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實驗?zāi)康?/strong>

了解51單片機各個模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點；
掌握軟件設(shè)計的基本知識，學(xué)會使用Keil進行編程；
通過編程設(shè)計完整程序來實現(xiàn)51單片機各項功能組合。

2.2 實驗內(nèi)容

熟悉51單片機，并完成51單片機開發(fā)板的調(diào)試；
運用Keil軟件進行編程實現(xiàn)不同功能的組合：

（1）液晶屏顯示姓名、學(xué)號；

（2）液晶屏顯示矩陣鍵盤鍵值；

（3）數(shù)碼管顯示矩陣鍵盤鍵值；

（4）液晶屏顯示紅外遙控器鍵值；

（5）遙控器控制電機開關(guān)；

（6）蜂鳴器播放音樂；

（7）單片機與計算機之間串口通信；

（8）液晶屏顯示DS18B20溫度。

2.3 程序流程圖

2.4 實驗功能匯總

基本要求：

用液晶器顯示自己的姓名、學(xué)號以及按鍵值；
用數(shù)碼管顯示任意字符；
利用遙控器顯示按鍵值；

發(fā)揮部分：

利用遙控器控制風(fēng)扇的開/關(guān)；
利用蜂鳴器演奏一段音樂；
單片機與PC機之間利用串口進行“聊天”；

其它功能：

用按鍵切換蜂鳴器演奏的音樂；
用液晶屏顯示ASCII碼表；
液晶屏顯示DS18B20溫度；

第三章實驗功能的原理3.1 液晶屏顯示姓名、學(xué)號

運用到的模塊

a.LCD1602模塊

圖3.1.1 LCD1602模塊

圖3.1.2 操作時序

液晶概述

液晶顯示器（Liquid Crystal Display,LCD）的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面。各種型號的液晶通常是按照顯示字符的行數(shù)和液晶點陣的行、列數(shù)來命名的。比如：1602的意思是每行顯示16個字符，一共可以顯示兩行。

液晶體積小、功耗低、顯示操作簡單，但它有個致命的弱點，其使用的溫度范圍很窄，因此在設(shè)計相應(yīng)產(chǎn)品時，務(wù)必要考慮周全，選取合適的液晶。

原理

LCDEN為使能端，RS為數(shù)據(jù)/命令選擇口，RW為讀/寫選擇口，D0—D9為數(shù)據(jù)線。先給使能端一個高電平使LCD1602進行工作，需要寫入數(shù)據(jù)時，設(shè)置RS=1，RW=0；需要讀數(shù)據(jù)時，設(shè)置RS=0，RW=1，通過數(shù)據(jù)線給1602輸送數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)1602顯示不同字符。

而液晶顯示屏顯示的字符已經(jīng)存儲在液晶屏內(nèi)部存儲器中，以ASCII碼形式存放在相應(yīng)地址單元中，可以通過編程選擇相應(yīng)的地址單元從而顯示所需要的字符。也可以通過相關(guān)軟件，如漢字取模軟件等自行編輯字符。

3.2 液晶屏顯示矩陣鍵盤鍵值

運用到的模塊

a.LCD1602模塊

b.矩陣鍵盤模塊

圖3.2 矩陣鍵盤模塊

矩陣鍵盤

為了減少鍵盤與單片機接口時所占用I/O線的數(shù)目，在鍵數(shù)較多時，通常都將鍵盤排列成行列矩陣形式。每一水平線（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通。利用這種行列矩陣結(jié)構(gòu)只需N條行線和M條列線，即可組成具有N

M個按鍵的鍵盤。

原理

掃描顯示鍵值是通過行列反轉(zhuǎn)法讀入矩陣鍵值，然后返回給LCD1602屏顯示。行列反轉(zhuǎn)法工作原理如下：

如圖，選擇P3口與矩陣鍵盤的行線和列線相連,P30-P33接行線,P34-P37接列線。按鍵識別時，首先判斷是否有鍵按下，并進行消抖確定鍵按下；首先將行作為輸出，列作為輸入，給P3口一個0FH信號，使行線輸出全為0，從而讀入列線值；再將行列進行反轉(zhuǎn)，行作為輸入，列作為輸出，給一個F0H信號，將上一步讀取到的列線輸入值從列線輸出，讀取行線值，根據(jù)輸出的列線值和讀取到的行線值就可以確定按下鍵所在的位置，從而查表確定鍵值。然后將掃描所得的鍵值返回給key_value，從而在LCD1602的函數(shù)中進行調(diào)用。

3.3 數(shù)碼管顯示矩陣鍵盤鍵值

運用到的模塊

數(shù)碼管鎖存器模塊

矩陣按鍵模塊
八位共陰極數(shù)碼管

圖3.3.1 數(shù)碼管鎖存器模塊圖3.3.2 8位共陰極數(shù)碼管

原理

實習(xí)所用單片機開發(fā)板使用的是八位共陰極數(shù)碼管，其內(nèi)部為八個陰極相連的二極管，當給一個高電平時，二極管導(dǎo)通，從而二極管發(fā)光，數(shù)碼管相應(yīng)的段點亮。

數(shù)碼管和數(shù)碼管鎖存器相連，打開鎖存器時，數(shù)據(jù)可以流通，從而數(shù)碼管可以顯示相應(yīng)的數(shù)值。通過編程進行位選，選擇哪一位數(shù)碼管點亮，在通過段選信號選擇數(shù)碼管哪一段點亮，數(shù)碼管八段分別為a～g和dp，對應(yīng)八位二進制碼的低位到高位，通過掃描按鍵值，發(fā)送相應(yīng)的十六進制數(shù)值，可以給數(shù)碼管不同的段賦高電平和低電平，從而實現(xiàn)數(shù)碼管顯示按鍵數(shù)值。

數(shù)碼管顯示和按鍵值對應(yīng)表：

按鍵值（十六進制形式）	數(shù)碼管顯示值
3FH	0
06H	1
5BH	2
4FH	3
66H	4
6DH	5
7DH	6
07H	7
7FH	8
6FH	9
77H	A
7CH	B
39H	C
5EH	D
79H	E
00H	熄滅/自定義

3.4 液晶屏顯示紅外遙控器鍵值

運用到的模塊

LCD1602模塊
紅外接收模塊

圖3.4 紅外接收模塊

原理

實現(xiàn)紅外遙控需要信號的發(fā)送和接收，發(fā)送數(shù)據(jù)的一方將紅外信號進行調(diào)制后發(fā)送給接收數(shù)據(jù)的一方，接收方收到調(diào)制后的信號后需要進行解調(diào)才能讀取信息的內(nèi)容。

遙控器內(nèi)部電路將遙控器的按鍵信息進行編碼、調(diào)制后，發(fā)送紅外信號；紅外接收頭收到遙控器發(fā)送的信號后，通過1引腳給P32口輸出信號，然后我們通過編寫程序，對接收到的信號進行解碼，讀取原有信息。

通常為了使信號能更好的被傳輸，發(fā)送端將基帶二進制信號調(diào)制為脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射。

遙控器使用的是NEC協(xié)議，NEC標準下的編碼：引導(dǎo)碼高電平約9000us左右，低電平約4500us左右；用戶碼16位，數(shù)據(jù)碼16位，共32位；數(shù)據(jù)0是用“高電平約560us加上低電平約560us”表示；數(shù)據(jù)1可用“高電平約560us加低電平約1680us”表示。

3.5 遙控器控制電機開關(guān)

運用到的模塊

LCE1602模塊
紅外接收模塊
電機驅(qū)動模塊

圖3.5 電機驅(qū)動模塊

原理

電機驅(qū)動模塊上有4個端口：1IN到4IN，分別控制電機的接入端口ABCD,將P10引腳與4IN引腳相連，電機(不區(qū)分正負端)接在驅(qū)動輸出接口的“D”和“+”，然后通過P10引腳輸出高低電平控制電機的轉(zhuǎn)動與停止。

通過紅外接收裝置，對遙控器發(fā)送的信號進行接收，在通過變成解調(diào)，讀取其中信息，然后通過P10輸出。按“+”鍵，P10=1，電機轉(zhuǎn)動；按“-”鍵，P10=0時，電機停止工作。

3.6 音樂播放器

運用到的模塊

LCE1602模塊
矩陣鍵盤
蜂鳴器模塊

圖3.6 蜂鳴器模塊

原理

音樂的產(chǎn)生主要是通過單片機的I/O口輸出高低不同的脈沖信號來控制蜂鳴器發(fā)音，要想產(chǎn)生音頻脈沖信號，需要算出某音頻的周期（1/頻率），然后將此周期除以2，即為半周期的時間。利用單片機定時器計時這個半周期的時間，每當計時到后就輸出脈沖的I/O口反相，這樣就在此I/O口上得到此脈沖的頻率。

本實驗中，蜂鳴器與P23相連，輸入低電平時，蜂鳴器工作。使用定時器1，工作在方式1，改變計數(shù)初始值TH0和TL0來產(chǎn)生不同的頻率。

首先定義音符數(shù)組和音調(diào)數(shù)組，再通過編寫代碼來確定歌曲的歌譜，三個數(shù)為一組，第一個數(shù)表示音符，數(shù)值表示定義音符數(shù)組的第幾個十六進制數(shù)；第二個數(shù)表示音調(diào)，數(shù)值對應(yīng)音調(diào)數(shù)組的相應(yīng)值；第三個數(shù)表示延時時間（節(jié)拍）。然后通過P23口輸出高低電平使蜂鳴器進行工作，播放已經(jīng)編寫好的音樂代碼。

通過掃描按鍵值，進行歌曲間的切換。

3.7 單片機與計算機之間的串口通信

運用到的模塊

LCD1602模塊
串口通信模塊

圖3.7 串口通信模塊

原理

在串行通信中，數(shù)據(jù)是在兩個站之間傳送的。傳送數(shù)據(jù)還需要一個中間媒介，將傳輸?shù)奈募未鎯Γ碨BUF。SUBF分為兩個寄存器，一個是發(fā)送緩沖寄存器SBUF，另一個是接收緩沖寄存器SBUF。如果CPU寫SBUF，數(shù)據(jù)就會被送入發(fā)送寄存器準備發(fā)送；如果CPU讀SBUF，則讀入的數(shù)據(jù)一定來自接收緩沖器。即CPU對SBUF的讀寫，實際上是分別訪問上述兩個不同的寄存器。

串行控制寄存器SCON用于設(shè)置串行口的工作方式、監(jiān)視串行口的工作狀態(tài)、控制發(fā)送與接收的狀態(tài)等。它是一個既可以字節(jié)尋址又可以位尋址的8位特殊功能寄存器。其中，SM0、SM1為串行口工作方式選擇位，實習(xí)中我們選擇工作方式1；REN為允許接受控制位，在進行串口通訊時設(shè)置REN=1；TI和RI分別為發(fā)送中斷標志和接收中斷標志。

在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。波特率表示每秒鐘傳輸二進制代碼的位數(shù)，單位是：位／秒（bps）。本實驗中設(shè)置波特率為9600bps。

本實驗進行串口通信時，設(shè)置定時器T1工作在模式2，打開串行口中斷，當中斷觸發(fā)，檢測到接受完成，即RI=1時，讀取接收緩存器的數(shù)值，然后通過對此數(shù)值進行處理，在液晶顯示屏上顯示相應(yīng)的字符，從而實現(xiàn)串口通信。

3.8 液晶屏顯示DS18B20溫度

運用到的模塊

LCD1602模塊
DS18B20溫度傳感器接口

圖3.8 溫度傳感器接口

原理

DS18B20具有如下特點：通信采用1-Wire接口，有唯一的64位序列碼儲存在板載ROM中，可測量的溫度范圍在-55℃ ～ +125℃，溫度計分辨率可設(shè)置為9～12位，12位時分辨率對應(yīng)為0.0625℃。

單總線訪問DS18B20時，首先初始化，再執(zhí)行ROM操作指令，再執(zhí)行功能指令，對溫度進行轉(zhuǎn)換和讀取暫存器內(nèi)容，再通過函數(shù)在LCD1602顯示屏上進行顯示。

第四章使用說明4.1啟動

首先將單片機通過數(shù)據(jù)線與電腦相連，按下電源開關(guān)，電源指示燈亮，同時LED1亮，單片機正常啟動。LCD1602液晶顯示屏第一行顯示“MENU”，第二行顯示“AnJ：0→7；Retn：15”。效果：

圖4.1 菜單頁面

4.2功能選擇

（1）液晶屏顯示姓名、學(xué)號：

按矩陣鍵盤的鍵S6（KEY0），進入功能1，LCD1602液晶顯示屏第一行顯示姓名“name:Zhong Ye”，第二行顯示學(xué)號“num:20161001271”。

按S21（KEY15）返回主菜單界面。效果：

圖4.2.1 液晶屏顯示姓名學(xué)號效果圖

液晶屏顯示矩陣鍵盤鍵值；

按矩陣鍵盤的鍵S7（KEY1），進入功能2，此時LCD1602液晶顯示屏第一行顯示“Anjianzhi： 9”。按矩陣鍵盤S6—S20，液晶屏第一行的數(shù)值將從0變化至14。

按S21（KEY15）返回主菜單界面。效果：

圖4.2.2 液晶屏顯示按鍵值效果圖

數(shù)碼管顯示矩陣鍵盤鍵值；

按矩陣鍵盤的鍵S8（KEY2），進入功能3，此時LCD1602液晶顯示屏第一行顯示“Shumaguan Anjian”，數(shù)碼管左邊第一位顯示，按矩陣鍵盤S6—S15，數(shù)碼管第一位從0變換至9，按S16—S20，數(shù)碼管第一位從a顯示至e，此時數(shù)碼管顯示的實際上是十六進制的0到15。

按S21（KEY15）返回主菜單界面。效果：

圖4.2.3 8位共陰極數(shù)碼管顯示按鍵值效果圖

液晶屏顯示紅外遙控器鍵值；

按矩陣鍵盤的鍵S9（KEY3），進入功能4，此時LCD1602液晶顯示屏第一行顯示“HW_Anjianzhi：”，使用遙控器對準紅外接收裝置，按按鍵值0-9，液晶顯示屏第一行末尾將顯示相應(yīng)的數(shù)值。

按S21（KEY15）返回主菜單界面。效果：

圖4.2.4 液晶屏顯示紅外遙控器按鍵值

遙控器控制電機開關(guān)；

將電機的兩個接口與左下角電機驅(qū)動模塊的“+”、“D”相連，無線序要求。用一根杜邦線將單片機P10引腳與電機驅(qū)動模塊“4IN”相連。

按矩陣鍵盤的鍵S10（KEY4），進入功能5，此時LCD1602液晶顯示屏第一行顯示“Dianjikongzhi：”，第二行顯示“Zhuangtai：”。使用遙控器，按遙控器“+”鍵，液晶屏第二行顯示狀態(tài)“ ON”，電機轉(zhuǎn)動；按遙控器“-”鍵，液晶屏第二行顯示狀態(tài)“OFF”，電機停止工作。

按S21（KEY15）返回主菜單界面。效果：

圖4.2.5 電機轉(zhuǎn)動效果圖

圖4.2.6 電機停止效果圖

音樂播放器；

按矩陣鍵盤的鍵S11（KEY5），進入功能6，此時LCD1602液晶顯示屏第一行顯示“MUSIC:”，蜂鳴器工作，播放編寫好的歌曲。

按鍵S19和鍵S20進行歌曲之間的切換。

按S21（KEY15）返回主菜單界面。效果：

圖4.2.7 音樂播放器液晶屏效果圖

單片機與計算機之間串口通信（用液晶屏顯示ASCII碼表）；

打開燒錄軟件，點擊右上角模塊的“串口助手”，選擇串口為單片機驅(qū)動端口，調(diào)節(jié)波特率為9600，點擊下方“打開串口”按鈕，按矩陣鍵盤的鍵S12（KEY6），進入串口通信功能，此時LCD1602液晶顯示屏第一行顯示“Chuankou:”，液晶顯示屏第二行顯示“C: H: Num： ”，分別表示接受到的文本模式、HEX模式、接收到的數(shù)據(jù)總數(shù)。

在“串口助手”的發(fā)送緩沖區(qū)輸入一個數(shù)據(jù)（數(shù)字或字母），選擇文本模式，點擊下方“發(fā)送數(shù)據(jù)”，接收緩沖區(qū)方框內(nèi)將顯示相應(yīng)模式下的數(shù)值，同時液晶顯示屏第二行分別顯示發(fā)送數(shù)據(jù)的文本形式、HEX形式和接收到的數(shù)據(jù)總數(shù)。

按S21（KEY15）返回主菜單界面。

效果：比如顯示#。如表，#對應(yīng)的ASCII值為35（十進制），這里將它轉(zhuǎn)換成23（十六進制），