基于單片機的液晶顯示教具設(shè)計

摘 要：近年來，隨著社會的發(fā)展，人們的生活越來越便利，電子產(chǎn)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(jiān)控系統(tǒng)信息提供完整的方案，通過指令方便地修改，可以真正實現(xiàn)信息發(fā)布無紙化。與此同時，社會對電類的人才需求越來越強烈，學(xué)校相應(yīng)加開了電類及機電一體化類的課程，而此類專業(yè)學(xué)習(xí)過于抽象，常常是學(xué)生沒有學(xué)習(xí)興趣，理論與實踐脫節(jié)。文章正是結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點及教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計了基于單片機的液晶顯示教具。

關(guān)鍵詞：單片機；液晶；顯示器

對于機電一體化的高職學(xué)生來說，建立一體化產(chǎn)品通訊、電路、硬件軟件一體化的概念、培養(yǎng)設(shè)備改造能力尤其重要。

本教具以“單片機原理與系統(tǒng)設(shè)計”為基礎(chǔ)理論，重點強調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計及改造。使學(xué)生通過應(yīng)用單片機及控制系統(tǒng)設(shè)計的基本理論與基本技能，掌握應(yīng)用系統(tǒng)各主要環(huán)節(jié)的設(shè)計選用方法，初步了解電路控制系統(tǒng)，并具備設(shè)備技術(shù)改造和開發(fā)的能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力及創(chuàng)新意識，提高學(xué)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(fù)位電路構(gòu)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(nèi)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(fù)位電路將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢l率的交流信號，作用是產(chǎn)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(nèi)容和方式。

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

1 CPU的選用

微處理器問世后不久，便出現(xiàn)了以一個大規(guī)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(lǐng)域，大到飛機、工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，小到智能IC卡，錄像機、攝像機的控制等等。單片機已經(jīng)成為現(xiàn)代不可缺少的重要產(chǎn)品。本設(shè)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(chǎn)，具有可編程Flash存儲器。具有+5V工作電壓，8位的內(nèi)部RAM，2個16位定時計數(shù)器，6個中斷源，具有低功耗和掉電保護(hù)等一系列功能。如圖2所示為單片機電源、復(fù)位、晶體振蕩電路圖。單片機未使用RST引腳完成復(fù)位，而是使用黑色電解電容復(fù)位。在單片機及其應(yīng)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(yōu)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(chǎn)品中。在袖珍中應(yīng)用也越來越廣泛。本設(shè)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(shè)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(diào)節(jié)，與CPU的接口電路如圖3所示。

3 電源電路設(shè)計

一般情況下，液晶器件的驅(qū)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(shè)計的液晶電源電路。電源電路設(shè)計采用機內(nèi)變壓器供電變壓器輸入220V交流電壓，輸出12V交流電壓。經(jīng)過二極管到電源芯片，將電壓轉(zhuǎn)換成5V，因為電壓會有波動，所以需要再經(jīng)過25V的電解電容及100？滋F的瓷片電容可得到平穩(wěn)的直流電壓。

4 軟件設(shè)計

本設(shè)計通過C語言編程經(jīng)keil軟件生成可以在proteus軟件中仿真裝載的.hex文件，進(jìn)而通過proteus軟件進(jìn)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(dǎo)下幾乎全部由學(xué)生完成，從最初設(shè)計并動手制作的過程中也曾經(jīng)遇到了不少的問題，通過學(xué)生自己的上網(wǎng)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(chǔ)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(wǎng)上一些視頻并查詢相關(guān)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(wǎng)查找資料知道了，焊接時一般每2-3秒內(nèi)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(fā)現(xiàn)小燈泡并不亮。

解決方案：經(jīng)過仔細(xì)觀察檢驗后，發(fā)現(xiàn)原來是把二極管的方向搞錯了，由二極管的單向?qū)щ娦钥梢灾?，PN結(jié)加正向電壓時，可以有較大的正向擴(kuò)散電流，即呈現(xiàn)低電阻，我們稱PN結(jié)導(dǎo)通；PN結(jié)加反向電壓時，只有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，我們稱PN結(jié)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(guān)發(fā)現(xiàn)屏幕不亮。

解決方案：認(rèn)真檢查后發(fā)現(xiàn)原來是整流器的地方出現(xiàn)了故障，由于整流器是220V的交流電換成直流電，整流器出現(xiàn)了故障使得電子設(shè)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(guān)。設(shè)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(xué)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(kuò)展模塊，布局合理，簡單易學(xué)。

下一步工作計劃為：（1）豐富擴(kuò)展模塊內(nèi)容，使用不同的按鍵顯示不同的文字，使文字有不同的表現(xiàn)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(qū)動電路等。

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