摘 要:本文設(shè)計(jì)了一種以AT89C51單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化LCD漢字滾動(dòng)顯示系統(tǒng)，并使用一些常用芯片如:AMPIRE128×64、SMG12864A等。系統(tǒng)由單片機(jī)、外圍電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)以及顯示電路構(gòu)成。本系統(tǒng)具有易安裝檢測(cè)、軟件功能完善，工作可靠、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。本文論述了由單片機(jī)控制的LCD漢字滾動(dòng)顯示系統(tǒng)的基本原理，并闡述了運(yùn)用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真以及該系統(tǒng)所應(yīng)用的領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞:AT89C51單片機(jī);LCD;Proteus

中圖分類號(hào):TN702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-7712 (2012) 12-0046-02

一、引言

亮麗實(shí)用的廣告牌可以給我們的生活添加光彩、可以給店鋪招攬生意。傳統(tǒng)的廣告牌都是固定的漢字，并且時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)掉色，使?jié)h字模糊難認(rèn)，這給我們的生活帶來(lái)很多的不便。尤其是到了晚上傳統(tǒng)的廣告牌就失去了作用。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便、可以發(fā)光、可以方便改變漢字且比較耐用的電子顯示廣告牌。

二、設(shè)計(jì)過(guò)程及工藝要求

(一)基本功能

1.可以發(fā)光;

2.可以滾動(dòng);

3.可以用電腦改變漢字。

(二)主要技術(shù)參數(shù)

1.單片機(jī)選擇AT89C51;

2.LCD顯示器選擇SMG12864A或AMPIRE128×64;

3.晶振選擇12MHz;

4.兩個(gè)輸出電容選擇30pF;

5.兩個(gè)外圍電阻選用10K和100Ω。

本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是顯示標(biāo)語(yǔ)，因此在硬件安裝方面需要有適當(dāng)?shù)拿娣e來(lái)安裝電子顯示屏，并且還要通過(guò)數(shù)據(jù)線把電子顯示屏和電腦連起來(lái)。

三、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

(一)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是基于51單片機(jī)的LCD漢字滾動(dòng)顯示，該設(shè)計(jì)是以AT89C51基本系統(tǒng)為核心的一套應(yīng)用系統(tǒng)，其中包括單片機(jī)、復(fù)位電路、外圍電路、顯示電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)【1】。

(二)芯片AT89C51介紹

AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器， 該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51的實(shí)物圖如圖所示。

AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89C51可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止【2】。

(三) LCD顯示屏介紹

LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱，LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)產(chǎn)生畫(huà)面。比CRT要好的多，但是價(jià)錢較其稍貴。LCD主要應(yīng)用于電腦的顯示屏，隨著電子技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越多的手寫(xiě)手機(jī)也大量使用LCD做顯示屏，還有一些廣告牌、標(biāo)語(yǔ)欄等也都用LCD來(lái)顯示。

液晶顯示屏(LCD)用于數(shù)字型鐘表和許多便攜式計(jì)算機(jī)的一種顯示器類型。LCD顯示使用了兩片極化材料，在它們之間是液體水晶溶液。電流通過(guò)該液體時(shí)會(huì)使水晶重新排列，以使光線無(wú)法透過(guò)它們。因此，每個(gè)水晶就像百葉窗，既能允許光線穿過(guò)又能擋住光線。液晶顯示器(LCD)目前科技信息產(chǎn)品都朝著輕、薄、短、小的目標(biāo)發(fā)展，在計(jì)算機(jī)周邊中擁有悠久歷史的顯示器產(chǎn)品當(dāng)然也不例外。在便于攜帶與搬運(yùn)為前提之下，傳統(tǒng)的顯示方式如CRT映像管顯示器及LED顯示板等等，皆受制于體積過(guò)大或耗電量甚巨等因素，無(wú)法達(dá)成使用者的實(shí)際需求。而液晶顯示技術(shù)的發(fā)展正好切合目前信息產(chǎn)品的潮流，無(wú)論是直角顯示、低耗電量、體積小、還是零輻射等優(yōu) 點(diǎn)，都能讓使用者享受最佳的視覺(jué)環(huán)境。

液晶顯示器，依驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分類可分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)(Static)、單純矩陣驅(qū)動(dòng)(Simple Matrix)以及主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)(Active Matrix)三種。其中，被動(dòng)矩陣型又可分為扭轉(zhuǎn)式向列型(Twisted Nematic;TN)、超扭轉(zhuǎn)式向列型(Super Twisted Nematic;STN)及其它被動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)液晶顯示器;而主動(dòng)矩陣型大致可區(qū)分為薄膜式晶體管型(Thin Film Transistor;TFT)及二端子二極管型(Metal/Insulator/Metal;MIM)二種方式。 TN、STN及TFT型液晶顯示器因其利用液晶分子扭轉(zhuǎn)原理之不同，

液晶顯示屏在視角、彩色、對(duì)比及動(dòng)畫(huà)顯示品質(zhì)上有高低程次之差別，使其在產(chǎn)品的應(yīng)用范圍分類亦有明顯區(qū)隔。以目前液晶顯示技術(shù)所應(yīng)用的范圍以及層次而言，主動(dòng)式矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)是以薄膜式晶體管型(TFT)為主流，多應(yīng)用于筆記型計(jì)算機(jī)及動(dòng)畫(huà)、影像處理產(chǎn)品。而單純矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)目前則以扭轉(zhuǎn)向列(TN)、以及超扭轉(zhuǎn)向列(STN)為主，目前的應(yīng)用多以文書(shū)處理器以及消費(fèi)性產(chǎn)品為主。在這之中，TFT液晶顯示器所需的資金投入以及技術(shù)需求較高，而TN及STN所需的技術(shù)及資金需求則相對(duì)較低。

(四)LCD的主要參數(shù)如下

1.對(duì)比度

液晶顯示器的對(duì)比度實(shí)際上就是亮度的比值，定義是:在暗室中，白色畫(huà)面(最亮?xí)r)下的亮度除以黑色畫(huà)面(最暗時(shí))下的亮度。更精準(zhǔn)地說(shuō)，對(duì)比度就是把白色信號(hào)在100%和0%的飽和度相減，再除以用Lux(光照度，即勒克斯，每平方米的流明值)為計(jì)量單位下0%的白色值(0%的白色信號(hào)實(shí)際上就是黑色)，所得到的數(shù)值。對(duì)比度是最黑與最白亮度單位的相除值。因此白色越亮、黑色越暗，對(duì)比度就越高。對(duì)比度是液晶顯示器的一個(gè)重要參數(shù)，在合理的亮度值下，對(duì)比度越高，其所能顯示的色彩層次越豐富。

2.亮度

LCD是一種介于固態(tài)與液態(tài)之間的物質(zhì)，本身是不能發(fā)光的，需借助要額外的光源才行。因此，燈管數(shù)目關(guān)系著液晶顯示器亮度。最早的液晶顯示器只有上下兩個(gè)燈管，發(fā)展到現(xiàn)在，普及型的最低也是四燈，高端的是六燈。四燈管設(shè)計(jì)分為三種擺放形式:一種是四個(gè)邊各有一個(gè)燈管，但缺點(diǎn)是中間會(huì)出現(xiàn)黑影，解決的方法就是由上到下四個(gè)燈管平排列的方式，最后一種是“U”型的擺放形式，其實(shí)是兩燈變相產(chǎn)生的兩根燈管。六燈管設(shè)計(jì)實(shí)際使用的是三根燈管，廠商將三根燈管都彎成“U”型，然后平行放置，以達(dá)到六根燈管的效果。

3.信號(hào)響應(yīng)時(shí)間

響應(yīng)時(shí)間指的是液晶顯示器對(duì)于輸入信號(hào)的反應(yīng)速度，也就是液晶由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的反應(yīng)時(shí)間，通常是以毫秒(ms)為單位。要說(shuō)清這一點(diǎn)我們還要從人眼對(duì)動(dòng)態(tài)圖像的感知談起。人眼存在“視覺(jué)殘留”的現(xiàn)象，高速運(yùn)動(dòng)的畫(huà)面在人腦中會(huì)形成短暫的印象。動(dòng)畫(huà)片、電影等一直到現(xiàn)在最新的游戲正是應(yīng)用了視覺(jué)殘留的原理，讓一系列漸變的圖像在人眼前快速連續(xù)顯示，便形成動(dòng)態(tài)的影像。人能夠接受的畫(huà)面顯示速度一般為每秒24張，這也是電影每秒24幀播放速度的由來(lái)，如果顯示速度低于這一標(biāo)準(zhǔn)，人就會(huì)明顯感到畫(huà)面的停頓和不適。按照這一指標(biāo)計(jì)算，每張畫(huà)面顯示的時(shí)間需要小于40ms。這樣，對(duì)于液晶顯示器來(lái)說(shuō)，響應(yīng)時(shí)間40ms就成了一道坎，低于40ms的顯示器便會(huì)出現(xiàn)明顯的畫(huà)面閃爍現(xiàn)象，讓人感覺(jué)眼花。要是想讓圖像畫(huà)面達(dá)到不閃的程度，則就最好要達(dá)到每秒60幀的速度。

4.可視角度

LCD的可視角度都是左右對(duì)稱的，但上下可就不一定了。而且，常常是上下角度小于左右角度。當(dāng)然了，可視角是愈大愈好。然而，大家必須要了解的是可視角的定義。當(dāng)我們說(shuō)可視角是左右80度時(shí)，表示站在始于屏幕法線80度的位置時(shí)仍可清晰看見(jiàn)屏幕圖像，但每個(gè)人的視力不同;因此我們以對(duì)比度為準(zhǔn)。在最大可視角時(shí)所量到的對(duì)比愈大愈好。一般而言，業(yè)界有CR3 10及CR3 5兩種標(biāo)準(zhǔn)【3】。

四、系統(tǒng)調(diào)試

(一)硬件的設(shè)計(jì)

打開(kāi)Proteus ISIS，在Proteus ISIS 編輯窗口中單擊元件列表之上的“P”按鈕，添加元件，畫(huà)出電路圖。硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況可以修改漢字的內(nèi)容、大小以及滾動(dòng)方向。源程序可以使用匯編語(yǔ)言也可以使用C語(yǔ)言，本文使用了匯編語(yǔ)言。

(二)程序的調(diào)試與運(yùn)行

1.HEX文件的生成

(1)打開(kāi)單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)Keil μVision，單擊“μVision”菜單中的“Project”，在此下拉菜單中單擊“New Project”選項(xiàng)后，彈出“Create New Project”對(duì)話框，鍵入新建項(xiàng)目名稱。

(2)鍵入新建項(xiàng)目名并單擊“確定”按鈕后，在彈出的“Select Device”對(duì)話框中選擇合適的單片機(jī)型號(hào)，選擇AT89C51。

(3)單擊“μVision”菜單中的“File”，在此下拉菜單中選擇“New”后，打開(kāi)一個(gè)空的文本編輯窗口，在此窗口中鍵入程序，創(chuàng)建新的源程序“漢字式LCD滾動(dòng)顯示.ASM”文件。

(4)在左邊的“Project”窗口的文件頁(yè)中單擊文件組，再單擊鼠標(biāo)右鍵后，再?gòu)棾龅拇翱谥羞x中“Add Files to Group ‘Source Group 1”選項(xiàng)，將“漢字式LCD滾動(dòng)顯示.ASM”程序?qū)氲健癝ource Group1”中。

(5)在“Project”下拉菜單中，選擇“Rebuild all Target Files”項(xiàng)。若程序編譯成功，將生成“漢字式LCD滾動(dòng)顯示.HEX”文件【4】。

2.調(diào)試與仿真

(1)在Proteus ISIS 編輯窗口中，單擊鼠標(biāo)右鍵將AT89C51單片機(jī)選中并單擊鼠標(biāo)左鍵，彈出“Edit Component”對(duì)話框，在此對(duì)話框的“Clock Frequency”欄中設(shè)置單片機(jī)晶振頻率為12MHz，在“Program File”欄中單擊新建圖標(biāo)，選擇先前用Keil μVision 2生成的“漢字式LCD滾動(dòng)顯示.DSN”文件。

(2)更改程序中漢字庫(kù)的內(nèi)容可顯示不同的漢字。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用了美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的單片機(jī)AT89C51芯片。以及其它常用芯片如:SMG12864A、AMPIRE128×64等來(lái)設(shè)計(jì)LCD漢字滾動(dòng)顯示電路，實(shí)現(xiàn)了漢字的滾動(dòng)和顯示。本系統(tǒng)具有易安裝檢測(cè)、軟件功能完善，工作可靠、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn):

[1]張?chǎng)?單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2010

[2]張?jiān)?單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)例教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011

[3]韓雪濤.液晶顯示器加工工藝[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011

[4]周潤(rùn)景.PROTEUS入門實(shí)用教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007

[作者簡(jiǎn)介]胡立波，教師，助教，江蘇省南通商貿(mào)高等職業(yè)學(xué)校。