河南理工大学毕业论文 第 16 页 共 52 页
8051是Intel公司于80年代初推出的8位嵌入式微控制器（内部数据总线为8位，外部数据总线为8位），它与MCS－96系统中的其它芯片相比，具有性能高、功能全、售价低廉、使用方便（48PINDIP）等优点。8051在工业应用方面有许多明显的特点，它具有灵活方便的8位总线外围支援器扩展功能，而在数据处理方面又有8位微机的快速功能。由于大的高度集成化已把许多常驻用的输入检测输出控制通道都制作在同一块硅片上，大大地灵活了外部连线，增强了系统的稳定性并且速度快（时钟12MHz），非常适合于工业环境下安装使用。因此本系统CPU选用8051芯片。
8051单片机引脚采用40双列直插式封装结构。其引脚图如图2—7—1所示。8051CPU中的主要元件有：高速寄存器阵列、特殊功能寄存器（SFR）、寄存器控制器和算术逻辑单元（RALU）。它与外部通讯是通过特殊功能寄存器SFR或存储器控制器进行的。8051CPU的主要特色是体积小，重量轻，抗干扰能力强，售价低，使用方便。此外，通过SFR还可以直接控制I/O、A/D、PWM、串行口等部件的有效运行。
CPU内部的一个控制单元和两条总线寄存器阵列和EALU连接起来。这两条总线是：16位地址总线（A-BUS）和8位数据总线（D-BUS）。数据总线仅在RALU与寄存器阵列或SFR之间传送数据，地址总线用作上述数据传送的地址总线或用作与寄存器控制器连接的多路复用地址/数据总线。CPU对片内RAM访问是直接访问和通过寄存器R0，R1间接访问的。
8051工作时所需的时钟可通过其XTALL输入引脚由外部输入，也可采用芯片内部的振荡器。8051的工作频率为6～12MHz。在本系统中采用11.0592MHz频率。
图2—7—1 8051单片机引脚图
8051每次上电时必须复位。所谓复位，就是让单片机应用系统在正式工作之前处于一种特定状态，即正式工作前的起点，这个任务就是由复位电路来完成。8051单片机在引脚RESET/Vpp出现高电平时实现复位和初始化。RESET由高电平变低电平后，单片机
河南理工大学毕业论文 第 17 页 共 52 页
从0000h地址开始执行程序，其初始复位不影响内部RAM的状态，包括工作寄存器R7～R0。在正常运行的情况下，要实现复位操作，必须使RESET引脚至少保持两个机器周期的高电平。CPU在第二个机器周期内执行内部复位操作，以后每一个机器周期重复一次，直至RESET端电平变低。复位期间不产生ALE及PSEN信号。8051的内部结构框图如图2—7—2所示。
图2—7—2 8051单片机内部结构框图
2. 1602液晶显示器
液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。
本设计使用的字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，容量为1行2行16个字。
1602采用标准的16脚接口，其中VSS为地电源，VDD接5V正电源，V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，可通过一10KΩ的电位器调整对比度。RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当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。E端为使
河南理工大学毕业论文 第 18 页 共 52 页
能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。D0~D7为8位双向数据线。
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)存储了160个点阵字符图形，如图2-7-1所示，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”。
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2—7—1所示:
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 置数据存储器地址 读忙标志或地址 写数到CGRAM或DDRRAM 从CGRAM或DDRRAM RS 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 R/W D7 0 0 0 0 0 0 0 1 BF D6 0 0 0 0 0 0 1 D5 0 0 0 0 0 1 D4 0 0 0 0 1 D3 0 0 0 1 D2 0 0 1 D D1 0 1 I/D C D0 1 * S B * * 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 S/C R/L * F * DL N 字符发生存储器地址（ACG） 显示数据存储器地址（ADD） 计数器地址（AC） 要写的数据 读出的数据 表2—7—1 1602液晶模块指令表
1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都可以通过指令编程来实现。（说明：1为高电平、0为低电平） 指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置 指令2：光标复位，光标返回到地址00H 指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效 指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符 指令7：字符发生器RAM地址设置 指令8：DDRAM地址设置 指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令10：写数据 指令11：读数据
1602液晶显示模块可以和单片机8051直接连接，电路如图2—7—3所示。
河南理工大学毕业论文 第 19 页 共 52 页
图2—7—31602液晶模块与8051单片机连接图
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，表2—7—2是1602的内部显示地址。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F 表2—7—2 1602液晶模块内部显示地址图
比如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H) 以下是在液晶模块的第二行第一个字符的位置显示字母“A”的程序：
RS EQU P3.0 RW EQU P3.1 E EQU P3.5 ORG 0000H
MOV P1,#00000001B ；清屏 ACALL ENABLE
MOV P1,#00111000B ；8位2行5x7点阵 ACALL ENABLE
2 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F 河南理工大学毕业论文 第 20 页 共 52 页
MOV P1,#00001111B ；显示器开、光标开、闪烁开 ACALL ENABLE
MOV P1,#00000110B ；文字不动，光标自动右移 ACALL ENABLE
MOV P1,#0C0H ；写入显示起始地址（第二行第一个位置） ACALL ENABLE
MOV P1,＃01000001B ；字母A的代码 SETB RS ；RS=1 CLR RW ；RW=0 CLR E ；E=0 ACALL DELAY SETB E ；E=1 AJMP $
ENABLE: CLR RS ；写入控制命令的子程序 CLR RW CLR E ACALL DELAY SETB E RET
DELAY: MOV P1,#0FFH ；判断液晶显示器是否忙的子程序 CLR RS SETB RW CLR E NOP SETB E
JB P1.7,DELAY ；如果P1.7为高电平表示忙就循环等待 RET
程序在开始时对液晶模块功能进行了初始化设置，约定了显示格式。注意显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预，每次输入指令都先调用判断液晶模块是否忙的子程序DELAY，然后输入显示位置的地址0O0H，最后输入要显示的字符A的代码41H。 3. DS18B20数字温度传感器
DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。 一、DS18B20的性能特点