摘 要:本文设计了一种以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化LCD汉字滚动显示系统,并使用一些常用芯片如:AMPIRE128×64、SMG12864A等。系统由单片机、外围电路、单片机最小系统以及显示电路构成。本系统具有易安装检测、软件功能完善,工作可靠、准确度高等优点。本文论述了由单片机控制的LCD汉字滚动显示系统的基本原理,并阐述了运用Proteus软件实现系统的设计与仿真以及该系统所应用的领域。
关键词:AT89C51单片机;LCD;Proteus
中图分类号:TN702 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0046-02
一、引言
亮丽实用的广告牌可以给我们的生活添加光彩、可以给店铺招揽生意。传统的广告牌都是固定的汉字,并且时间长了会掉色,使汉字模糊难认,这给我们的生活带来很多的不便。尤其是到了晚上传统的广告牌就失去了作用。因此我们需要一种造价低廉、使用方便、可以发光、可以方便改变汉字且比较耐用的电子显示广告牌。
二、设计过程及工艺要求
(一)基本功能
1.可以发光;
2.可以滚动;
3.可以用电脑改变汉字。
(二)主要技术参数
1.单片机选择AT89C51;
2.LCD显示器选择SMG12864A或AMPIRE128×64;
3.晶振选择12MHz;
4.两个输出电容选择30pF;
5.两个外围电阻选用10K和100Ω。
本设计的主要任务是显示标语,因此在硬件安装方面需要有适当的面积来安装电子显示屏,并且还要通过数据线把电子显示屏和电脑连起来。
三、系统的总体设计
(一)系统设计
本设计是基于51单片机的LCD汉字滚动显示,该设计是以AT89C51基本系统为核心的一套应用系统,其中包括单片机、复位电路、外围电路、显示电路、系统软件等部分的设计【1】。
(二)芯片AT89C51介绍
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器, 该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51的实物图如图所示。
AT89C51具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89C51可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止【2】。
(三) LCD显示屏介绍
LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称,LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体,两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线,透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向,将光线折射出来产生画面。比CRT要好的多,但是价钱较其稍贵。LCD主要应用于电脑的显示屏,随着电子技术的发展越来越多的手写手机也大量使用LCD做显示屏,还有一些广告牌、标语栏等也都用LCD来显示。
液晶显示屏(LCD)用于数字型钟表和许多便携式计算机的一种显示器类型。LCD显示使用了两片极化材料,在它们之间是液体水晶溶液。电流通过该液体时会使水晶重新排列,以使光线无法透过它们。因此,每个水晶就像百叶窗,既能允许光线穿过又能挡住光线。液晶显示器(LCD)目前科技信息产品都朝着轻、薄、短、小的目标发展,在计算机周边中拥有悠久历史的显示器产品当然也不例外。在便于携带与搬运为前提之下,传统的显示方式如CRT映像管显示器及LED显示板等等,皆受制于体积过大或耗电量甚巨等因素,无法达成使用者的实际需求。而液晶显示技术的发展正好切合目前信息产品的潮流,无论是直角显示、低耗电量、体积小、还是零辐射等优 点,都能让使用者享受最佳的视觉环境。
液晶显示器,依驱动方式来分类可分为静态驱动(Static)、单纯矩阵驱动(Simple Matrix)以及主动矩阵驱动(Active Matrix)三种。其中,被动矩阵型又可分为扭转式向列型(Twisted Nematic;TN)、超扭转式向列型(Super Twisted Nematic;STN)及其它被动矩阵驱动液晶显示器;而主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型(Thin Film Transistor;TFT)及二端子二极管型(Metal/Insulator/Metal;MIM)二种方式。 TN、STN及TFT型液晶显示器因其利用液晶分子扭转原理之不同,
液晶显示屏在视角、彩色、对比及动画显示品质上有高低程次之差别,使其在产品的应用范围分类亦有明显区隔。以目前液晶显示技术所应用的范围以及层次而言,主动式矩阵驱动技术是以薄膜式晶体管型(TFT)为主流,多应用于笔记型计算机及动画、影像处理产品。而单纯矩阵驱动技术目前则以扭转向列(TN)、以及超扭转向列(STN)为主,目前的应用多以文书处理器以及消费性产品为主。在这之中,TFT液晶显示器所需的资金投入以及技术需求较高,而TN及STN所需的技术及资金需求则相对较低。
(四)LCD的主要参数如下
1.对比度
液晶显示器的对比度实际上就是亮度的比值,定义是:在暗室中,白色画面(最亮时)下的亮度除以黑色画面(最暗时)下的亮度。更精准地说,对比度就是把白色信号在100%和0%的饱和度相减,再除以用Lux(光照度,即勒克斯,每平方米的流明值)为计量单位下0%的白色值(0%的白色信号实际上就是黑色),所得到的数值。对比度是最黑与最白亮度单位的相除值。因此白色越亮、黑色越暗,对比度就越高。对比度是液晶显示器的一个重要参数,在合理的亮度值下,对比度越高,其所能显示的色彩层次越丰富。 2.亮度
LCD是一种介于固态与液态之间的物质,本身是不能发光的,需借助要额外的光源才行。因此,灯管数目关系着液晶显示器亮度。最早的液晶显示器只有上下两个灯管,发展到现在,普及型的最低也是四灯,高端的是六灯。四灯管设计分为三种摆放形式:一种是四个边各有一个灯管,但缺点是中间会出现黑影,解决的方法就是由上到下四个灯管平排列的方式,最后一种是“U”型的摆放形式,其实是两灯变相产生的两根灯管。六灯管设计实际使用的是三根灯管,厂商将三根灯管都弯成“U”型,然后平行放置,以达到六根灯管的效果。
3.信号响应时间
响应时间指的是液晶显示器对于输入信号的反应速度,也就是液晶由暗转亮或由亮转暗的反应时间,通常是以毫秒(ms)为单位。要说清这一点我们还要从人眼对动态图像的感知谈起。人眼存在“视觉残留”的现象,高速运动的画面在人脑中会形成短暂的印象。动画片、电影等一直到现在最新的游戏正是应用了视觉残留的原理,让一系列渐变的图像在人眼前快速连续显示,便形成动态的影像。人能够接受的画面显示速度一般为每秒24张,这也是电影每秒24帧播放速度的由来,如果显示速度低于这一标准,人就会明显感到画面的停顿和不适。按照这一指标计算,每张画面显示的时间需要小于40ms。这样,对于液晶显示器来说,响应时间40ms就成了一道坎,低于40ms的显示器便会出现明显的画面闪烁现象,让人感觉眼花。要是想让图像画面达到不闪的程度,则就最好要达到每秒60帧的速度。
4.可视角度
LCD的可视角度都是左右对称的,但上下可就不一定了。而且,常常是上下角度小于左右角度。当然了,可视角是愈大愈好。然而,大家必须要了解的是可视角的定义。当我们说可视角是左右80度时,表示站在始于屏幕法线80度的位置时仍可清晰看见屏幕图像,但每个人的视力不同;因此我们以对比度为准。在最大可视角时所量到的对比愈大愈好。一般而言,业界有CR3 10及CR3 5两种标准【3】。
四、系统调试
(一)硬件的设计
打开Proteus ISIS,在Proteus ISIS 编辑窗口中单击元件列表之上的“P”按钮,添加元件,画出电路图。硬件电路制作完成并调试好后,便可将程序编译好下载到单片机试运行。根据实际情况可以修改汉字的内容、大小以及滚动方向。源程序可以使用汇编语言也可以使用C语言,本文使用了汇编语言。
(二)程序的调试与运行
1.HEX文件的生成
(1)打开单片机软件开发系统Keil μVision,单击“μVision”菜单中的“Project”,在此下拉菜单中单击“New Project”选项后,弹出“Create New Project”对话框,键入新建项目名称。
(2)键入新建项目名并单击“确定”按钮后,在弹出的“Select Device”对话框中选择合适的单片机型号,选择AT89C51。
(3)单击“μVision”菜单中的“File”,在此下拉菜单中选择“New”后,打开一个空的文本编辑窗口,在此窗口中键入程序,创建新的源程序“汉字式LCD滚动显示.ASM”文件。
(4)在左边的“Project”窗口的文件页中单击文件组,再单击鼠标右键后,再弹出的窗口中选中“Add Files to Group ‘Source Group 1”选项,将“汉字式LCD滚动显示.ASM”程序导入到“Source Group1”中。
(5)在“Project”下拉菜单中,选择“Rebuild all Target Files”项。若程序编译成功,将生成“汉字式LCD滚动显示.HEX”文件【4】。
2.调试与仿真
(1)在Proteus ISIS 编辑窗口中,单击鼠标右键将AT89C51单片机选中并单击鼠标左键,弹出“Edit Component”对话框,在此对话框的“Clock Frequency”栏中设置单片机晶振频率为12MHz,在“Program File”栏中单击新建图标,选择先前用Keil μVision 2生成的“汉字式LCD滚动显示.DSN”文件。
(2)更改程序中汉字库的内容可显示不同的汉字。本设计系统采用了美国ATMEL公司生产的单片机AT89C51芯片。以及其它常用芯片如:SMG12864A、AMPIRE128×64等来设计LCD汉字滚动显示电路,实现了汉字的滚动和显示。本系统具有易安装检测、软件功能完善,工作可靠、准确度高等优点。
参考文献:
[1]张鑫.单片机原理及应用[M].电子工业出版社,2010
[2]张元良.单片机开发技术实例教程[M].机械工业出版社,2011
[3]韩雪涛.液晶显示器加工工艺[M].机械工业出版社,2011
[4]周润景.PROTEUS入门实用教程[M].机械工业出版社,2007
[作者简介]胡立波,教师,助教,江苏省南通商贸高等职业学校。
