如何看懂单片机时序图

521li · 发表于 2023-1-9 17:14

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操作时序永远使用是任何一片IC芯片的最主要的内容。一个芯片的所有使用细节都会在它的官方器件手册上包含。所以使用一个器件事情，要充分做好的第一件事就是要把它的器件手册上有用的内容提取，掌握。介于中国目前的芯片设计能力有限，所以大部分的器件都是外国几个IC巨头比如TI、AT、MAXIM这些公司生产的，器件资料自然也是英文的多，所以，英文的基础要在阅读这些数据手册时得到提高哦。即便有中文翻译版本，还是建议看英文原版，看不懂时不妨再参考中文版，这样比较利于提高。$ I3 `# b: u4 g1 z
) W9 u6 R8 j3 w
7 Q6 j5 ?+ G+ Z: @* z8 b$ P& u
我们首先来看1602的引脚定义,1602的引脚是很整齐的SIP单列直插封装，所以器件手册只给出了引脚的功能数据表：
5 X. r3 T+ `$ {6 c" p

4 I8 g/ L8 u) H. K; P$ _
; I  A% f1 W( ?8 r

  我们只需要关注以下几个管脚：2 V2 ]- o& H3 t4 @
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。
- S) V% J. p7 L, b3 X: t

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。; O/ w+ v; S- a! @0 v9 ~

. p- [# U8 ]6 \3 [# o# L( {2 |+ G
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。5 C7 t: i# Z7 ^. w1 l
( d  o+ N9 L0 ^2 F6 o
" B" a/ X% F8 e5 j& H$ r: r
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 Z' M; t/ z1 ~4 M) ]% T9 V7 h/ k2 n

0 R, b9 E3 D* A8 G4 R
7~14脚：8位并行数据口，使得对LCD1602的数据读写大为方便。9 i7 S8 a6 I% I" n7 `

现在来看LCD1602的操作时序：

在此，我们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：

; f/ ^  G5 O; k- [+ W
$ B! o0 k7 i( j3 x* k
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。2 U- A1 q  H# C6 ~: a! V

% q, \) Q5 }# D+ T# i
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。

发现了么，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：
; k. N! V0 d" }1 ~
) {+ p% ^# Z; L( h" M: x3 [
大家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，你操控这个芯片就是非常容易的事了。1602的时序是我见过的一个最简单的时序：2 p  X9 M  i6 A4 g8 F% q. A

1、注意时间轴，如果没有标明(其实大部分也都是不标明的)，那么从左往右的方向为时间正向轴，即时间在增长。
( V7 n+ `  g! Q. H& v

2、上图框出并注明了看懂此图的一些常识：1 G' X1 J) l6 K% T( r4 p
(1).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。2 N: n* }2 j. Q* \2 c

  e0 G' h0 `: t4 M* u0 W
(2).有线交叉状的部分，表示电平在变化，如上所标注。6 X! S7 N0 u& l7 x. `1 ]! z

) l+ A" z3 C- i% s2 @
(3).应该比较容易理解，如上图右上角所示，两条平行线分别对应高低电平，也正好吻合(2)中电平变化的说法。
$ c" o: c: x2 b2 v( S* R+ f  L
) f% Q. U! ~+ W8 A# {
(4).上图下，密封的菱形部分，注意要密封，表示数据有效，Valid Data这个词也显示了这点。
+ I; C- C( G1 y
( _/ J" E  v( g- X- U
3、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。
4 E8 e( |1 j5 w5 C8 A* B+ \
# H: P& e% Z3 C. c$ G4 B5 h" O: N* u. _. r
4、以上几点，并不是LCD1602的时序图所特有的，绝大部分的时序图都遵循着这样的一般规则，所以大家要慢慢的习惯于这样的规则。
+ n5 c9 H- x9 ^5 H: v3 q

也许你还注意到了上面有许多关于时间的标注，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。话说现在各种处理器的主频也是疯狂增长，日后搞不好出现个双核单片机也不一定就是梦话。下面是时序参数表：

# S. o7 g, a- B! W

- z! S% I4 h) G
. a( O' L+ B/ B8 v

大家要懂得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。比如我们现在用AVR M16做为主控芯片，外部12MHz晶振，指令周期就是一个时钟周期为(2/12MHz)s，所以至少确定了它执行一条指令的时间是us级别的。我们看到，以上给的时间参数全部是ns级别的，所以即便我们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，我们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。大家看是不是这个意思?* `7 h) l7 m! g' p( d# w

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。

ps感谢热心网友的指出错误之处：; i0 V4 y3 I; v1 Y
(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。

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