徐州工程学院毕业设计(论文)
S0S1ETCS230S2S3OUTP1.0P1.1P1.2P1.6P1.7P3.2
51单片机图3.5 TCS230与单片机的连接图
3.2.3 LCD1602与51单片机的连接
1、液晶显示器简介
液晶显示器简称LCD显示器，它是利用液晶经过处理后能改变光线的传输方向的特性显示信息的。液晶显示器具有体积小、重量轻、功耗极低、显示内容丰富等特点，在单片机应用系统中得到了日益广泛的应用。液晶显示器按其功能可分为三类：笔段式液晶显示器、字符点阵式液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。前两种可显示数字、字符和符号等，而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形，达到图文并茂的效果。
字符型液晶显示器模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等的点阵式液晶显示模块。它是由若干个5*7或5*11等点阵符位组成的，每一个点阵字符位都可以显示一个字符。点阵字符位之间有一定点距的间隔，这样就起到了字符间距和行距的作用。
要使用点阵型LCD显示器，必须有相应的LCD控制器、驱动器来对LCD显示器进行扫描、驱动，以及一定空间的ROM和RAM来存储写入的命令和显示字符的点阵。现在往往将LCD控制器、驱动器、RAM、ROM和LCD显示器连接在一起，称为液晶显示模块LCM。使用时只要向LCM送入相应的命令和数据就可以实现显示所需的信息。
目前市场上常用的有16字*1行、16字*2行、20字*2行和40字*2行等的字符液晶显示模块。这些LCM虽然显示字符数各不相同，但是都具有相同的输入输出界面。本文将介绍16*2字符型液晶显示模块CA1602A的应用。
（1）、字符型液晶显示模块CA1602A的外观与引脚
CA1602A字符型液晶显示模块是2行16字的5*7点阵图形字符的液晶显示器，它的外观形状如图3.6。
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图3.6 CA1602A的外观
CA1602A采用标准的16脚接口，各引脚情况如下： 第1脚：Vss，电源地 第2脚：Vcc，+5v电源 第3脚：Vo，液晶显示偏压信号
第4脚：RS，数据/命令选择端，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。
第5脚：RW：读/写选择端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。但RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址；当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号；当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚：E，使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第7-14脚：D0-D7，为8位双向数据线。 第15脚：A，背光源正极 第16脚：K，背光源负极 （2）、指令格式与指令功能
LCD控制器HD44780内有多个寄存器，通过RS和RW引脚共同决定选择哪一个寄存器，选择情况见表3.2。
表3.2 HD44780内部寄存器选择表
RS
0 0 1 1 RW 0 1 0 1
表3.3 控制命令表
寄存器及操作 指令寄存器写入 忙标志和地址计数器读出
数据寄存器写入 数据寄存器读出
总共有11条指令，它们的格式和功能如下表3.3： 序号 1 2 3 4
指令 清显示 光标返回 置输入模式 显示开/关控制
0
0
RS RW D7 D6 D5 D4 D3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
1 0 1
D2
0 * 1 D
I/D S C
B D1 D0 0 1
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光标或字符移位 置功能
置字符发生存储器地址 置数据发生存储器地址 读忙标志或地址
从CGRAM或DDRAM读数
0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 1 0 1
0 0 0 1
0 0 1
0 1
1 S/C R/L *
F
*
* *
DL N
字符发生存储器地址
显示数据发生存储器地址
BF 计数器地址
要写的数据内容 读出的数据内容
写数到CGRAM或DDRAM 1
液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图3.7是1602的内部显示地址。
图3.7 1602的内部显示地址
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大 小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址 41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
（3）、LCD显示器的初始化
LCD使用之前须对它进行初始化，初始化可以通过复位完成，也可以在复位后完成，初始化过程如下：
1）.清屏。 2）.功能设置。 3）.开/关显示设置。 4）.输入方式设置。
2、1602显示器与单片机的连接
在本设计中，1602显示器与单片机的连接如下图3.8所示：
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P0.0~P0.7D0~D7 P2.751单片机 P2.1ELCD1602RW P2.0RS图3.8 1602显示与单片机连接图
3.3 TCS230颜色识别原理简介
TCS230识别颜色的原理:
由上面的介绍可知，这种可编程的彩色光到频率转换器适合于色度计测量应用领域，如彩色打印、医疗诊断、计算机彩色监视器校准以及油漆、纺织品、化妆品和印刷材料的过程控制和色彩配合。下面以TCS230在液体颜色识别中的应用为例，介绍它的具体使用。首先了解一些光与颜色的知识。
（1） 三原色的感应原理：
通常所看到的物体颜色，实际上是物体表面吸收了照射到它上面的白光（日光）中的一部分有色成分，而反射出的另一部分有色光在人眼中的反应。白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是说白光中包含着各种颜色的色光（如红R、黄Y、绿G、青V、蓝B、紫P）。根据德国物理学家赫姆霍兹（Helinholtz）的三原色理论可知，各种颜色是由不同比例的三原色（红、绿、蓝）混合而成的。
（2）TCS230识别颜色的原理：
由三原色感应原理可知，如果知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测试物体的颜色。对于TCS230来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其他原色的通过。例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同时，选择其他的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个值，就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色。
（3）白平衡和颜色识别原理：
白平衡就是告诉系统什么是白色。从理论上讲，白色是由等量的红色、绿色和蓝色混合而成的；但实际上，白色中的三原色并不完全相等，并且对于TCS230的光传感器来说，它对这三种基本色的敏感性是不相同的，导致TCS230的RGB输出并不相等，因此在测试前必须进行白平衡调整，使得TCS230对所检测的\白色\中的三原色是相等的。进行白平衡调整是为后续的颜色识别作准备。在本装置中，白平衡调整的具体步骤和方法如下：将空的试管放置在传感器的上方，试管的上方放置一个白色的光源，使入射光能够穿过试管
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照射到TCS230上；根据前面所介绍的方法，依次选通红色、绿色和蓝色滤波器，分别测得红色、绿色和蓝色的值，然后就可计算出需要的3个调整参数。
当TCS230识别颜色时，就用这3个参数对所测颜色的R、G和B进行调整。这里有两种方法来计算调整参数：1、依次选通三颜色的滤波器，然后对TCS230的输出脉冲依次进行计数。当计数到255时停止计数，分别计算每个通道所用的时间，这些时间对应于实际测试时TCS230每种滤波器所采用的时间基准，在这段时间内所测得的脉冲数就是所对应的R、G和B的值。2、设置定时器为一固定时间 （例如10ms），然后选通三种颜色的滤波器，计算这段时间内TCS230的输出脉冲数，计算出一个比例因子，通过这个比例因子可以把这些脉冲数变为255。在实际测试时，室外同样的时间进行计数，把测得的脉冲数再乘以求得的比例因子，然后就可以得到所对应的R、G和B的值。
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