2，打开串行口中断，当中断触发，检测到接受完成，即RI=1时，读取接收缓存器的数值，然后通过对此数值进行处理，在液晶显示屏上显示相应的字符，从而实现串口通信。

                               图3.8  温度传感器接口

DS18B20具有如下特点：通信采用1-Wire接口，有唯一的64位序列码储存在板载ROM中，可测量的温度范围在-55℃ ～ +125℃，温度计分辨率可设置为9～12位，12位时分辨率对应为0.0625℃。

单总线访问DS18B20时，首先初始化，再执行ROM操作指令，再执行功能指令，对温度进行转换和读取暂存器内容，再通过函数在LCD1602显示屏上进行显示。

首先将单片机通过数据线与电脑相连，按下电源开关，电源指示灯亮，同时LED1亮，单片机正常启动。LCD1602液晶显示屏第一行显示“MENU”，第二行显示“AnJ：0→7；Retn：15”。效果：

图4.1  菜单页面

（1）液晶屏显示姓名、学号：

按矩阵键盘的键S6（KEY0），进入功能1，LCD1602液晶显示屏第一行显示姓名“name:Zhong Ye”，第二行显示学号“num:20161001271”。

按S21（KEY15）返回主菜单界面。效果：

图4.2.1  液晶屏显示姓名学号效果图

按矩阵键盘的键S7（KEY1），进入功能2，此时LCD1602液晶显示屏第一行显示“Anjianzhi：    9”。按矩阵键盘S6—S20，液晶屏第一行的数值将从0变化至14。

按S21（KEY15）返回主菜单界面。效果：

图4.2.2  液晶屏显示按键值效果图

按矩阵键盘的键S8（KEY2），进入功能3，此时LCD1602液晶显示屏第一行显示“Shumaguan Anjian”，数码管左边第一位显示，按矩阵键盘S6—S15，数码管第一位从0变换至9，按S16—S20，数码管第一位从a显示至e，此时数码管显示的实际上是十六进制的0到15。

按S21（KEY15）返回主菜单界面。效果：

图4.2.3  8位共阴极数码管显示按键值效果图

按矩阵键盘的键S9（KEY3），进入功能4，此时LCD1602液晶显示屏第一行显示“HW_Anjianzhi：”，使用遥控器对准红外接收装置，按按键值0-9，液晶显示屏第一行末尾将显示相应的数值。

按S21（KEY15）返回主菜单界面。效果：

图4.2.4 液晶屏显示红外遥控器按键值

将电机的两个接口与左下角电机驱动模块的“+”、“D”相连，无线序要求。用一根杜邦线将单片机P10引脚与电机驱动模块“4IN”相连。

按矩阵键盘的键S10（KEY4），进入功能5，此时LCD1602液晶显示屏第一行显示“Dianjikongzhi：”，第二行显示“Zhuangtai：”。使用遥控器，按遥控器“+”键，液晶屏第二行显示状态“ ON”，电机转动；按遥控器“-”键，液晶屏第二行显示状态“OFF”，电机停止工作。

按S21（KEY15）返回主菜单界面。效果：

图4.2.5  电机转动效果图

图4.2.6  电机停止效果图

按矩阵键盘的键S11（KEY5），进入功能6，此时LCD1602液晶显示屏第一行显示“MUSIC:”，蜂鸣器工作，播放编写好的歌曲。

按键S19和键S20进行歌曲之间的切换。

按S21（KEY15）返回主菜单界面。效果：

图4.2.7  音乐播放器液晶屏效果图

打开烧录软件，点击右上角模块的“串口助手”，选择串口为单片机驱动端口，调节波特率为9600，点击下方“打开串口”按钮，按矩阵键盘的键S12（KEY6），进入串口通信功能，此时LCD1602液晶显示屏第一行显示“Chuankou:”，液晶显示屏第二行显示“C:  H:   Num： ”，分别表示接受到的文本模式、HEX模式、接收到的数据总数。

在“串口助手”的发送缓冲区输入一个数据（数字或字母），选择文本模式，点击下方“发送数据”，接收缓冲区方框内将显示相应模式下的数值，同时液晶显示屏第二行分别显示发送数据的文本形式、HEX形式和接收到的数据总数。

按S21（KEY15）返回主菜单界面。

效果：比如显示#。如表，#对应的ASCII值为35（十进制），这里将它转换成23（十六进制），

图4.2.8  液晶屏显示ASCII码表效果图

将DS18B20原件插到单片机预留的位置，注意丝印面向外。

按矩阵键盘的键S13（KEY7），进入温度计功能，此时LCD1602液晶显示屏第一行显示“Dangqianwendu：”，液晶显示屏第二行显示当前温度值。由于当前温度会有微小的改变，会发现显示的温度值在不停地跳变。

按S21（KEY15）返回主菜单界面。效果：

图4.2.9  液晶屏显示DS18B20温度效果图

按矩阵键盘最后一个键S21（KEY15），系统将返回主菜单，LCD1602显示菜单界面。需注意，每次进行功能选择后，不能直接按KEY0—KEY7进行功能切换，必须按键返回主菜单才可继续进行其他功能的选择。

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2019-6-26 21:57 上传

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