基于單片機(jī)虛擬串口驅(qū)動LCD1602的電路仿真

鄭榮杰,賈新立,崔海良,余云霞,羅海兵,張艷敏

(1.河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校電氣工程系,河北滄州 061001;2.湘潭大學(xué)材料與光電物理學(xué)院,湖南湘潭 411105)

基于單片機(jī)虛擬串口驅(qū)動LCD1602的電路仿真

鄭榮杰1,賈新立1,崔海良1,余云霞2,羅海兵1,張艷敏1

(1.河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校電氣工程系,河北滄州 061001;2.湘潭大學(xué)材料與光電物理學(xué)院,湖南湘潭 411105)

基于Multisim10仿真軟件,設(shè)計單片機(jī)的虛擬串口驅(qū)動LCD1602液晶電路。實現(xiàn)了虛擬串口擴(kuò)展并行輸出的功能。該設(shè)計適用單片機(jī)UART串口被占用時,以最少的單片機(jī)I/O口驅(qū)動LCD1602,滿足顯示電路中復(fù)雜信息的需求。與傳統(tǒng)的設(shè)計手段相比,在Multisim10平臺支撐下,設(shè)計電路更方便快捷,并可通過仿真結(jié)果直接觀測和驗證設(shè)計電路是否達(dá)到要求,具有省時、低耗、高效的優(yōu)越性。

單片機(jī);電路仿真;Multisim10

在單片機(jī)系統(tǒng)中,顯示電路是人機(jī)交換信息的平臺,其驅(qū)動程序的設(shè)計具有重要的應(yīng)用意義。LCD1602作為字符型液晶顯示模塊,具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點,彌補(bǔ)了數(shù)碼管(LED)只能顯示數(shù)字信息的不足,已經(jīng)成為顯示電路中最常用的器件之一[1]。LCD1602的驅(qū)動方式有并口驅(qū)動與串口驅(qū)動兩種。并口驅(qū)動須占用單片機(jī)大量寶貴的I/O接口;串口驅(qū)動須在單片機(jī)的UART接口空閑的基礎(chǔ)上。本文通過虛擬串口技術(shù)實現(xiàn)對LCD1602的驅(qū)動,既不占用UART接口,又節(jié)省了單片機(jī)的I/O接口資源,可以作為單片機(jī)系統(tǒng)中顯示復(fù)雜信息的一種方法。

1 仿真軟件

目前,為了降低開發(fā)成本,提高開發(fā)效率,電子電路的設(shè)計工作都是通過仿真軟件實現(xiàn)。單片機(jī)仿真主要以Proteus和Keil軟件為主,通過兩者配合進(jìn)行程序和硬件電路的聯(lián)調(diào)。由于涉及到兩個軟件的聯(lián)調(diào),使得電路設(shè)計工作比較復(fù)雜。在NI公司發(fā)布的電路分析軟件最新版本——Multisim10中,這個問題得到了圓滿的解決[2]。在此版本中,添加的MCU模塊將單片機(jī)系統(tǒng)仿真過程中程序編譯、測試及電路設(shè)計、仿真完美的結(jié)合在一起。

本文正是以Multisim10為平臺,設(shè)計了基于單片機(jī)的虛擬串口驅(qū)動LCD1602的電路。通過仿真測試,電路的設(shè)計合理有效,直觀簡潔。

2 電路的設(shè)計

硬件電路如圖1所示。其中單片機(jī)80C51的P0.5與P0.7設(shè)計為虛擬串口的數(shù)據(jù)線和時鐘線。P0.0,P0.1以及P0.2用來控制LCD1602的讀寫信號線、寄存器選擇線與使能端。

LCD1602的CV引腳為液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高。使用時,可以通過一個電位器調(diào)整對比度。RS為寄存器選擇,高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。RW為讀寫信號線,高電平時進(jìn)行讀操作,低電平時進(jìn)行寫操作。E為使能端。D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線,輸入的數(shù)據(jù)可以作為數(shù)據(jù)顯示在液晶屏幕,或作為命令對LCD1602的寄存器和屏幕進(jìn)行各種操作。其功能表如表1。

圖1 LCD1602顯示電路的原理圖

表1 LCD1602中寄存器的功能表

74LS164為8位串入并出移位寄存器,其引腳功能如下:Q0～Q7為并行輸出端;A、B為串行輸入端; CR端為清零端,低電平有效;CLK為時鐘脈沖數(shù)輸入端,在上升沿脈沖作用下實現(xiàn)移位。在CLK=0且CR=1時,74LS164保持原來的數(shù)據(jù)狀態(tài)。

3 模擬仿真

在Multisim10工作平臺下,按照原理圖創(chuàng)建實際電路,具體步驟及說明如下:

1)從MCU Module元件庫805X系列中調(diào)用單片機(jī)80C51。將單片機(jī)放入電路圖中,根據(jù)出現(xiàn)的MCU向?qū)?分別輸入工作區(qū)路徑和工作區(qū)名稱。

2)從Advanced Peripherals元件庫LCDs系列中調(diào)用液晶LCD1602;從T TL元件庫74LS系列中調(diào)用74LS164,并將LCD1602的輸出端與74LS164的輸入端相連接。

3)單片機(jī)的P0.0,P0.1,P0.2引腳分別與LCD1602的引腳E,RS, RW相連接。從Basic元件庫RPACK系列中選擇1X4SIP排阻,并將1X4SIP作為上拉電阻。

4)將單片機(jī)與其他器件的其他引腳正確連接,并接通電源。

完成電路的準(zhǔn)備工作后,編寫單片機(jī)虛擬串口驅(qū)動程序。激活電路進(jìn)行仿真,可以選擇在菜單中執(zhí)行“Simulate”/“Run”命令;或?qū)⒋翱谏系姆抡鎲娱_關(guān)撥向右邊或單擊仿真啟動圖標(biāo)。仿真結(jié)果如圖2。

單片機(jī)的P0.5引腳作為虛擬串行數(shù)據(jù)發(fā)送端,將數(shù)據(jù)經(jīng)過74LS164轉(zhuǎn)換傳輸?shù)絃CD1602,分別在液晶的上下兩行顯示。顯然,通過虛擬串口與74LS164的共同作用,LCD1602控制總線與數(shù)據(jù)線完全可以通過一組P0接口來控制。這不僅節(jié)約了單片機(jī)寶貴的I/O口資源,更解決了單片機(jī)串口輸出信息時對UART口的依賴問題[3]。

圖2 LCD1602顯示電路的仿真結(jié)果

4 參考程序

主程序流程圖如圖3所示。本程序基于MCS-51系列單片機(jī)匯編語言編制而成,LCD1602的虛擬串口驅(qū)動程序編寫在子程序中。在液晶屏上顯示的信息分別置于T AB1與T AB2表中,如:T AB1:db 20H,20H, 20H,′Welcome to′,00H;T AB2:db′www.hbgz.edu.cn′,00H;其中,“20H”代表的是在LCD1602上輸入空格;“00H”作為信息結(jié)束的標(biāo)志。虛擬串口輸出數(shù)據(jù)時,先將數(shù)據(jù)輸入累加器A,然后通過子程序WRIT ECY中帶進(jìn)位左環(huán)移指令RLC實現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)。具體程序如下:

顯然,通過WRIT ECY子程序,使得單片機(jī)的P0.5與P0.7引腳具有了串口在方式0的狀態(tài)下輸出數(shù)據(jù)的功能。

圖3 主程序的流程圖

[1] 趙亮.液晶顯示模塊LCD1602應(yīng)用[J].電子制作,2007,(3):58-59.

[2] 吳霞.Multisim2001電路仿真軟件在計數(shù)器中的分析方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2007,(24):177-178.

[3] 孫士尉.利用單片機(jī)虛擬串口驅(qū)動多路LED顯示[J],江蘇電器,2006,(1):28-30.

(責(zé)任編輯:路文梅)

Simulation of LCD1602 Display Drived by Single Chip Microcomputer Fictious Serial Port

ZHENG Rong-jie1,JIA Xin-li1,CUI Hai-liang1, YU Yun-xia2,LUO Hai-bing1,ZHANG Yan-min1
(1.Department of Electrical Engineering,Hebei Engineering and Technical Colleg e,Cang zhou 061001,China; 2.College of Material Science and Optical Physics,Xiangtan Univ ersity,Xiang tan 411105,China)

Using Multisim10 simulation software,we design a display based on LCD1602 drived by fictitious serial port of single chip microcomputer.It is realized that the output in parallel is replaced by fictious serial port.It can be applied in driving LCD1602 by the least I/O of single chip microcomputer to show complex information,as the UART serial port is occupied.Based on Multisim10,it is easier in designing the circuit than by the traditional methods,and the circuit can be simulated directly on computer to test its properties,which has the advantages of time saving,low cost,and high efficiency.

MCU;circuit simulation;Multisim10

T P391.9

A

1008-3782(2010)01-0049-03

2010-01-12

鄭榮杰(1980-),男,河北滄州人,碩士,河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校實驗員。