单片机课程设计(论文)
图3.1 C51单片机管脚图图3.2 C51单片机实物图
3.2 颜色传感器及硬件电路的连接
3.2.1 颜色传感器
TCS3200D芯片的结构框图与特点:
TCS3200D是TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器，它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝（RGB）三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器，TCS3200D的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接，由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单，图3.3是TCS3200D的引脚和功能框图。
TCS2301234S0 S3 S1 S2OE OUTGND Vcc8765输出光电二极管阵列S2S3电流--频率转换器S0S1OE图3.3 TCS3200D的引脚和功能图
图3.3中，TCS3200D采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64
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个光电二极管，这些二极管分为四种类型，其16个光电二极管带有红色滤波器；16个光电二极管带有绿色滤波器；16个光电二极管带有蓝色滤波器，其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息，这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器，该传感器的典型输出频率范围从2Hz－500kHz，用户还可以通过两个可编程引脚来选择100％、20％或2％的输出比例因子，或电源关断模式。输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。例如，当使用低速的频率计数器时，就可以选择小的定标值，使TCS3200D的输出频率和计数器相匹配。
从图3.3可知：当入射光投射到TCS3200D上时，通过光电二极管控制引脚S2、S3的不同组合，可以选择不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波（占空比是50％），不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引脚S0、S1，选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。
下面简要介绍TCS3200D芯片各个引脚的功能及它的一些组合选项。
S0、S1用于选择输出比例因子或电源关断模式；S2、S3用于选择滤波器的类型；OE反是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输出引脚时，也可以作为片选信号，OUT是频率输出引脚，GND是芯片的接地引脚，VCC为芯片提供工作电压，表3.1是S0、S1及S2、S3的可用组合。
表3.1 S0、S1及S2、S3的组合选项
S0 L L H H
S1 L H L H
输出频率定标 关断电源 2% 20% 100%
S2 L L H H
S3 L H L H
滤波器类型 红色 蓝色 无 绿色
3.2.2 TCS3200D颜色传感器与51单片机的连接
TCS3200D是TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器，该传感器具有分辨率高、可变成的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点；输出为数字量，可直接与微处理器连接。图3.4为TCS3200D颜色传感器的实物图。
TCS3200D颜色传感器的S0管脚接51单片机的P1.0管脚，S1管脚接P1.1管脚，OE管脚接P1.2管脚，GND管脚接地，Vcc管脚接电源，OUT管脚接P3.2管脚，S2管脚接P1.6管脚，S3管脚接P1.7管脚。如下图3.5所示。
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图3.4 TCS3200D颜色传感器实物管脚图
S0S1ETCS230S2S3OUTP1.0P1.1P1.2P1.6P1.7P3.2
51单片机图3.5 TCS3200D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。
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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。
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
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：
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表3.3 控制命令表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
指令 清显示 光标返回 置输入模式 显示开/关控制 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
RS RW D7 D6 D5 D4 D3 0 0 0 0 0 0 0
0
0
0 0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 1
0 0 0 1
1 0 1
D2
0 * 1 D F
D1 D0 0 1 I/D S C *
B * *
S/C R/L *
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。
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