乾貨|教你如何看懂單片機時序圖

操作時序永遠使用是任何一片IC芯片的最主要的內容。一個芯片的所有使用細節都會在它的官方器件手冊上包含。所以使用一個器件事情,要充分做好的第一件事就是要把它的器件手冊上有用的內容提取,掌握。介於中國目前的芯片設計能力有限,所以大部分的器件都是外國幾個IC巨頭比如TI、AT、MAXIM這些公司生產的,器件資料自然也是英文的多,所以,英文的基礎要在閱讀這些數據手冊時得到提高哦。即便有中文翻譯版本,還是建議看英文原版,看不懂時不妨再參考中文版,這樣比較利於提高。

我們首先來看1602的引腳定義,1602的引腳是很整齊的SIP單列直插封裝,所以器件手冊只給出了引腳的功能數據表:

乾貨|教你如何看懂單片機時序圖

我們只需要關注以下幾個管腳:

3腳:VL,液晶顯示偏壓信號,用於調整LCD1602的顯示對比度,一般會外接電位器用以調整偏壓信號,注意此腳電壓為0時可以得到最強的對比度。

4腳:RS,數據/命令選擇端,當此腳為高電平時,可以對1602進行數據字節的傳輸操作,而此腳為低電平時,則是進行命令字節的傳輸操作。命令字節,即是用來對LCD1602的一些工作方式作設置的字節;數據字節,即使用以在1602上顯示的字節。值得一提的是,LCD1602的數據是8位的。

5腳:R/W,讀寫選擇端。當此腳為高電平可對LCD1602進行讀數據操作,反之進行寫數據操作。筆者認為,此腳其實用處不大,直接接地永久置為低電平也不會影響其正常工作。但是尚未經過複雜系統驗證,保留此意見。

6腳:E,使能信號,其實是LCD1602的數據控制時鐘信號,利用該信號的上升沿實現對LCD1602的數據傳輸。

7~14腳:8位並行數據口,使得對LCD1602的數據讀寫大為方便。

現在來看LCD1602的操作時序:

乾貨|教你如何看懂單片機時序圖

在此,我們可以先不讀出它的數據的狀態或者數據本身。所以只需要看兩個寫時序:

① 當我們要寫指令字,設置LCD1602的工作方式時:需要把RS置為低電平,RW置為低電平,然後將數據送到數據口D0~D7,最後E引腳一個高脈衝將數據寫入。

② 當我們要寫入數據字,在1602上實現顯示時:需要把RS置為高電平,RW置為低電平,然後將數據送到數據口D0~D7,最後E引腳一個高脈衝將數據寫入。

發現了麼,寫指令和寫數據,差別僅僅在於RS的電平不一樣而已。以下是LCD1602的時序圖:

大家要慢慢學會看時序圖,要知道操作一個器件的精華便蘊藏在其中,看懂看準了時序,你操控這個芯片就是非常容易的事了。1602的時序是我見過的一個最簡單的時序:

乾貨|教你如何看懂單片機時序圖

1、注意時間軸,如果沒有標明(其實大部分也都是不標明的),那麼從左往右的方向為時間正向軸,即時間在增長。

2、上圖框出並註明了看懂此圖的一些常識:

(1).時序圖最左邊一般是某一根引腳的標識,表示此行圖線體現該引腳的變化,上圖分別標明瞭RS、R/W、E、DB0~DB7四類引腳的時序變化。

(2).有線交叉狀的部分,表示電平在變化,如上所標註。

(3).應該比較容易理解,如上圖右上角所示,兩條平行線分別對應高低電平,也正好吻合(2)中電平變化的說法。

(4).上圖下,密封的菱形部分,注意要密封,表示數據有效,Valid Data這個詞也顯示了這點。

3、需要十分嚴重注意的是,時序圖裡各個引腳的電平變化,基於的時間軸是一致的。一定要嚴格按照時間軸的增長方向來精確地觀察時序圖。要讓器件嚴格的遵守時序圖的變化。在類似於18B20這樣的單總線器件對此要求尤為嚴格。

4、以上幾點,並不是LCD1602的時序圖所特有的,絕大部分的時序圖都遵循著這樣的一般規則,所以大家要慢慢的習慣於這樣的規則。

也許你還注意到了上面有許多關於時間的標註,這也是個十分重要的信息,這些時間的標註表明了某些狀態所要維持的最短或最長時間。因為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,所以它們直接之間要有時序配合。話說現在各種處理器的主頻也是瘋狂增長,日後搞不好出現個雙核單片機也不一定就是夢話。下面是時序參數表:

大家要懂得估計主控芯片的指令時間,可以在官方數據手冊上查到MCU的一些級別參數。比如我們現在用AVR M16做為主控芯片,外部12MHz晶振,指令週期就是一個時鐘週期為(2/12MHz)s,所以至少確定了它執行一條指令的時間是us級別的。我們看到,以上給的時間參數全部是ns級別的,所以即便我們在程序裡不加延時程序,也應該可以很好的配合LCD1602的時序要求了。怎麼看這個表呢?很簡單,我們在時序圖裡可以找到TR1,對應時序參數表,可以查到這個是E上升沿/下降沿時間,最大值為25ns,表示E引腳上的電平變化,必須在最大為25ns之內的時間完成。大家看是不是這個意思?

現在來解讀對這個時序圖的理解:

當要寫命令字節的時候,時間由左往右,RS變為低電平,R/W變為低電平,注意看是RS的狀態先變化完成。然後這時,DB0~DB7上數據進入有效階段,接著E引腳有一個整脈衝的跳變,接著要維持時間最小值為tpw=400ns的E脈衝寬度。然後E引腳負跳變,RS電平變化,R/W電平變化。這樣便是一個完整的LCD1602寫命令的時序。


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