液晶广告牌汇编.docx
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液晶广告牌汇编
河池学院
软件课程（设计）
论文（设计）题目:
液晶广告牌
系级：
物理与电子工程系
专业：
电子信息工程
年级：
2011级
学生姓名：
莫国武
指导教师：
刘迪
时间：
2013年6月15日
摘要2
一、设计任务与要求3
1.1任务3
1.2要求3
二、方案的设计与论证3
2.1方案一：
基于单片机的LCD显示广告牌3
2.2方案二：
基于单片机的LED显示广告牌3
2.3方案比较3
三、单元模块电路的设计3
3.1单片机的引脚图及简要介绍3
3.2最小系统电路图6
3.3LCD显示屏介绍7
3.4QC12864B显示屏及控制器ST79208
3.4按键模块介绍12
四、软件设计与流程图13
4.1软件编程的介绍13
4.2软件的设计总体流程图13
五、设计的总体概况及工作原理14
5.1设计的总原理图14
5.2PCB板图15
5.3设计的工作原理16
六、安装与调试18
6.1电路的制作与安装18
6.2电路软件测试19
七、设计总结和心得20
八、参考文献20
九、程序清单21
摘要
电子技术的日新月异，使我们的生活更加方便、快捷。
任何一个领域，技术总是在不停地向前发展。
而随着技术的发展，新的产品应用也会跟着出现，然后成熟和普及。
正如在显示器领域，由球面CRT到纯平CRT，由纯平CRT到如今主流的LCD液晶显示，而LCD汉字滚动显示更是应用广泛。
本文设计了一种以AT89S52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。
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Protel软件实现系统的设计以及该系统所应用的领域。
关键词单片机AT89S52,LCD汉字滚动显示，Protel
一、设计任务与要求
1.1任务
利用液晶显示器显示100字以内的10条固定汉字广告信息，每条广告信息可以依次轮流显示，也可以选择显示，显示采用前后滚动显示，滚动速度可调，采用的液晶显示器是12864LCD（ST7920控制器）有字库的。
1.2要求
利用LCD进行显示,LCD的有无字库不作要求。
二、方案的设计与论证
2.1方案一：
基于单片机的LCD显示广告牌
随着集成电路在微小型化、低功耗和高可靠性方面的发展，使得它们具有占用的面积小、价格低廉、易于购买、零辐射、低耗能、散热小、轻薄纤巧、精确还原图像、显示字符锐利、屏幕调节方便等诸多的优点。
2.2方案二：
基于单片机的LED显示广告牌
LED显示屏是由发光二极管排列组成的。
它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可是距离远等特点。
可以显示各种文字、数字、图像及动画等信息。
2.3方案比较
在设计的过程中，方案的选择必须与实际相联系，要从各方面考虑设计的可行性，不仅要考虑其先进性也要考虑其现实性和实用性，要从多方面综合寻求最佳方案。
在方案二中利用LED点阵显示的方式能够实现广告牌显示的目的，但电路相比方案一相对复杂，而且控制起来还需要掌握其他一些附加的芯片。
在方案一中，所用技术相对先进，而且硬件电路相对简单可靠不需附加其他的芯片，故利用方案一更为合理，故暂不采用方案二。
三、单元模块电路的设计
3.1单片机的引脚图及简要介绍
单片机如图3.1所示。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52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，AT89S52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。
图3.1单片机AT89S52
单片机的引脚介绍
VCC:
电源。
GND:
地。
P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。
在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
引脚号
第二功能
P3.0
RXD（串行输入）
P3.1
TXD（串行输出）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT0（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0外部输入）
P3.5
T1（定时器1外部输入）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
RD（外部数据存储器写选通）
RST:
复位输入。
晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/PROG：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
PSEN:
外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。
当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。
EA/VPP:
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。
为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。
在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。
XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
3.2最小系统电路图
最小系统电路如图3.2所示。
图3.2单片机最小系统
单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。
单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。
当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。
复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。
具体数值可以由RC电路计算出时间常数。
复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。
（1）上电复位：
STC89系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。
（2）按键复位：
按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。
单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。
在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。
高级的精度更高。
有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。
晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。
单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。
通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。
有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。
晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。
如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
AT89S52使用12MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。
3.3LCD显示屏介绍
1．LCD的定义及作用
①LCD液晶显示器是LiquidCrystalDisplay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。
②LCD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。
2．LCD显示器的工作原理
从液晶显示器的结构来看，无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。
LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶材料的5μm均匀间隔隔开。
因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。
背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。
液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。
在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。
在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。
当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。
液晶显示技术也存在弱点和技术瓶颈，与CRT显示器相比亮度、画面均匀度、可视角度和反应时间上都存在明显的差距。
其中反应时间和可视角度均取决于液晶面板的质量，画面均匀度和辅助光学模块有很大关系。
对于液晶显示器来说，亮度往往和他的背板光源有关。
背板光源越亮，整个液晶显示器的亮度也会随之提高。
而在早期的液晶显示器中，因为只使用2个冷光源灯管，往往会造成亮度不均匀等现象，同时明亮度也不尽人意。
一直到后来使用4个冷光源灯管产品的推出，才有很大的改善。
信号反应时间也就是液晶显示器的液晶单元响应延迟。
实际上就是指的液晶单元从一种分子排列状态转变成另外一种分子排列状态所需要的时间，响应时间愈小愈好，它反应了液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即屏幕由暗转亮或由亮转暗的速度。
响应时间越小则使用者在看运动画面时不会出现尾影拖拽的感觉。
有些厂商会通过将液晶体内的导电离子浓度降低来实现信号的快速响应，但其色彩饱和度、亮度、对比度就会产生相应的降低，甚至产生偏色的现象。
这样信号反应时间上去了，但却牺牲了液晶显示器的显示效果。
有些厂商采用的是在显示电路中加入了一片IC图像输出控制芯片，专门对显示信号进行处理的方法来实现的。
IC芯片可以根据VGA输出显卡信号频率，调整信号响应时间。
由于没有改变液晶体的物理性质，因此对其亮度、对比度、色彩饱和度都没有影响，这也是为什么华硕、三星、LG等技术型厂商的液晶产品画面效果更好的原因，但是这种方法的制造成本也相对较高。
由上便可看出，液晶面板的质量并不能完全代表液晶显示器的品质，没有出色的显示电路配合，再好的面板也不能做出性能优异的液晶显示器。
随着LCD产品产量的增加、成本的下降，液晶显示器会大量普及。
3.4QC12864B显示屏及控制器ST7920
ST7920控制器，5V电压驱动，带背光，内置8192个16×16点阵、128个字符（8×16点阵）及64×256点阵显示RAM（GDRAM），与外部CPU接口采用并行或串行两种控制方式。
本文将对以ST920为内核的LCD12864的并行控制方式方式及C51编程方法予以介绍。
1.QC12864B与单片机连线及介绍
其电路如图3.4所示
图3.4
2.QC12864B引脚说明
引脚号
引脚名称
方向
功能说明
1
VSS
-
模块的电源地
2
VDD
-
模块的电源正端
3
V0
-
LCD驱动电压输入端
4
RS（CS）
H/L
并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号
5
R/W（SID）
H/L
并行的读写选择信号；串行的数据口
6
E（CLK）
H/L
并行的使能信号；串行的同步时钟
7
DB0
H/L
数据0
8
DB1
H/L
数据1
9
DB2
H/L
数据2
10
DB3
H/L
数据3
11
DB4
H/L
数据4
12
DB5
H/L
数据5
13
DB6
H/L
数据6
14
DB7
H/L
数据7
15
PSB
H/L
并/串行接口选择：
H-并行；L-串行
16
NC
空脚
17
/RET
H/L
复位低电平有效
18
VOUT
这脚没用，可以悬空
19
LED_A
（LED+5V），
背光这脚可能与板上标的不符，以线路板标的为准
20
LED_K
（LED-OV）
背光这脚可能与板上标的不符，以线路板标的为准
3主要技术参数和显示特性:
电源：
VDD3.3V~+5V（内置升压电路，无需负压）；
显示内容：
128列×64行
显示颜色：
黄绿
显示角度：
6：
00钟直视
LCD类型：
STN
与MCU接口：
8位或4位并行/3位串行
配置LED背光
多种软件功能：
光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等
逻辑工作电压（VDD）：
4.5～5.5V
电源地（GND）：
0V
工作温度（Ta）：
0～60℃（常温）/-20～75℃（宽温）
4.控制器接口信号说明：
1、RS，R/W的配合选择决定控制界面的4种模式：
RS
R/W
功能说明
L
L
MPU写指令到指令暂存器（IR）
L
H
读出忙标志（BF）及地址记数器（AC）的状态
H
L
MPU写入数据到数据暂存器（DR）
H
H
MPU从数据暂存器（DR）中读出数据
2、E信号
E状态
执行动作
结果
高——>低
I/O缓冲——>DR
配合/W进行写数据或指令
高
DR——>I/O缓冲
配合R进行读数据或指令
低/低——>高
无动作
5.忙标志:
BF
BF标志提供内部工作情况.BF=1表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和数据.BF=0时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据.
利用STATUSRD指令,可以将BF读到DB7总线,从而检验模块之工作状态
6.指令说明
指
指令码
功能
令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
清除
显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
将DDRAM填满"20H",并且设定DDRAM的地址计数器（AC）到"00H"
地址
归位
0
0
0
0
0
0
0
0
1
X
设定DDRAM的地址计数器（AC）到"00H",并且将游标移到开头原点位置;这个指令不改变DDRAM的内容
显示状态开/关
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
D=1:
整体显示ON
C=1:
游标ON
B=1:
游标位置反白允许
进入点
设定
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
指定在数据的读取与写入时,设定游标的移动方向及指定显示的移位
游标或显示移位控制
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
X
X
设定游标的移动与显示的移位控制位;这个指令不改变DDRAM的内容
功能
设定
0
0
0
0
1
DL
X
RE
X
X
DL=0/1：
4/8位数据
RE=1:
扩充指令操作
RE=0:
基本指令操作
设定CGRAM
地址
0
0
0
1
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
设定CGRAM地址
设定DDRAM
地址
0
0
1
0
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
设定DDRAM地址（显示位址）
第一行：
80H－87H
第二行：
90H－97H
读取忙标志和地址
0
1
BF
AC6
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
读取忙标志（BF）可以确认内部动作是否完成,同时可以读出地址计数器（AC）的值
写数据到RAM
1
0
数据
将数据D7——D0写入到内部的RAM（DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM）
读出RAM的值
1
1
数据
从内部RAM读取数据D7——D0
（DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM）
7.时序图
MPU写资料到ST7920（8位数据线模式）
8.汉子坐标显示
字符显示RAM在液晶模块中的地址80H～9FH。
字符显示的RAM的地址与32个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如下表所示。
80H
81H
82H
83H
84H
85H
86H
87H
90H
91H
92H
93H
94H
95H
96H
97H
88H
89H
8AH
8BH
8CH
8DH
8EH
8FH
98H
99H
9AH
9BH
9CH
9DH
9EH
9FH
3.4按键模块介绍
其电路图如图3.4所示
图3.4
按键功能说明：
KEY1的功能是广告前后滚动显示和广告依次轮流显示的跳转，它的第二功能是：
当进入广告选择显示时，它执行的是选择下一条的操作；KEY2的功能是广告选择显示的跳转，它的第二功能是：
当进入广告选择显示时，它执行的是选择上一条的操作；KEY3的功能是广告前后滚动显示的加速键，其按键连接的是52单片机的P3.2引脚，是外是外部中断0的输入接口；KEY4的功能是广告前后滚动显示的减速键，其按键连接的是52单片机的P3.3引脚，是外是外部中断1的输入接口；KEY5的功能是当进入广告选择显示时，它执行的是广告前后滚动显示的操作。
四、软件设计与流程图
4.1软件编程的介绍
软件系统在作品设计中占有重要的地位，软件的设计是在硬件系统和需要的功能基础之上进行程序设计的，并不断的调试完善的。
在本项目中不需要太复杂的编程语言，使用简单的C语言编程，本设计采用模块化编程，分别对液晶显示模块和AD转换模块采用独立编程。
使用C语言很容易实现程序的模块化设计。
4.2软件的设计总体流程图
五、设计的总体概况及工作原理
5.1设计的总原理图
其电路图如图5.1所示
图5.1
5.2PCB板图
其电路图如图5.2所示
图5.2
5.3设计的工作原理
本设计要实现的功能通过液晶显示器显示100字以内的10条固定汉字广告信息，每条广告信息可以依次轮流显示，也可以选择显示，显示采用前后滚动显示，滚动速度可调。
在设计中广告信息可以依次轮流显示是通过定时给12864液晶屏送数据及清零实现的，对每条广告信息可以选择显示是通过switch（num）函数实现的，对广告信息采用前后滚动显示是通过12864液晶指令write_com（0x18）显示向左移位指令实现的,滚动速度可调是通过AT89S52单片机里面的外部中断0和外部中断1实现的。
5.4各个函数的写法
整个程序是由忙检测子函数、写指令子函数、写数据子函数、汉字显示子函数、按键检测函数、主函数和中断函数构成。
（1）忙检测函数
voidchk_busy（）
{//检查忙位（底层）
RS=0;
RW=1;
E=1;
P2=0xff;
while（（P2&0x80）==0x80）;
E=0;
}
确保P2数据口的最高位是否为0，如果为1的话，表示模块在进行内部操作，此时模块不接受外部指令和数据，只有P2数据口最高位为0时，模块才可以接受外部指令和数据。
（2）写指令子函数和写数据子函数
voidwrite_com（ucharcom）
{//写命令到LCD（底层）
chk_busy（）;
RS=0;
RW=0;
E=1;
P2=com;
E=0;
voidwrite_dat（uchardat）
{
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