【摘 要】 以常用的STC12C5A60S2單片機(jī)為主控芯片，以實(shí)驗(yàn)室單片機(jī)平臺為載體，分別對數(shù)碼管、LCD1602、LCD12864、OLED以及TFT五種顯示屏進(jìn)行DS18B20溫度傳感器采集與顯示實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明五種顯示模塊均能有效采集并顯示當(dāng)前溫度值，對比分析各種顯示模塊的性能，為不同應(yīng)用場景下的顯示需求提供了參考和借鑒，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】 顯示模塊；STC12C5A60S2；DS18B20；實(shí)驗(yàn)

Experimental Research of Display Module Based on STC12C5A60S2

Single Chip Microcomputer

Shu Renyi，Xu Feng， Wang Jian，Wang Qianchun

（Huainan Normal University， Huainan 232038， China）

【Abstract】 Single Chip Microcomputer （MCU） technology is the basic course of electronic information major. Display module， as an important part of the peripheral interface circuit of MCU， has been widely used in various practical activities. In this study， STC12C5A60S2 single chip microcomputer is used as the main control chip， and the single chip microcomputer platform in the laboratory is used as the carrier. The DS18B20 temperature sensor acquisition and display experiments are carried out on five kinds of display screens， namely digital tube， LCD1602， LCD12864， OLED and TFT. The experimental test results show that the five display modules can effectively collect and display the current temperature value， and compare and analyze the performance of various display modules， which provides a reference for the display requirements in different application scenarios， and has important practical application value.

【Key words】 display module; STC12C5A60S2; DS18B20; experiment

〔中圖分類號〕 TP274 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕 A 〔文章編號〕 1674 - 3229（2024）03 - 0083 - 06

0 引言

單片機(jī)技術(shù)在日常生活、社會生產(chǎn)和實(shí)踐中的應(yīng)用無處不在，如單片機(jī)在農(nóng)業(yè)大棚中的應(yīng)用［1］、智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)［2］、汽車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)［3］、廢水利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［4］等。幾乎所有的應(yīng)用案例都離不開顯示功能，最常見的數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)中使用數(shù)碼管顯示［5］、信號發(fā)生制作中用到LCD1602屏［6］、智慧教室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用LCD12864屏［7］、電動車充電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)用到OLED屏［8］、射頻功率計(jì)設(shè)計(jì)使用TFT屏［6］。本研究基于STC12C5A60S2單片機(jī)對以上常見的顯示模塊分別進(jìn)行溫度采集實(shí)驗(yàn)，比較不同顯示模塊的參數(shù)，分析每個(gè)顯示模塊適合的應(yīng)用場景。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了研究常用的顯示模塊，采用最簡潔的溫度傳感器獲取當(dāng)前的溫度值，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。單片機(jī)采用STC12C5A60S2芯片，溫度傳感器使用DS18B20型號，數(shù)碼管，液晶屏（Liquid Crystal Display， LCD）分別采用LCD1602、LCD12864、有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）以及薄膜晶體管（Thin film transistor， TFT）液晶屏4種類型。

2 系統(tǒng)硬件模塊

2.1 STC12C5A60S2單片機(jī)

STC12C5A60S2屬于增強(qiáng)型8051，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051［9］。本設(shè)計(jì)采用雙列直插封裝類型，相比傳統(tǒng)增加P4口部分引腳，整個(gè)管腳排列如圖2所示。

2.2 DS18B20溫度傳感器

DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器芯片［10］，具有3引腳TO-92小體積封裝形式，如圖3所示，引腳接口信息如表1所示。

DS18B20溫度傳感器顯示溫度范圍為-55℃～+125℃。顯示模塊采用6位字符，保留小數(shù)點(diǎn)后1位。當(dāng)溫度為正時(shí)，顯示格式如圖4所示；溫度為負(fù)時(shí)，顯示格式如圖5所示。

2.3 數(shù)碼管

數(shù)碼管是最常用的顯示模塊，一般在顯示內(nèi)容不多時(shí)使用，成本低。根據(jù)顯示要求，采用8段式共陽數(shù)碼管顯示器，共陽數(shù)碼管的公共端接的是高電平，為了增加數(shù)碼管的驅(qū)動能力，使用74HC245芯片。由于8段式數(shù)碼管可以顯示小數(shù)點(diǎn)，在顯示個(gè)位數(shù)字時(shí)點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn)，因此，數(shù)碼管只需要5個(gè)就可以滿足顯示溫度的要求，設(shè)計(jì)示意如圖6所示。

采用動態(tài)顯示采集的溫度值，利用人的視覺暫留效應(yīng)，只要設(shè)置好足夠短的時(shí)間間隔，使循環(huán)周期達(dá)到每秒24次以上，就可以實(shí)現(xiàn)人眼靜態(tài)顯示的效果。

2.4 LCD1602顯示屏

LCD1602是2×6字符型液晶顯示模塊，一般顯示2行，每行16個(gè)字符，采用5×7的點(diǎn)陣顯示。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由字符型液晶顯示屏、控制驅(qū)動電路HD44780以及擴(kuò)展驅(qū)動電路HD44100三部分組成。LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，一般標(biāo)準(zhǔn)無背光的是14引腳接口，帶背光的是16引腳接口。本設(shè)計(jì)采用帶背光調(diào)節(jié)的LCD1602，具體接口信息如表2所示。LCD1602液晶顯示溫度設(shè)計(jì)示意如圖7所示。

2.5 LCD12864顯示屏

LCD12864液晶是點(diǎn)陣液晶顯示模塊，由128×64個(gè)液晶顯示點(diǎn)組成，一般采用8位并行接口方式，內(nèi)部有帶字庫和不帶字庫兩種，本設(shè)計(jì)采用的是帶字庫的液晶顯示器，共有20個(gè)管腳，接口信息如表3所示。LCD12864液晶顯示溫度設(shè)計(jì)示意圖與LCD1602基本一致，如圖7所示。

2.6 OLED顯示屏

OLED顯示屏的原理是利用有機(jī)發(fā)光二極管的特性來實(shí)現(xiàn)圖像顯示，一般大小是0.96寸，分辨率為128×64，可以顯示4行，每行8個(gè)漢字，驅(qū)動芯片為SSD1306。OLED采用IIC（Inter-integerted Circuit）通信方式，以半雙工方式傳送的串行總線，由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成，可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)采用4管腳的白色OLED模塊，引腳信息如表4所示。OLED液晶顯示溫度設(shè)計(jì)框圖如圖8所示。

2.7 TFT顯示屏

TFT屏是在液晶顯示屏的每一個(gè)像素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管，可以提高顯示圖像質(zhì)量。本設(shè)計(jì)采用ILI9341芯片驅(qū)動的TFT屏，支持分辨率為240×320的圖片數(shù)據(jù)，屏大小為2.8寸，采用4線SPI接口，具體引腳信息如表5所示。TFT液晶顯示溫度設(shè)計(jì)示意如圖9所示。

3   系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)以Keil為開發(fā)平臺，顯示溫度的主程序流程分別如圖10和圖11所示。溫度值為非負(fù)時(shí)，直接獲取溫度的百位、十位、個(gè)位和小數(shù)位；溫度為負(fù)時(shí)，先取出溫度的負(fù)號，再獲取十位、個(gè)位和小數(shù)位。

3.2 溫度采集設(shè)計(jì)

獲取DS18B20的溫度值處理過程主要分為3個(gè)步驟：首先啟動溫度轉(zhuǎn)換命令；其次等待溫度轉(zhuǎn)換；最后復(fù)位初始化并發(fā)出讀溫度轉(zhuǎn)換值命令。溫度獲取程序流程如圖12所示。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 實(shí)驗(yàn)測試

實(shí)驗(yàn)測試以單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)箱為硬件基礎(chǔ)平臺，依據(jù)圖6-圖9的連接示意圖，分別搭建各個(gè)顯示模塊電路，同時(shí)同地進(jìn)行測量，測得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖13所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各種顯示模塊均能正常顯示當(dāng)前溫度值（單位：℃），測得溫度值大小基本一致，圖14顯示3個(gè)不同時(shí)段的室內(nèi)溫度值大小（實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2024年5月14日）。由于同一時(shí)間段在實(shí)驗(yàn)室不同位置測量溫度值會略有差異。

4.2 數(shù)據(jù)分析

為了比較5種不同顯示溫度模塊的差異，分別從所用數(shù)量、成本、占用單片機(jī)資源以及程序大小方面進(jìn)行對比，如表6所示。

從表6中可以看出不同顯示模塊適用于不同應(yīng)用場合，在僅顯示溫度情況下選擇數(shù)碼管或者OLED屏顯示較合適，如果需要顯示更多信息，數(shù)碼管可能無法滿足要求。無論從體積、成本還是消耗資源來說，使用OLED屏相對其他3個(gè)液晶屏更合適。

5 結(jié)論

進(jìn)行簡單的溫度采集，分別在數(shù)碼管、LCD1602、LCD12864、OLED以及TFT五種顯示屏上，測試、對比各種顯示模塊的特點(diǎn)，為顯示模塊的選擇提供了參考價(jià)值。本次實(shí)驗(yàn)中DS18B20的DQ引腳接的是P3.6引腳，由于P1口、P2口以及P3口引腳內(nèi)置了上拉電阻，因此，在外接DQ時(shí)可以不用再接上拉電阻，如果使用的是P0口引腳，由于內(nèi)部無上拉電阻，一般需要外接一個(gè)上拉電阻。單片機(jī)顯示模塊在電子信息類專業(yè)課程設(shè)計(jì)、學(xué)科競賽等實(shí)踐活動中也有著很廣泛的應(yīng)用，如安徽省單片機(jī)技能競賽對于51平臺指定使用LCD12864顯示屏，對于STM32平臺指定使用TFT屏；全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽使用較多的有OLED屏、TFT屏。后續(xù)可在此研究基礎(chǔ)上擴(kuò)充至不同傳感器和處理器平臺顯示更加豐富的數(shù)據(jù)信息，因此，對單片機(jī)顯示模塊的研究在學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中有著重要的指導(dǎo)意義。

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責(zé)任編輯 呂榮榮

[收稿日期] 2024-05-12

[基金項(xiàng)目] 安徽省高等學(xué)校質(zhì)量工程教學(xué)研究項(xiàng)目（2022jyxm1433、2021jyxm1384）；淮南師范學(xué)院質(zhì)量工程教學(xué)研究項(xiàng)目（2021hsjyxm03）；安徽省高校自然科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目（2023AH051550）；淮南師范學(xué)院電子信息工程專業(yè)教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2023hsjxtd01）；淮南師范學(xué)院示范實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心（2023hssysx01）

[作者簡介] 束仁義（1987- ），男，碩士，淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院講師，研究方向：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。