我们都知道在学校是通过铃声来控制所有班级的上下课时间,那个单片机是通过什么样的办法进行取指令,执行指令和其它操作的呢?在这里引入了一个时序的概念:

一、时钟电路

单片机时钟电路有三种方式:

1、单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端,XTAL1和XTAL2需外接上晶体和合适的电容。

2、有的单片机内部也自带时钟电路,用于产生时钟信号。

3、单片机管脚XTAL2直接接晶振。

二、周期

1、时钟周期

时钟电路产生时钟信号的周期我们叫时钟周期(振荡周期)。

单片机通电后就产生了固定标称值的脉冲信号,单片机就是在脉冲信号的驱动下顺序地从ROM中(程序存储器)取出指令一条一条的顺序执行,然后进行一系列的微操作控制,来完成各种指定的动作。

2、机器周期

这里,我们需要关注1602的几个管脚,分别是RS,RW,E,D0...D7。由上面的说明我们可以知道:

RS:数据/命令(状态)选择端,当此脚为高电平时,可以对1602进行数据字节的传输操作,而此脚为低电平时,进行命令(状态)字节的传输操作。

RW:读写选择端,当此脚为高电平可对LCD1602进行读数据操作,反之进行写数据操作。

E:使能信号,其实是LCD1602的数据控制时钟信号,利用该信号的上升沿实现对LCD1602的数据传输。

D0...D7:8位并行数据口。

在此,我们分析两个写时序:写命令和写数据。

1、当我们要写指令字,设置LCD1602的工作方式时:需要把RS置为低电平,RW置为低电平,然后将数据送到数据口D0~D7,最后E引脚一个高脉冲将数据写入。

单片机怎么读取带有时序的数据(教你快速读懂单片机时序图)(1)

2、当我们要写入数据字,在1602上实现显示时:需要把RS置为高电平,RW置为低电平,然后将数据送到数据口D0~D7,最后E引脚一个高脉冲将数据写入。

单片机怎么读取带有时序的数据(教你快速读懂单片机时序图)(2)

开发者只需要关注以下几个管脚:

3脚:VL,液晶显示偏压信号,用于调整LCD1602的显示对比度,一般会外接电位器用以调整偏压信号,注意此脚电压为0时可以得到最强的对比度。

4脚:RS,数据/命令选择端,当此脚为高电平时,可以对1602进行数据字节的传输操作,而此脚为低电平时,则是进行命令字节的传输操作。命令字节,即是用来对LCD1602的一些工作方式作设置的字节;数据字节,即使用以在1602上显示的字节。值得一提的是,LCD1602的数据是8位的。

5脚:R/W,读写选择端。当此脚为高电平可对LCD1602进行读数据操作,反之进行写数据操作。笔者认为,此脚其实用处不大,直接接地永久置为低电平也不会影响其正常工作。但是尚未经过复杂系统验证,保留此意见。

6脚:E,使能信号,其实是LCD1602的数据控制时钟信号,利用该信号的上升沿实现对LCD1602的数据传输。

7~14脚:8位并行数据口,使得对LCD1602的数据读写大为方便。

LCD1602的操作时序

单片机怎么读取带有时序的数据(教你快速读懂单片机时序图)(3)

在此,可以先不读出它的数据的状态或者数据本身,所以只需要看两个写时序:

①当要写指令字,设置LCD1602的工作方式时:需要把RS置为低电平,RW置为低电平,然后将数据送到数据口D0~D7,最后E引脚一个高脉冲将数据写入。

②当要写入数据字,在1602上实现显示时:需要把RS置为高电平,RW置为低电平,然后将数据送到数据口D0~D7,最后E引脚一个高脉冲将数据写入。

实际上写指令和写数据,差别仅仅在于RS的电平不一样而已。以下是LCD1602的时序图:

单片机怎么读取带有时序的数据(教你快速读懂单片机时序图)(4)

只要慢慢学会看时序图,要知道操作一个器件的精华便蕴藏在其中,看懂看准了时序,再操控这个芯片就是非常容易的事了。这里使用1602作为例子主要是因为1602的时序是目前最简单的时序之一。

看时序图需要注意的问题:

1、注意时间轴,从左往右的方向为时间正向轴,即时间在增长。

2、时序图最左边一般是某一根引脚的标识,表示此行图线体现该引脚的变化,上图分别标明了RS、R/W、E、DB0~DB7四类引脚的时序变化。

3、有线交叉状的部分,表示电平在变化。

4、两条平行线分别对应高低电平,如上图右上角所示。

5、密封的菱形部分,表示数据有效,Valid Data这个词也显示了这点。

6、时序图里各个引脚的电平变化,基于的时间轴是一致的。一定要严格按照时间轴的增长方向来精确地观察时序图。要让器件严格的遵守时序图的变化。

7、时间的标注,也是个十分重要的信息,这些时间的标注表明了某些状态所要维持的最短或最长时间。因为器件的工作速度也是有限的,一般都跟不上主控芯片的速度,所以它们直接之间要有时序配合。下面是时序参数表:

需要十分严重注意的是,时序图里各个引脚的电平变化,基于的时间轴是一致的,一定要严格按照时间轴的增长方向来精确地观察时序图,要让器件严格的遵守时序图的变化,在类似于18B20这样的单总线器件对此要求尤为严格。

时间标注:

细心的朋友或许注意到了文中关于时间的标注,这也是个十分重要的信息,这些时间的标注表明了某些状态所要维持的最短或最长时间。因为器件的工作速度也是有限的,一般都跟不上主控芯片的速度,所以它们直接之间要有时序配合。下面是时序参数表:

开发者要注意估计主控芯片的指令时间,可以在官方数据手册上查到MCU的一些级别参数。比如现在用AVRM16做为主控芯片,外部12MHz晶振,(1/12MHz)s是振荡周期,而不是时钟周期,因为时钟周期(状态周期)等于两个振荡周期,换句话说就是对振动频率进行“二分频”的振荡信号,所以(2/12MHz)s才是晶振为12MHz时的时钟周期。

以上给的时间参数全部是ns级别的,所以即便在程序里不加延时程序,也应该可以很好的配合LCD1602的时序要求了。怎么看这个表呢?很简单,在时序图里可以找到TR1,对应时序参数表,可以查到这个是E上升沿/下降沿时间,最大值为25ns,表示E引脚上的电平变化,必须在最大为25ns之内的时间完成。

以上介绍的这些内容,虽然是以LCD1602为例,但这仅仅是为了帮助大家进行理解,其中提到的参数是大部分单片机都会有的,因此大家可以通过本文中给予的解读方式来套用到其他单片机当中,大部分的单片机时序图都会遵循文中给出的规则,当大家渐渐掌握其中的内容后,就可以发现其实看懂单片机的时序图其实并不难。

现在我来解读我对这个时序图的理解:

当要写命令字节的时候,时间由左往右,RS变为低电平,R/W变为低电平,注意看是RS的状态先变化完成。然后这时,DB0~DB7上数据进入有效阶段,接着E引脚有一个整脉冲的跳变,接着要维持时间最小值为tpw=400ns的E脉冲宽度。然后E引脚负跳变,RS电平变化,R/W电平变化。这样便是一个完整的LCD1602写命令的时序。

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