基于單片機的液晶顯示教具設計

摘 要：近年來，隨著社會的發展，人們的生活越來越便利，電子產品在人們的日常生活中起著越來越重要的作用。例如字符顯示器，可以為監控系統信息提供完整的方案，通過指令方便地修改，可以真正實現信息發布無紙化。與此同時，社會對電類的人才需求越來越強烈，學校相應加開了電類及機電一體化類的課程，而此類專業學習過于抽象，常常是學生沒有學習興趣，理論與實踐脫節。文章正是結合學生的學習特點及教學內容，設計了基于單片機的液晶顯示教具。

關鍵詞：單片機；液晶；顯示器

對于機電一體化的高職學生來說，建立一體化產品通訊、電路、硬件軟件一體化的概念、培養設備改造能力尤其重要。

本教具以“單片機原理與系統設計”為基礎理論，重點強調系統的設計及改造。使學生通過應用單片機及控制系統設計的基本理論與基本技能，掌握應用系統各主要環節的設計選用方法，初步了解電路控制系統，并具備設備技術改造和開發的能力，培養學生分析問題、解決問題的能力及創新意識，提高學生的動手能力。

LCD顯示教具平板由顯示模塊、控制模塊、鍵盤、電源、震蕩復位電路構成，如圖1所示。單片機作為整個控制模塊的核心，起著處理輸入的程序及信號、輸出顯示內容的重要作用。顯示模塊即為液晶顯示屏，可以顯示廣告語。振蕩復位電路將直流電轉變為一定頻率的交流信號，作用是產生交流電信號，作為信號源。程序主要在計算機上完成，然后下載到控制模塊。顯示模塊是整個電路板的終端，通過程序控制顯示的內容和方式。

教具的設計分為CPU選用、液晶顯示器選用、電源設計、CPU 與顯示器接口設計及軟件設計，如圖1所示。

1 CPU的選用

微處理器問世后不久，便出現了以一個大規模集成電路為主組成的微型計算機——單片微型計算機（Micro Computer Unit簡稱單片機），又稱為嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller）。一般分為通用型、總線型和控制型。單片機存在我們生活的各個領域，大到飛機、工業自動化過程的實時控制和數據處理，小到智能IC卡，錄像機、攝像機的控制等等。單片機已經成為現代不可缺少的重要產品。本設計的CPU采用STC12C5AS2單片機，TC12C5AS2是一種高性能、低功耗CMOS8位微控制器由STC公司生產，具有可編程Flash存儲器。具有+5V工作電壓，8位的內部RAM，2個16位定時計數器，6個中斷源，具有低功耗和掉電保護等一系列功能。如圖2所示為單片機電源、復位、晶體振蕩電路圖。單片機未使用RST引腳完成復位，而是使用黑色電解電容復位。在單片機及其應用電路每次上電的過程中，由于電源回路中通常存在一些容量大小不等的濾波電容，所以使用兩個瓷片電容和晶振組成震蕩電路，起到計時作用。

2 液晶顯示器選用

液晶顯示器（LCD）由于具有重量輕、體積小、輻射低、省電、易于攜帶等優點。近幾年來被廣泛用于單片機控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產品中。在袖珍中應用也越來越廣泛。本設計采用液晶顯示器12864，與CPU接口電路如下。按照顯示方式分為段顯示方式、矩陣顯示方式、矩陣顯示方式。本設計中采用的是段顯示方式液晶顯示器，每次顯示兩行字。屏幕的對比度可由頻幕旁邊的滑動電阻調節，與CPU的接口電路如圖3所示。

3 電源電路設計

一般情況下，液晶器件的驅動需要兩種不同的電源電壓，另一種是-10V（偏置電壓），一種是+5V（工作電壓），所以液晶模塊需要使用專門設計的液晶電源電路。電源電路設計采用機內變壓器供電變壓器輸入220V交流電壓，輸出12V交流電壓。經過二極管到電源芯片，將電壓轉換成5V，因為電壓會有波動，所以需要再經過25V的電解電容及100？滋F的瓷片電容可得到平穩的直流電壓。

4 軟件設計

本設計通過C語言編程經keil軟件生成可以在proteus軟件中仿真裝載的.hex文件，進而通過proteus軟件進行硬件電路連接以及軟件的仿真，最終得出液晶顯示。

該教具的制作在老師指導下幾乎全部由學生完成，從最初設計并動手制作的過程中也曾經遇到了不少的問題，通過學生自己的上網查資料、咨詢老師等一一解決了這些問題。

首先我們從最基礎的小燈泡開始做起。因為以前我們很少做過類似的焊接電路板的工作，對此并不熟悉，所以通過網上一些視頻并查詢相關資料后才開始動手制作。

問題1：手工錫焊過程中，焊接的時間把握不好。電烙鐵停留時間太短，錫焊不易完全熔化，形成“虛焊”；停留時間太長，又容易損壞元器件，或使印刷電路板的銅箔翹起。

解決方案：通過上網查找資料知道了，焊接時一般每2-3秒內要焊好一個焊點為最佳，若沒完成，寧愿等一會再焊一次。

問題2：焊接好小燈泡和其他元器件后，連接上電池發現小燈泡并不亮。

解決方案：經過仔細觀察檢驗后，發現原來是把二極管的方向搞錯了，由二極管的單向導電性可以知道，PN結加正向電壓時，可以有較大的正向擴散電流，即呈現低電阻，我們稱PN結導通；PN結加反向電壓時，只有很小的反向漂移電流，呈現高電阻，我們稱PN結截止；所以小燈泡不能正常工作，改變二極管方向后，重新連接電池。

問題3：安裝好屏幕后打開開關發現屏幕不亮。

解決方案：認真檢查后發現原來是整流器的地方出現了故障，由于整流器是220V的交流電換成直流電，整流器出現了故障使得電子設備就沒有了直流電的輸入，也就不能正常運行了。我們重新更換了一個整流器并檢查了是否有其他的故障，再次重新打開開關。設備能夠正常運行并顯示“天津中德”四個字。

本教具不只是小型廣告牌，也可以作為教學模型使用，該電路共分為單片機模塊、顯示模塊、電源模塊及擴展模塊，布局合理，簡單易學。

下一步工作計劃為：（1）豐富擴展模塊內容，使用不同的按鍵顯示不同的文字，使文字有不同的表現形式。（2）在電路板空白處增加新的功能模塊，例如：超聲測距功能、電動機驅動電路等。

參考文獻

[1]治占友.單片機外圍電路設計[M].電子工業出版社，2001.

[2]劉力群.單片機原理及應用[M].機械工業出版社，1996.

[3]唐俊杰，高秦生.微型計算機原理及應用[M].高等教育出版社，1998.

[4]揚文龍.單片機原理及應用[M].西安：西安電子出版社，1998.