1、 PAGE 1河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))智能型充電器的電源和顯示的設(shè)計(jì) 院系名稱信息科學(xué)與工程系姓名田會(huì)全學(xué)號(hào)112608060114專業(yè)電子信息工程指導(dǎo)教師黃建廷2015年4月29日智能型充電器電源和顯示的設(shè)計(jì) II摘 要隨著越來(lái)越多的手持式電器的出現(xiàn)，對(duì)高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來(lái)越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時(shí)間、達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p壞。本文對(duì)基于AVR單片機(jī)的LCD液晶顯示控制以及電源進(jìn)行了研究。本系統(tǒng)是以單片機(jī)的基本語(yǔ)言匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。為了便于

2、更改，軟件的口設(shè)計(jì)采用模塊化的結(jié)構(gòu)。這樣可以使得整個(gè)設(shè)計(jì)邏輯更加簡(jiǎn)明。在本文中，首先描述了系統(tǒng)硬件原理圖并且介紹了單片機(jī)微處理器的發(fā)展史，論述了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所運(yùn)用的各種硬件接技術(shù)和各個(gè)接口模塊功能以及工作過(guò)程。描述了8052、8279及SED1520外接電路接口的軟、硬件調(diào)試。其次闡述了程序的流程和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。然后對(duì)本文涉及的相關(guān)理論與技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)介；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了需求分析；最后進(jìn)行總體設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。本文主要進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)部分只是給出了流程圖。最后，對(duì)課題設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和不足進(jìn)行了歸納和總結(jié)，并進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:單片機(jī)；微處理器；LCD；8052 Abstract With

3、more and more handheld appliances appear; the demand of high performance, small size, light weight battery charge is bigger. The continued progress of battery technology also calls for more complex algorithm to realize fast, charging safe charge. Therefore need to charge process more accurate monito

4、ring, to shorten charging time, to get the most out of battery capacity, and prevent damage to the battery. This text to basic processed the research in AVR Micro Controller Unit liquid crystal display control and power system. This system edits collected materials the language to proceed with singl

5、e the basic language of a machine the software designs.In order to facilitate change, the software interface design for a modular structure.It can make it more concise for the whole design logic.At first,it describes the system hardware schematics and the history of the development of single-chip mi

6、croprocessor and then state the technology used in the graduation design about a variety of hardware access and interface module functions and work processes,combine to describe in a specific way 8052,8279 and the SED1520 circumscribes the electric circuit connects oscular and soft, the hardware adj

7、usts to try. Then this involves the theory and technology for the Introduction; in based on a needs analysis; finally, the overall design and detailed design. In this paper, the hardware designs are given more attention , software designs are only given some flowcharts.At the end, advantages and dis

8、advantages of the design issues are summarized and reviewed, and are discussed.Key words：Micro Controller Unit,Microprocessor,LCD,8052目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc31296 一 、 概述 PAGEREF _Toc31296 1 HYPERLINK l _Toc13126 1.1課題背景 PAGEREF _Toc13126 1 HYPERLINK l _Toc19378 1.2 常見(jiàn)充電電池特性及其充電方式 PAGEREF _

9、Toc19378 2 HYPERLINK l _Toc12263 1.3畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 PAGEREF _Toc12263 4 HYPERLINK l _Toc21261 1.4主要芯片的選擇 PAGEREF _Toc21261 5 HYPERLINK l _Toc12726 1.5液晶模塊的選擇 PAGEREF _Toc12726 7 HYPERLINK l _Toc22300 二 、硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc22300 11 HYPERLINK l _Toc5561 2.1 LCD液晶顯示 PAGEREF _Toc5561 11 HYPERLINK l _Toc13475

10、2.1.1 LCD的顯示原理 PAGEREF _Toc13475 11 HYPERLINK l _Toc21013 2.1.2 液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器 PAGEREF _Toc21013 13 HYPERLINK l _Toc11229 2.1.3 液晶顯示模塊的特點(diǎn) PAGEREF _Toc11229 14 HYPERLINK l _Toc26136 2.2硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc26136 16 HYPERLINK l _Toc1757 2.3電源電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc1757 17 HYPERLINK l _Toc930 三 、軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc9

11、30 19 HYPERLINK l _Toc18380 3.1 液晶顯示界面 PAGEREF _Toc18380 19 HYPERLINK l _Toc1232 3.2系統(tǒng)程序流程圖 PAGEREF _Toc1232 19 HYPERLINK l _Toc18026 四、結(jié)論 PAGEREF _Toc18026 23 HYPERLINK l _Toc6172 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc6172 24 HYPERLINK l _Toc7734 致謝 PAGEREF _Toc7734 25 一 、 概述1.1課題背景如今，隨著越來(lái)越多的手持式電器的出現(xiàn)，對(duì)高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器

12、的需求也越來(lái)越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時(shí)間、達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p壞。與此同時(shí)，對(duì)充電電池的性能和工作壽命的要求也不斷地提高。從20世紀(jì)60年代的商用鎳鎘和密封鉛酸電池到近幾年的鎳氫和鋰離子技術(shù)，可充電電池容量和性能得到了飛速的發(fā)展。目前各種電器使用的充電電池主要有鎳鎘電池（NiCd）、鎳氫電池（NiMH）、鋰電池（Li-Ion）和密封鉛酸電池（SLA）四種類型。 電池充電是通過(guò)逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲(chǔ)到化學(xué)系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)的。由于使用的化學(xué)物質(zhì)的不同，電池有自己的特性。設(shè)計(jì)充電器時(shí)要仔細(xì)了解這些特性以

13、防止過(guò)度充電而損壞電。 目前，市場(chǎng)上賣得最多的是旅行充電器，但是嚴(yán)格從充電電路上分析，只有很少部分充電器才能真正意義上被稱為智能充電器，隨著越來(lái)越多的手持式電器的出現(xiàn)，對(duì)高性能、小尺寸、輕重量的電池充電器的需求也越來(lái)越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全地充電，因此，需要對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行更精確地監(jiān)控(例如對(duì)充、放電電流、充電電壓、溫度等的監(jiān)控)，以縮短充電時(shí)間，達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p壞。因此，智能型充電電路通常包括了恒流恒壓控制環(huán)路、電池電壓監(jiān)測(cè)電路、電池溫度檢測(cè)電路、外部顯示電路(LED或LCD顯示)等基本單元。智能充電器基本框圖 ：圖1-1 系統(tǒng)布線圖Atm

14、el AVR 是原MCS-51單片機(jī)內(nèi)核進(jìn)行了較大的改造，采用精簡(jiǎn)指令集RISC的AVR結(jié)構(gòu)，廢除了原MCS-51單片機(jī)中的機(jī)器周期，由原來(lái)的12個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令改為一個(gè)時(shí)鐘執(zhí)行一條單周期指令，大多數(shù)指令執(zhí)行所需的時(shí)鐘周期與指令的字節(jié)數(shù)相同，因?yàn)锳VR單片機(jī)的運(yùn)行速度大大提高。AVR除了改造MS-51內(nèi)核外，還將flash 、AD、RTC、Watchdog、定時(shí)器SPI PWM和片內(nèi)振蕩器等結(jié)合為一體?？梢哉嬲龅絾纹EPROM 可用于保存標(biāo)定系數(shù)和電池特性參數(shù)，如保存充電記錄以提高實(shí)際使用的電池容量。10位A/D 轉(zhuǎn)換器可以提供足夠的測(cè)量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其

15、他方案為了達(dá)到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB 空間，也提高了系統(tǒng)成本。AVR 目前唯一的針對(duì)象 “C”這樣的高級(jí)語(yǔ)言而設(shè)計(jì)的8 位微處理器。 1.2 常見(jiàn)充電電池特性及其充電方式可充電電池，又叫二次電池，可在應(yīng)用中放電，也可由充電器充電。所以，二次電池儲(chǔ)存能量，而不是產(chǎn)生能量。充電電池的特性不同，因此充電的方式也基本不一樣。充電和放電電流(安培)通常用電池額定容量的倍數(shù)表示，叫做充電速率(C-rate)。例如，對(duì)于額定為1安時(shí)(Ah)的電池，C/10的放電電流等于1Ah/10 = 100mA。電池的額定容量(Ah或mAh)是電池在特定的條件下完全放電所能儲(chǔ)存(產(chǎn)生)的電能。因此，

16、電池的總能量等于容量乘以電池電壓，單位為瓦時(shí)。 電池的最大充電電流：電池的化學(xué)成分和設(shè)計(jì)共同限制了輸出電流。若沒(méi)有實(shí)際因素限制性能，電池瞬時(shí)可以輸出無(wú)窮大電流。限制電池輸出電流的主要因素是基本化學(xué)反應(yīng)速率、電池設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域。某些電池本身具有產(chǎn)生大電流的能力。如鎳鎘電池短路電流可大到足以融化金屬和引起火災(zāi)。其它一些電池只能產(chǎn)生弱電流。電池中所有化學(xué)和機(jī)械總效應(yīng)可用一個(gè)數(shù)學(xué)因數(shù)表示，即等效內(nèi)阻。降低內(nèi)阻可獲得更大電流。充電溫度：應(yīng)盡量在室溫下充電。鎳基電池應(yīng)在10C至30C (50F至86F)之間快速充電。低于5C (41F)和高于45C (113F)時(shí)鎳基電池的充電能力急劇下降。

17、鋰離子電池在整個(gè)溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的充電性能，但低于5C (41F)時(shí)充電速率應(yīng)小于1C。 充電方式：SLA 電池和鋰電池的充電方法為恒定電壓法要限流； NiCd 電池和NiMH 電池的充電方法為恒定電流法?，F(xiàn)代消費(fèi)類電器主要使用如下4種電池： 密封鉛酸電池 (SLA)鎳鎘電池 (NiCd)鎳氫電池(NiMH)鋰電池(Li-Ion) 密封鉛酸電池 (SLA)SLA電池學(xué)名叫密封鉛酸電池，擁有容量大（3000安），可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，飄浮充電壽命長(zhǎng)達(dá)8年，廣泛用在ups不間斷供電電源以及電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車上。只要電池單元電壓不超過(guò)生產(chǎn)商的規(guī)定( 典型值為2.2V)， SLA 電池可以無(wú)限制地充電。

18、鎳鎘電池 (NiCd)NiCd 電池目前使用得很普遍。它的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)便宜，易于使用；缺點(diǎn)是自放電率比較高。典型的NiCd 電池可以充電1000 次。失效機(jī)理主要是極性反轉(zhuǎn)。在電池包里第一個(gè)被完全放電的單元會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。為了防止損壞電池包，需要不間斷地監(jiān)控電壓。一旦單元電壓下降到1.0V 就必須停機(jī)。NiCd 電池以恒定電流的方式進(jìn)行充電。鎳氫電池(NiMH)鎳氫電池是有氫離子和金屬鎳合成，電量?jī)?chǔ)備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長(zhǎng)，并且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。鎳氫電池的缺點(diǎn)是價(jià)格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差。為避免損壞電池，電池溫度過(guò)低時(shí)不能開始快速充電，電池溫度Tmin低于10時(shí)

19、，應(yīng)轉(zhuǎn)入涓流充電方式。而電池溫度一旦達(dá)到規(guī)定數(shù)值后，必須立即停止充電。 鋰電池(Li-Ion)鋰離子電池液態(tài)電解質(zhì)圓柱型鋰離子電池基本構(gòu)造用LiCoO2復(fù)合金屬氧化物在鋁板上形成陽(yáng)極，用鋰碳化合物在銅板形成陰極，極板間插入有亞微米級(jí)微孔的聚烯烴薄膜隔板，電解液為有機(jī)溶劑。為避免使用不當(dāng)造成電池?fù)p壞，在鋰離子電池內(nèi)設(shè)有3種安全機(jī)構(gòu)：(1)正溫度系數(shù)元件(PTC)。當(dāng)電池內(nèi)的溫度過(guò)高，PTC的阻值隨之上升，會(huì)自動(dòng)將陰極引線與陰極之間電路切斷；(2)特殊材料的隔板。當(dāng)電池內(nèi)溫度上升到一定數(shù)值時(shí)，隔板上微孔會(huì)自動(dòng)溶解掉，從而使電池內(nèi)的反應(yīng)停止；(3)安全閥。當(dāng)電池內(nèi)部壓力升高到一定數(shù)值時(shí)，安全閥將自動(dòng)

20、打開。 鋰電池易受到過(guò)充電、深放電以及短路的損害。單體鋰離子電池的充電電壓必須嚴(yán)格限制。充電速率通常不超過(guò)1C，最低放電電壓為2.73.0V，如再繼續(xù)放電則會(huì)損壞電池。鋰離子電池以恒流轉(zhuǎn)恒壓方式進(jìn)行充電。采用1C電流充電至4.1V時(shí)，充電器應(yīng)立即轉(zhuǎn)入恒壓充電，充電電流逐漸減小，當(dāng)電池充足電后，進(jìn)入涓流充電過(guò)程。為避免過(guò)充電或過(guò)放電，鋰離子電池不僅在內(nèi)部設(shè)有安全機(jī)構(gòu)，充電器也必須采取安全保護(hù)措施，以監(jiān)測(cè)鋰離子電池的充放電狀態(tài)。1.3畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求智能型充電器主要硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)的話需要掌握AVR單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容。ICCAVR編譯器的應(yīng)用。設(shè)計(jì)128*64液晶顯示控制電路和用C語(yǔ)言

21、編制LCD顯示程序，用圖形方式顯示充電器電壓、電流等參數(shù)。硬件設(shè)計(jì)的話需要掌握各功能子模塊的硬件電路的設(shè)計(jì)。1.4主要芯片的選擇ATMEL成立于1984年，總部位于美國(guó)。是世界上高級(jí)半導(dǎo)體產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和行銷的領(lǐng)先者，產(chǎn)品包括了微處理器、可編程邏輯器件、非易失性存儲(chǔ)器、安全芯片、混合信號(hào)及RF射頻集成電路。在單片機(jī)微控制器方面，ATMEL公司有AT89, AT90和ARM三個(gè)系列單片機(jī)的產(chǎn)品。ATMEL AVR 是原MCS-51單片機(jī)內(nèi)核進(jìn)行了較大的改造，采用精簡(jiǎn)指令集RISC的AVR結(jié)構(gòu)，廢除了原MCS-51單片機(jī)中的機(jī)器周期，由原來(lái)的12個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令改為一個(gè)時(shí)鐘執(zhí)行一條單周期指令

22、，大多數(shù)指令執(zhí)行所需的時(shí)鐘周期與指令的字節(jié)數(shù)相同，因?yàn)锳VR單片機(jī)的運(yùn)行速度大大提高。AVR除了改造MS-51內(nèi)核外，還將flash 、AD、RTC、Watchdog、定時(shí)器SPI PWM和片內(nèi)振蕩器等結(jié)合為一體?？梢哉嬲龅絾纹VR單片機(jī)兼容MCS-51指令集，能夠沿用過(guò)去開發(fā)MCS-51的應(yīng)用程序。AVR技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:高性能:采用精簡(jiǎn)指令集（RISC）和哈佛結(jié)構(gòu)的流水線設(shè)計(jì)，擁有32個(gè)通用工作寄存器?？朔藛我焕奂悠鲾?shù)據(jù)處理造成的瓶頸現(xiàn)象。片內(nèi)含有128B4KB SRAM可靈活使用指令運(yùn)算，適合使用功能很強(qiáng)的C語(yǔ)言編程，易學(xué)、易寫、易移植。片內(nèi)集成了非易失性程序、數(shù)據(jù)

23、寄存器、以及工作寄存器。豐富的外設(shè):SPI、EEPROM、RTC、A/D轉(zhuǎn)換器、PWM、看門狗定時(shí)器和片內(nèi)震蕩器。AVR器件引腳從8腳到64腳，再到100腳，還有各種不同封裝供選擇。在工業(yè)級(jí)產(chǎn)品中，支持大電流設(shè)置，通常為10到40mA，從而可以直接驅(qū)動(dòng)晶閘管SSR或者是繼電器，節(jié)省了外圍驅(qū)動(dòng)器件?？撮T狗定時(shí)器具有安全保護(hù)功能，可以防止程序跑飛，提高產(chǎn)品抗干擾能力。寬工作電壓：2.7到6V。具有系統(tǒng)電源低壓檢測(cè)功能，電源抗干擾性能強(qiáng)。5.低功耗，具有六種休眠模式，能夠從休眠模式立即喚醒。編譯好的目標(biāo)文件可以通過(guò)在線編程ISP直接寫入程序寄存器，實(shí)現(xiàn)芯片在系統(tǒng)編程調(diào)試，無(wú)需購(gòu)買昂貴的仿真器和編程器

24、，從而節(jié)省了系統(tǒng)開發(fā)成本。輸入輸出口資源豐富、設(shè)計(jì)靈活、驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)。具有多復(fù)位源、多中斷源方式。串口通信不占用定時(shí)器，采用獨(dú)特的波特率發(fā)生器。保密性強(qiáng)：可多次燒寫的Flash且具有多重密碼保護(hù)鎖定LOCK功能。因此可低價(jià)快速完成產(chǎn)品商品化，且可多次更改程序（產(chǎn)品升級(jí)），方便了系統(tǒng)調(diào)試，而且不浪費(fèi)IC或電路板，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量及競(jìng)爭(zhēng)力。 由于AVR單片機(jī)具有以上特點(diǎn)，給用戶帶來(lái)了前所未有的好處。越來(lái)越多的設(shè)計(jì)人員把目光轉(zhuǎn)向了AVR單片機(jī)。ATMEGA系列單片機(jī)屬于AVR中的高檔產(chǎn)品，它具有AVR單片機(jī)所具有的特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上，增加了更多的接口功能，提供更充足的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，而且在省電性能、

25、穩(wěn)定性、抗干擾性以及靈活性方面考慮的更加周全和完善。ATMEL是世界上串行和并行FLASH存儲(chǔ)器的領(lǐng)導(dǎo)者，其產(chǎn)品可以滿足計(jì)算、汽車、電信、消費(fèi)產(chǎn)品以及軍事應(yīng)用市場(chǎng)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要。 本次設(shè)計(jì)所用到的Atmega16L芯片便是ATmega系列中的一種，在這里作為充電器的核心部件。它是一種具有40引腳的高性能、低功耗的8位微處理器。其功能特性如下： (1) 8位CPU。(2) 先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)：131 條指令 大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期32個(gè)8 位通用工作寄存器全靜態(tài)工作(3) 非易失性數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器：16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命可達(dá)到10,000 次以上。具有

26、獨(dú)立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過(guò)片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。512 字節(jié)的EEPROM，可連續(xù)擦寫100,000 次。1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM，可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密。(4) 可通過(guò)JTAG接口實(shí)現(xiàn)對(duì)FLASH、EEPROM的編程。(5) 32個(gè)可編程的I/O引線，40引腳PDIP封裝。(6) 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器，一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器。(7) 片內(nèi)/ 片外中斷源。(8) 具有一個(gè)10位的AD轉(zhuǎn)換器，能對(duì)來(lái)自端口A的8位單端輸入電壓進(jìn)行采樣。(9) 工作電壓：2.75.5V。速度等級(jí)：08MHz。

27、1.5液晶模塊的選擇 LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)產(chǎn)生畫面。比CRT要好的多，但是價(jià)錢較其貴?，F(xiàn)在LCD已經(jīng)替代CRT成為主流，價(jià)格也已經(jīng)下降了很多，并已充分的普及。在單片機(jī)系統(tǒng)中使用液晶顯示模塊作為輸出器件有以下優(yōu)點(diǎn):1.顯示質(zhì)量高液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，因此液晶顯示器畫質(zhì)高而且不會(huì)閃爍。2.數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單。3.體積小，重量輕4.功率消耗小液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上

28、，因此耗電量比其它顯示器要小得多。 單片機(jī)與液晶顯示模塊之間的連接方式分為直接訪問(wèn)方式和為間接控制方式兩種。1.直接訪問(wèn) 直接訪問(wèn)方式就是將液晶顯示模塊的接口作為存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備直接掛在單片機(jī)總線上，單片機(jī)以訪問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。直接訪問(wèn)方式的接口電路如圖1-2所示，在圖中，單片機(jī)通過(guò)高位地址A11控制CSA，A10控制CSB，以選通液晶顯示屏上各區(qū)的控制器；同時(shí)用地址A9作為R/W信號(hào)控制數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)流向；用地址A8作為D/I信號(hào)控制寄存器的選擇，E(使能)信號(hào)由RD和WE共同產(chǎn)生，這樣就實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)液晶顯示模塊的電路邊接。電位器用于顯示對(duì)比度的調(diào)節(jié)。 圖

29、1-2 直接訪問(wèn)方式電路圖2.間接訪問(wèn) 間接控制方式是單片機(jī)通過(guò)自身的或系統(tǒng)中的并行接口與液晶顯示模塊連接。單片機(jī)通過(guò)對(duì)這些接口的操作，以達(dá)到對(duì)液晶顯示模塊的控制。這種方式的特點(diǎn)就是電路簡(jiǎn)單，控制時(shí)序由軟件實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)高速單片機(jī)與液晶顯示模塊的接口。電路圖如圖1-3所示。在圖中以 P1口作為數(shù)據(jù)口，P3.4為CSA，P3.3為CSB，P3.2為使能端，P3.1為R/W和P3.0為D/I信號(hào)。電位器用于顯示對(duì)比度的調(diào)節(jié)。 圖1-3 間接訪問(wèn)方式電路圖通過(guò)比較結(jié)合本次實(shí)際條件由于Atmega16L芯片沒(méi)有WR、RD管腳，而且為了使電路簡(jiǎn)單且方便軟件實(shí)現(xiàn)，所以最終決定采用間接控制的方式來(lái)設(shè)計(jì)LCD

30、顯示電路。 二 、硬件電路設(shè)計(jì)2.1 LCD液晶顯示2.1.1 LCD的顯示原理 LCD由兩塊玻璃板構(gòu)成，厚約1mm，其間由包含有液晶材料的5m均勻間隔隔開。因?yàn)橐壕Р牧媳旧聿⒉话l(fā)光，所以在顯示兩邊都設(shè)有作為光源的燈管，而在液晶顯示屏背面有一塊背光板（或稱勻光板）和反光膜，背光板是由熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線，其作用主要是提供均勻的背景光源。背光板發(fā)出的光線在穿過(guò)第一層偏振過(guò)濾層之后進(jìn)入包含成千上萬(wàn)液晶液滴的液晶層。液晶層中的液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)單元格構(gòu)成屏幕上的一個(gè)像素。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電極分為行和列，在行與列的交叉點(diǎn)上，通過(guò)改變電壓而改變液晶的旋

31、光狀態(tài)，液晶材料的作用類似于一個(gè)個(gè)小的光閥。在液晶材料周邊是控制電路部分和驅(qū)動(dòng)電路部分。當(dāng)LCD中的電極產(chǎn)生電場(chǎng)時(shí)，液晶分子就會(huì)產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過(guò)第二層過(guò)濾層的過(guò)濾在屏幕上顯示出來(lái)。根據(jù)LCD顯示原理的不同，常見(jiàn)和常用的LCD可以分為字符型LCD和點(diǎn)陣型LCD兩種。不同的顯示原理使得這兩種LCD的指令系統(tǒng)、接口和功能等是不相同的，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但結(jié)合到本次設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，經(jīng)過(guò)比較還是選用點(diǎn)陣型LCD?，F(xiàn)就點(diǎn)陣型LCD的顯示原理、模塊特點(diǎn)等做一簡(jiǎn)要介紹。要想在液晶模塊上顯示一個(gè)漢字或字符，需要3個(gè)最基本的控制操作：分別向3個(gè)控制器寫指令代碼、寫顯示數(shù)據(jù)和讀顯示

32、數(shù)據(jù)。這里要特別引起注意的是完成這3項(xiàng)操作的前提條件是KS0108B控制器處于準(zhǔn)備好的狀態(tài)，即BUSY=0，由模塊的軟件特性知道，當(dāng)BUSY=1時(shí)，系統(tǒng)的接口電路處于被封鎖的狀態(tài)，是不能接受除讀狀態(tài)指令外的任何操作的。因此在訪問(wèn)控制器之前，一定要判斷控制器的當(dāng)前狀態(tài)。具體到軟件設(shè)計(jì)時(shí)，則需設(shè)計(jì)一判忙程序，在判斷BUSY=0后，再往下進(jìn)行操作。在本模塊中，每個(gè)漢字的大小是1616點(diǎn)陣，而每個(gè)字符的大小是816點(diǎn)陣，即字符的寬度為漢字的1/2。它們都是以二維數(shù)組的格式存放在ROM中。向液晶模塊顯示一個(gè)漢字的過(guò)程就是：由液晶屏顯示區(qū)的指定字符行的指定列開始，連續(xù)輸出該字符對(duì)應(yīng)的字符庫(kù)中的16個(gè)列數(shù)據(jù)

33、，如果是顯示字符，則輸出8個(gè)列數(shù)據(jù)即可。上面已經(jīng)介紹到，MGLS-19264液晶模塊中液晶屏顯示區(qū)為19264點(diǎn)陣，其中，它們的每8個(gè)像素行組成一頁(yè)，整個(gè)顯示區(qū)共分為8頁(yè)，每64列為一個(gè)區(qū)，這樣，它就有左、中、右3個(gè)區(qū)，它的顯示區(qū)示意圖如下：圖2-6 液晶屏顯示區(qū)示意圖液晶模塊顯示字符是從上到下，從左到右進(jìn)行顯示的。假設(shè)定義從最左上角開始顯示，則先從上到下顯示第0頁(yè)的第一列，依次從左向右開始顯示。MGLS-19264LCM的顯示部分為左、中、右3個(gè)區(qū)，可以由CS片選的取值分別進(jìn)行控制，其接口的片選定義如下：表2-1 MGLS的片選定義表 有了上面的知識(shí)，就可以編寫顯示界面這一塊程序。由于每個(gè)漢

34、字或字符在圖中位置是固定的，只要定義了相應(yīng)的選區(qū)及X、Y地址，就可以顯示出具體的位置。用lr來(lái)表示漢字的區(qū)域，當(dāng)lr=0，表示左區(qū)；lr=1，表示中區(qū)；lr=2，表示右區(qū)。X表示頁(yè)面，Y表示列地址。則(lr.X.Y)就可以定義出這個(gè)字在屏上的實(shí)際位置。以第一行的“智”字為例，這個(gè)字位于模塊的左區(qū)，則lr=0；它位于第一頁(yè)和第二頁(yè)，則X=0；它位于列地址的48-63字節(jié)，Y=48，那么“智”就可以通過(guò)(0.0.48)精確地表示出它的位置。這里要注意的是每個(gè)漢字占用的行地址是兩頁(yè)，如“智”字占的就是X0和X1，即第二行的漢字其X=2而不是1。因此，第二行的“電”就應(yīng)該表示為(0.2.0)，其它字符

35、依此設(shè)計(jì)即可。2.1.2 液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器HD61202及其兼容液晶顯示控制器是一種帶有驅(qū)動(dòng)輸出的圖形液晶顯示控制器，而在小規(guī)模點(diǎn)陣液晶顯示模塊上使用液晶顯示驅(qū)動(dòng)器組成液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是非常有益的，這將使液晶顯示模塊的硬件電路簡(jiǎn)單化，從而降低模塊的成本，同時(shí)也提高了對(duì)軟件功能的要求。許多顯示功能如光標(biāo)、字符庫(kù)、閃爍都需要由軟件編制而成。HD61203和HD61202就是這類液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器套件。之所以稱它們?yōu)樘准且驗(yàn)镠D61203和HD61202必須配套使用，通常有12864和19264兩種規(guī)格。1內(nèi)藏64*64=4096位顯示RAM，RAM中每位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)LCD屏上的一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀

36、態(tài)。2HD61202及其兼容控制器是列驅(qū)動(dòng)器，具有64路列驅(qū)動(dòng)輸出。3HD61202及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器讀、寫時(shí)序與68系列微處理器相符，因此它可直接與68系列微處理器借口相聯(lián)。4HD61202及其兼容控制器的占空比為1/321/64。2.1.3 液晶顯示模塊的特點(diǎn)MGLS-12864圖形液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)是由一片KS0107B或兼容驅(qū)動(dòng)器( HD61203 )作為行驅(qū)動(dòng)器和兩片KS0108B或兼容驅(qū)動(dòng)器(HD61203) 作為列驅(qū)動(dòng)器組成的。它的主要技術(shù)參數(shù)及其供電特點(diǎn)如下：電源：DC+5V，模塊內(nèi)自帶用于LCD驅(qū)動(dòng)的負(fù)壓電路。顯示內(nèi)容：12864全屏幕點(diǎn)陣。指令形式：七種指令。接口

37、形式：與控制器采用8位數(shù)據(jù)總線和8位控制線相連。工作環(huán)境：10+50。模塊應(yīng)用有三種電源：邏輯電源、液晶驅(qū)動(dòng)電壓、背光電壓。本次選用的模塊是雙電源供電（VDD/V0），需要提供一個(gè)液晶驅(qū)動(dòng)電壓，用以調(diào)節(jié)對(duì)比度，接在液晶模塊的V0引腳上，由于液晶的對(duì)比度會(huì)隨著溫度的變化而相應(yīng)變化，所以其液晶顯示驅(qū)動(dòng)電壓值應(yīng)隨著溫度作相應(yīng)的調(diào)整，這里采用了一個(gè)電位器，調(diào)整電壓值。背光供電為3.8-4.1V的支流電源，選用電源太大不僅增加功耗，更有可能損壞背光燈和縮短模塊的使用壽命。 MGLS-12864液晶顯示模塊一共有20個(gè)引腳。圖2-7 MGLS-12864的邏輯電路圖 表2-2 MGLS-12864的接口2

38、.2硬件電路設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)對(duì)以上對(duì)ATmega16L芯片的端口、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路、以及復(fù)位電路和LCD液晶顯示等原理的介紹后，現(xiàn)在就可以完成對(duì)這部分硬件電路的設(shè)計(jì)了。再結(jié)合前面的分析采用間接訪問(wèn)的方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與液晶顯示模塊之間的連接。LCD模塊的8位數(shù)據(jù)線接在了Atmega16L芯片B口的8位數(shù)據(jù)線上，這里用了一個(gè)74LS24作為鎖存器使它們間接連接在一起。LCD的EN、D/I、CS1、CS2、R/W分別連接到PA3PA7上，其詳細(xì)的接法見(jiàn)下圖:圖2-8 硬件接線圖2.3電源電路的設(shè)計(jì) 在本次的設(shè)計(jì)中，要供電給ATmega16和LCD顯示模塊兩部分，而一個(gè)LM7805的輸出電流不足，所以打算將me

39、ga16和顯示模塊分別供電，所以實(shí)際電路中用到了兩片7805。5V電源電路設(shè)計(jì):圖2-9 電源原理圖 上圖是LM78作為輸出電壓固定的典型電路圖，正常工作時(shí)，輸入、輸出電壓差為3-8V。輸入電壓PS為9V。電路中接入電容C5用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和抑止電路引入的干擾，C11是有極性的電解電容，以減小穩(wěn)壓電壓輸出端由輸入電源引入的電平干擾。D1是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端短路時(shí)，給輸出電容器C11一個(gè)放電電路，防止C11兩端電壓作用于調(diào)壓管的be結(jié)，造成調(diào)壓管be結(jié)擊穿而損壞。其中C5、C11兩個(gè)電容只是起濾波作用選用的大小沒(méi)有特別的要求。 三 、軟件設(shè)計(jì)3.1 液晶顯示界面圖3

40、-2 LCD界面顯示這次設(shè)計(jì)采用的液晶顯示模塊本是MGLS-12864芯片，用一片KS0107B或兼容驅(qū)動(dòng)器( HD61203 )作為行驅(qū)動(dòng)器和三片KS0108B或兼容驅(qū)動(dòng)器(HD61203) 作為列驅(qū)動(dòng)器組成的。液晶顯示的第一行為“智能型充電器”，由左起第四列開始顯示，這樣正好左右平均分配。第二行左起頂格顯示“電池”，表示對(duì)充電電池的選擇，可進(jìn)行“鋰電、鎳鎘、鎳氫、鉛酸”四種電池的選取，第三行顯示電池的節(jié)數(shù)，第四行顯示狀態(tài)，可以在“快充、涓充、充滿、放電”四個(gè)選項(xiàng)間進(jìn)行選取，第二行到第四行左起分別顯示電壓、電流和溫度數(shù)值。由此可見(jiàn)，左邊的兩選項(xiàng)在充放電的過(guò)程中是不變的，而右邊的三個(gè)參數(shù)在充電

41、過(guò)程中隨時(shí)發(fā)生變化。3.2系統(tǒng)程序流程圖(1)主程序流程圖這次設(shè)計(jì)課題的主要內(nèi)容是在充電器的充電過(guò)程中，采集參數(shù)，進(jìn)行電壓、電流、溫度的實(shí)時(shí)顯示。其主流程圖設(shè)計(jì)如下：按 鍵 調(diào) 節(jié)采樣V、A、T顯示V、A、T 充滿？結(jié) 束YN 初 始 化采 集 電 池 電 壓0開 始Y有 電 池?zé)o 電 池等 待掃 描 按 鍵有鍵按下？YNN圖3-3 主程序流程圖(二)控制程序流程圖 要想在液晶模塊上顯示一個(gè)字符或漢字，首先必須得對(duì)控制字進(jìn)行寫指令代碼、寫顯示數(shù)據(jù)和讀顯示數(shù)據(jù)3項(xiàng)操作。完成這3項(xiàng)工作都必須保證控制器處于不忙的情況下，這就必須有一個(gè)判忙子程序，其流程圖如下：圖3-4 判忙程序流程圖(三)顯示程序流程圖根據(jù)上面采用