畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的LED顯示屏設(shè)計

1、目錄摘要.3第一章 引言. .4 1.1led顯示屏的發(fā)展及現(xiàn)狀.3 1.11我國led顯示屏的發(fā)展歷史.5 1.1.2我國led顯示屏的發(fā)展現(xiàn)狀.4 1.2led研究的目的和意義.6 1.21 led研究的目的.6 1.22led研究的意義.7第二章 led器件的工作原理.8 2.1半導(dǎo)體發(fā)光的基本原理.9 2.2 led器件參數(shù)設(shè)定.10 2.3 led器件驅(qū)動.12 2.4led器件使用注意事項.16第三章 led點陣圖文顯示屏.17 3.1led顯示屏的特點.17 3.2led顯示屏的基本結(jié)構(gòu).18 3.3led顯示屏的硬件設(shè)計.19 3.3.1 單片機概述.20 3.3.2rs232

2、串口.263.3.3顯示屏驅(qū)動電路.28第四章 led顯示屏軟件設(shè)計.33 4.1軟件設(shè)計思想.33 4.2系統(tǒng)程序流程圖.33 結(jié)論.27 謝辭.28 參考文獻(xiàn).29led 顯示屏設(shè)計摘 要led顯示屏是在信息領(lǐng)域里廣泛應(yīng)用的工具，本文首先介紹了我國led顯示屏的發(fā)展現(xiàn)狀，以及l(fā)ed顯示屏的發(fā)展歷史，并且從多個方面分析了led顯示屏的發(fā)展前景。第二章中主要介紹了led器件的工作原理和led器件的主要參數(shù)，然后又介紹了led器件的幾種驅(qū)動電路。而設(shè)計的主要內(nèi)容是硬件的選擇和軟件的編譯，從而實現(xiàn)顯示屏的顯示功能，本系統(tǒng)是以單片機的基本語言匯編語言來進(jìn)行軟件設(shè)計，指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為

3、了便于擴展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔明了。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作。正文中第三章簡單描述系統(tǒng)硬件工作原理，且附以系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖，論述了本次畢業(yè)設(shè)計所應(yīng)用的各硬件接口技術(shù)和各個接口模塊的功能及工作過程, 并具體描述了8051、8031的硬件結(jié)構(gòu)圖和管腳功能。對ti公司的tpic6b595進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。其次闡述了程序的流程和實現(xiàn)過程。本文撰寫的主導(dǎo)思想是軟、硬件相結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，來進(jìn)行各功能模塊的編寫。最后對我所開發(fā)的用單片機實現(xiàn)led顯示屏控制原理的設(shè)計思想和軟、硬件調(diào)試作了詳細(xì)的論述。關(guān)鍵詞：顯示屏；單片機；驅(qū)動電路； 第1章 引 言led顯示

4、屏十八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，他利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊獲像素單元組成的面積顯示屏幕，以可靠性高、環(huán)境適應(yīng)能力強、價格性能比高、使用成本低等特點，在短短的十來年中，迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。1.1 led顯示屏的發(fā)展及現(xiàn)狀1.1.1我國led顯示屏的發(fā)展歷史發(fā)光二極管（led）是六十年代未發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體顯示器件，七十年代，隨著半導(dǎo)體材料合成技術(shù)、單晶制造技術(shù)和p-n結(jié)形成技術(shù)的研究進(jìn)展，發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度等性能得以提高并迅速進(jìn)入批量化和實用化。進(jìn)入八十年代后，led在發(fā)光波長范圍和性能方面大大提高，并開始形成平板顯示

5、產(chǎn)品即led顯示屏。led顯示屏發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：（1）1990年以前l(fā)ed顯示屏的成長形成時期。一方面，受led材料器件的限制，led顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域沒有廣泛展開，另一方面，顯示屏控制技術(shù)基本上是通訊控制方式，客觀上影響了顯示效果。這一時期的led顯示屏在國外應(yīng)用較廣，國內(nèi)很少，產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通訊控制，灰度等級為單點4級調(diào)灰，產(chǎn)品的成本比較高。（2）1990-1995年，這一階段是led顯示屏迅速發(fā)展的時期。進(jìn)入九十年代，全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長，信息技術(shù)各個領(lǐng)域不斷突破，led顯示屏在led材料和控制技術(shù)方面也不斷出現(xiàn)新的成果。藍(lán)色led晶片研制成功，全彩色led顯示屏進(jìn)

6、入市場；電子計算機及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了視頻控制技術(shù)，顯示屏灰度等級實現(xiàn)16級灰度和64級灰度調(diào)灰，顯示屏的動態(tài)顯示效果大大提高。這一階段，led顯示屏在我國發(fā)展速度非常迅速，從初期的幾空企業(yè)、年產(chǎn)值幾千萬元發(fā)展到幾十家企業(yè)、年產(chǎn)值幾億元，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域涉及金融證券、體育、機場、鐵路、車站、公路交通、商業(yè)廣告、郵電電信等諸多領(lǐng)域，特別是1993年證券股票業(yè)的發(fā)展更引發(fā)了led顯示屏市場的大幅增長。led顯示屏在平板顯示領(lǐng)域的主流產(chǎn)品局面基本形成，led顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。（3）1995年以來，led顯示屏的發(fā)展進(jìn)入一個總體穩(wěn)步提高產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整完善的時期。1

7、995年以來，led顯示屏產(chǎn)業(yè)內(nèi)部競爭加劇，形成了許多中小企業(yè)，產(chǎn)品價格大幅回落，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊，產(chǎn)品在質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化等方面出現(xiàn)了一系列新的問題，有關(guān)部門對led顯示屏的發(fā)展予以重視并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)囊?guī)范和引導(dǎo)，目前這方面的工作正在逐步深化，產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模。 1.1.2我國led顯示屏的現(xiàn)狀產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模我國的led顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，至1998年底，年度銷售總額在1000萬元以上的企業(yè)有20多家，其銷售總額達(dá)6億元左右，占行業(yè)市場總額的85%以上。全國從事led顯示屏的各類企業(yè)有100余家，從業(yè)人員近6000人，行業(yè)年度銷售總額近8億

8、元人民幣，1996年、1997年的增長速度均保持40%左右，1998年略有回落。在國內(nèi)市場上，國產(chǎn)led顯示屏的市場占有率近100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有市場，四十三屆世乒賽主會場天津體育中心、京九鐵路、北京西客站、首都機場、浦東機場等，均由國內(nèi)代表企業(yè)中標(biāo)。 技術(shù)水平相對領(lǐng)先我國led顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。90年代初即具備了成熟的16級灰度256色視頻控制技術(shù)及無線遙控等國先進(jìn)水平技術(shù)，近年在全彩色led顯示屏、256級灰度視頻控制技術(shù)、集群無經(jīng)線控制、多級群控技術(shù)等方面均有國內(nèi)先進(jìn)、達(dá)到國際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)；led顯示屏控制專用大規(guī)模集成

9、電路也已由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。led顯示屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批led顯示屏科技隊伍，在全國led顯示屏行業(yè)的從業(yè)人數(shù)6000人中，科技人員有2800多人，將近50%。led顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。led顯示屏的應(yīng)用涉及社會經(jīng)濟的許多領(lǐng)域，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示。這一領(lǐng)域的led顯示屏占到了前幾年國內(nèi)led顯示屏需求量的50%以上，目前仍為led顯示屏的主要需求行業(yè)。上海證券交易所、深圳證券交易所及全國上萬家證券、金融營業(yè)機構(gòu)廣泛使用了led顯示屏。 （2）機場航班動態(tài)信息顯示。民航機

10、場建設(shè)對信息顯示的要求非常明確，led顯示屏是航班信息顯示系統(tǒng)fids(flight information display system)的首選產(chǎn)品，首都機場、上海浦東國際機場、海口美蘭機場、珠海機場、廈門高崎機場、深圳黃田機場、廣州白云機場及全國數(shù)十家新建和改擴建機場都選用了國產(chǎn)的led顯示屏產(chǎn)品。 （3）港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示。以led顯示屏為主體的信息系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)、列車到發(fā)揭示系統(tǒng)、票務(wù)信息系統(tǒng)等共同構(gòu)成客運樞紐的自動化系統(tǒng)，北京站、北京西站、南昌站、大連港等國內(nèi)重要火車站和港口都安裝了國內(nèi)廠家提供的產(chǎn)品和系統(tǒng)。 （4）體育場館信息顯示。led顯示屏已取代了傳統(tǒng)的燈泡及crt顯示

11、屏，四十三屆世乒賽主場地天津體育中心首次采用了國產(chǎn)彩色視頻led顯示屏，受到普遍好評，上海體育中心、大連體育場等許多國內(nèi)重要體育場館相繼采用了led顯示屏作為信息顯示的主要手段。 （5）道路交通信息顯示。智能交通系統(tǒng)（its）的興起，在城市交通、高速公路等領(lǐng)域，led顯示屏作為可變情報板、限速標(biāo)志等，替代國外同類產(chǎn)品，得到普遍采用。 （6）調(diào)度指揮中心信息顯示。電力調(diào)度、車輛動態(tài)跟蹤、車輛調(diào)度管理等，也在逐步采用高密度的led顯示屏。 （7）郵政、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。遍布全國的服務(wù)領(lǐng)域均有國產(chǎn)led顯示屏在信息顯示方面發(fā)揮作用。 （8）廣告媒體新產(chǎn)品。除單一大型戶

12、內(nèi)、戶外顯示屏做為廣告媒體外，國內(nèi)一些城市出現(xiàn)了集群led顯示屏廣告系統(tǒng)；列車led顯示屏廣告發(fā)布系統(tǒng)也已在全國數(shù)十列旅客列車上得到采用并正在推廣。行業(yè)發(fā)展正在逐步規(guī)范 1995年以前，led顯示屏的生產(chǎn)無行業(yè)規(guī)范。1996年原電子部委托藍(lán)通公司制定led顯示屏通用規(guī)范，1998年1月正式作為電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實施，使led顯示屏產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作開始走向規(guī)范。1998年初，中國光協(xié)光電器件分會加強了led顯示屏行業(yè)的管理和業(yè)務(wù)，在引導(dǎo)規(guī)范行業(yè)發(fā)展、開展光電器件與led顯示屏產(chǎn)品技術(shù)及檢測標(biāo)準(zhǔn)交流協(xié)調(diào)等方面積極開展工作，目前正在就標(biāo)準(zhǔn)體系和具體標(biāo)準(zhǔn)的建立組織力量進(jìn)行有關(guān)工作。隨著產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系的形成和

13、系列標(biāo)準(zhǔn)的實施，led顯示屏產(chǎn)業(yè)在向健康有序的方向發(fā)展。 1.2 led顯示屏的研究的目的和意義1.2.1課題研究的目的現(xiàn)代信息社會中，作為人一機信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進(jìn)入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時代，led顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑會有更大的發(fā)展，并有可能成為二十一世紀(jì)平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。所以我們要非常重視它的發(fā)展前景，不過我們要對陳出新，要有所創(chuàng)新，不要一味的模仿前人所創(chuàng)造出的成果，但是由于我們的開發(fā)環(huán)境限制的原因，我們不能深入的具體的研究，但我想我們國家的led顯示屏技術(shù)會向著以下幾方面發(fā)展。高亮度、全彩化藍(lán)色及純綠色led產(chǎn)品自出現(xiàn)以來

14、，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件。基礎(chǔ)材料的產(chǎn)業(yè)化。使led全彩色顯示產(chǎn)品成本下降，應(yīng)用加快。以全彩色戶外26顯示屏為例，1996年的產(chǎn)品市場價格每平方米在12萬元左右，1999年已降至78萬人民幣/m2，led產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達(dá)到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求，同時，由于全彩色顯示屏價格性能比的優(yōu)勢，預(yù)計在未來幾年的發(fā)展中，全彩色led顯示屏在戶外廣告媒體中會越來越多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產(chǎn)品，體育場館的顯示方面全彩色led屏更會成為主流產(chǎn)品。全彩色led顯示屏的廣泛應(yīng)用會是led顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個新的增長點。

15、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化材料、技術(shù)的成熟及市場價格的基本均衡之后，led顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化將成為led顯示屏發(fā)展的一個新趨勢。近幾年業(yè)內(nèi)的發(fā)展，市場競爭在傳統(tǒng)產(chǎn)品條件下是以價格作為主要的競爭手段，幾番價格回落調(diào)整達(dá)到基本均衡，產(chǎn)品質(zhì)量，系統(tǒng)的可靠性等將成為主要的競爭因素，這就對led顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化有了較高要求，業(yè)內(nèi)一些骨干企業(yè)已開始在企業(yè)實施iso9000系列標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系的形成，對產(chǎn)品的檢測有了相對統(tǒng)一的認(rèn)識和評判依據(jù)，生產(chǎn)條件差、技術(shù)性不強、售后服務(wù)體系不完善的企業(yè)將受到市場的淘汰，預(yù)計今后幾年內(nèi)一批小規(guī)模led顯示屏廠商會逐步淡出，行業(yè)的發(fā)展趨于有序。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化信息化社會

16、的形成，信息領(lǐng)域愈加廣泛，led顯示屏的應(yīng)用前景更為廣闊。預(yù)計大型或超大型led顯示屏的主流產(chǎn)品局面將會發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點和專業(yè)性要求的小型led顯示屏?xí)休^大提高，面向信息服務(wù)領(lǐng)域的led顯示屏產(chǎn)品門類和品種體系將更加豐富，部分潛在市場需求和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)兴黄?，如公共交通、停車場、餐飲、醫(yī)院等綜合服務(wù)方面的信息顯示屏需求量將有更大的提高，大批量、小型化的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)led顯示屏在led顯示屏市場總量中將會占有多數(shù)份額.1.2.2課題研究的意義通過本次設(shè)計可以使我更加了解我國led顯示屏的發(fā)展前景，以及更好的了解了led顯示屏的主要功能和適用范圍，并且通過自己不懈的努力，對其工作原理和

17、安裝過程更為了解，對一些電子電路知識更為精通。我想通過本次設(shè)計所取得成果是巨大的而深遠(yuǎn)的，對我以后的工作會有很大的幫助！第2章 led器件工作原理2.1 半導(dǎo)體發(fā)光基本原理純凈半導(dǎo)體的能級圖如圖2.1所示，在溫度為絕對零度是滿帶中的電子沒有足夠的能量越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，因而呈現(xiàn)絕緣狀態(tài)。隨著溫度的生高，一般在室溫下就有一部分電子具有越過禁帶的能量，到達(dá)導(dǎo)帶，同時留下一個空位形成孔穴，從而呈現(xiàn)弱導(dǎo)電性，即本征性導(dǎo)電。圖2.1 半導(dǎo)體能級圖半導(dǎo)體材料中摻入雜質(zhì)后，施主雜質(zhì)的能級接近導(dǎo)帶，受主雜志的能級接近滿帶。施主雜質(zhì)中的電子極易進(jìn)入導(dǎo)帶，受主雜質(zhì)極易從滿帶中獲取電子使?jié)M帶中形成空穴。當(dāng)在pn結(jié)上施

18、加正向電壓時，由于結(jié)位壘的降低，使電子n型半導(dǎo)體進(jìn)入p型半導(dǎo)體，而空穴自p型半導(dǎo)體進(jìn)入n型半導(dǎo)體，從而形成了少數(shù)載流子的注入。隨著注入少數(shù)載流子的復(fù)合，其能量也從高能級返回至低能級，所釋放出來的能量可以轉(zhuǎn)化成各種形式，最常見的是以熱能的形式釋放。從電路的觀點來看，釋放出來的能量等于pn結(jié)正向電流與正向電壓之積再乘以時間。有一部分半導(dǎo)體材料在注入少數(shù)載流子復(fù)合時，會以光的形式釋放能量，產(chǎn)生半導(dǎo)體發(fā)光現(xiàn)象。半導(dǎo)體發(fā)光可以進(jìn)一步區(qū)分為兩種類型，一種是電子直接從導(dǎo)帶躍遷至滿帶與空穴復(fù)合而發(fā)光。另一種是在雜質(zhì)能級en和eh之間的復(fù)合發(fā)光，導(dǎo)帶中的電子先躍遷到施主雜質(zhì)能級en上，再躍遷到eh上與空穴復(fù)合而

19、發(fā)光，稱為間接發(fā)光。led器件多采用間接發(fā)光半導(dǎo)體材料制成。半導(dǎo)體發(fā)光的光波波長滿足： 其中為禁帶寬度，單位為電子伏特（ev）。因為可見光的波長在700nm以下，所以用于led器件的半導(dǎo)體材料的禁帶寬度應(yīng)該在1.77ev以上。此外，選擇不同的半導(dǎo)體材料，有不同的禁帶寬度，這就可以制成發(fā)出不同顏色光線的led器件。gap是一種常用于制造led器件的半導(dǎo)體材料，在gap中摻入zn、o是可制成紅色led器件，再摻入te后可制成綠色led。2.2 led器件的參數(shù)在工程應(yīng)用中，正確掌握和理解led器件的參數(shù)是成功設(shè)計的基礎(chǔ)。led器件的參數(shù)可以分為電參數(shù)、光參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)放在后面來介紹，本節(jié)

20、以討論電參數(shù)和光參數(shù)為主。一、極限參數(shù)極限參數(shù)是指在應(yīng)用中不得超過的各種量值。極限功耗 led器件正常工作于正便置狀態(tài)，正向電流沿正向流過，電場做功一部分轉(zhuǎn)化為光能，還有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化成熱能，引起pn結(jié)發(fā)熱，使結(jié)溫上升。當(dāng)結(jié)溫上升到達(dá)其最大允許值時，器件的耗散功率就不允許在增加了，這時的功率就是極限功耗。實際上結(jié)溫是受發(fā)熱于散熱兩個因素的影響。耗散功率的增加使結(jié)溫上升，而環(huán)境溫度的降低有利于散熱會使結(jié)溫降低。因此在不同環(huán)境溫度情況下會有不同的值。當(dāng)環(huán)境溫度較低時pm 的值大些，隨著環(huán)境溫度的升高的值有所降低。在從-20+25度的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，pm 是一個常數(shù)，當(dāng)環(huán)境溫度超過+25度時，隨溫度

21、的上升，pm 明顯下降，直至+85度環(huán)境溫度達(dá)到了最大允許結(jié)溫，因此不允許在有附加的任何發(fā)熱，致使pm 立即下降到0度。極限工作電流ifm 極限工作電流是因極限工耗而引起的參數(shù)。當(dāng)led器件處于正偏置時，其正向電壓的變化很小，引起耗散功率增加的原因是正向電流的增加。因此，對耗散功率的限制就可以轉(zhuǎn)化為對正向電流的限制。根據(jù)電路關(guān)系pf=vf*if，可以知道對正向電流的限制值ifm有與pm類似的隨環(huán)境溫度的變化而變化的規(guī)律。在有些手冊中指給出ifm或pm當(dāng)中的一個參數(shù)，這時多一半給出的是ifm。最高允許反向電壓vsled器件也和其他二極管一樣，在反向便置時當(dāng)反向電壓加大到一定程度就會引起擊穿。le

22、d器件的反向擊穿電壓相當(dāng)?shù)?，一般只有四五伏特，而且led器件一旦擊穿之后，就會造成永久性的損壞，因此不要對led器件進(jìn)行反向擊穿試驗。在進(jìn)行破壞試驗時是可以測試反向擊穿電壓的。最大允許正向脈沖電流ifpled發(fā)光器件，在一定頻率、一定占空比的正向電流驅(qū)動之下，所能承受的最大正向脈沖電流就是最大允許正向脈沖電流。由于是在脈沖方式下工作，所以在同等結(jié)溫限制條件下，正向脈沖電流的最大允許值要比直流值大。由于結(jié)溫的上升取決于平均功率，它是瞬時功率的時間積分。一般在占空比為1到1/4范圍內(nèi)，最大允許正向脈沖電流ifp是（直流）極限工作電流的ifm1到1/4倍 。最高允許結(jié)溫tjm最高允許結(jié)溫是led器件

23、允許的最高pn結(jié)溫度，超過這一溫度將引起器件損壞。允許的工作環(huán)境溫度范圍ta如前所述，工作環(huán)境溫度對pm、ifm、ifp等均有重要影響，因此有必要對其范圍進(jìn)行規(guī)定。一般ta從-20+75度至-40+100度。允許的存儲溫度范圍ts除了tjm和ta外，有的技術(shù)資料還給出了允許的存儲溫度范圍ts。一般ts比ta的范圍寬，約在從-25+80度至-55+100度。引線焊接時間由于焊接時通過引腳可以把熱量傳到pn結(jié)上去，導(dǎo)致器件損壞。因此對一定的焊接設(shè)備以一定的焊接溫度允許停留在引腳上的時間進(jìn)行規(guī)定。例如焊接溫度為280度的電烙鐵在距l(xiāng)ed芯片1.6mm處焊接時，停留時間不得大于5s。二、電參數(shù)正向工作

24、電流if由于正向電壓的變化不大，所以正向電流變化時，一方面引起耗散功率的變化，另一方面會引起我們最關(guān)心的發(fā)光強度的變化。因此，可以通過正向工作電流說明器件的發(fā)光強度，或者就把它作為發(fā)光強度的一種間接表示。正常的if一般不超過ifm的60%。正向工作電壓vf一般指在一定的正向工作電流條件下的正向壓降。vf隨if的變化而稍有變化，其值也與溫度有關(guān)，隨溫度的上升vf有所下降。vf之值視led器件所用半導(dǎo)體材料的不同而不同，一般在1.4v3v之間。反向漏電流ir反向漏電流是led器件處于反偏置時的漏電流。pn結(jié)電容cj實際上它是pn結(jié)電容與管殼、引腳電容之和。結(jié)電容對于器件在高頻（視頻）下工作有較大的

25、影響。導(dǎo)通時間ton當(dāng)器件在脈沖電流驅(qū)動下工作時，在脈沖的上升沿從受激輻射開始到達(dá)到發(fā)光強度穩(wěn)定值的90%為止所需要的時間。截止時間tct當(dāng)器件在脈沖電流驅(qū)動下工作時，在脈沖的下降沿從受激輻射結(jié)束到發(fā)光強度下降到穩(wěn)定值的10%為止所需要的時間。導(dǎo)通時間與截止時間對工作在脈沖驅(qū)動（特別是高速脈沖驅(qū)動）方式下的led器件有較大影響。例如在顯示256級灰度時，采用1/16掃描方式時，按120hz的楨頻考慮。2.3 led器件的驅(qū)動從led器件的發(fā)光機理可以知道，當(dāng)向led器件施加正向電壓時，流過器件的正向電流使其發(fā)光。因此led的驅(qū)動就是如何使它的pn結(jié)處于正偏置，而且為了控制（調(diào)節(jié)）它的發(fā)光強度，

26、還要解決正向電流的調(diào)節(jié)問題。具體的驅(qū)動方法可以分為直流驅(qū)動、恒流驅(qū)動、脈沖驅(qū)動和掃描驅(qū)動。但由于主要應(yīng)用的是后兩種，所以在這里只介紹這兩種。在最后我們在介紹一下，以上幾種驅(qū)動方法組合在一起的一種組合驅(qū)動方法。一、脈沖驅(qū)動利用人眼的視覺惰性，采用向led器件重復(fù)通斷供電的方法使之點燃，就是通常所說的脈沖驅(qū)動方式。采用脈沖驅(qū)動方式時應(yīng)該注意兩個問題：脈沖電流輻值的確定和重復(fù)頻率的選擇。首先，要想獲得與直流驅(qū)動方式相當(dāng)?shù)陌l(fā)光強度的話，脈沖驅(qū)動電流的平均值ia就應(yīng)該與直流驅(qū)動的電流值相同。如圖2.2所示，平均電流ia是瞬時電流的時間積分對于矩形波來說，有: 圖2.2 led的脈沖驅(qū)動 其中就是占空比的

27、一種描述，嚴(yán)格意義上的占空比應(yīng)該是，但因=-，所以也就間接表示了。為了使脈沖驅(qū)動方式下的平均電流與直流驅(qū)動電流相同，就需要使它的脈沖電流幅值滿足： 可見脈沖驅(qū)動時，脈沖電流的幅值應(yīng)該比直流驅(qū)動電流大 倍。所幸的是脈沖驅(qū)動下的最大允許電流幅值比直流驅(qū)動的電流最大允許值高的多。其次，是脈沖重復(fù)頻率（或重復(fù)周期）的問題。通過視覺惰性的分析，已經(jīng)知道脈沖重復(fù)頻率必須高于24hz，否則就會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。在實際應(yīng)用中，往往采用更高的頻率，例如50 hz、60 hz、120 hz甚至高達(dá)1920 hz。選擇重復(fù)頻率時，不僅要考慮避免閃爍現(xiàn)象，有時還要考慮電路設(shè)計的方便。重復(fù)頻率的上限受器件響應(yīng)速度的限制，無

28、論是led器件還是驅(qū)動器件，當(dāng)頻率高到一定程度，達(dá)到器件無法正常導(dǎo)通和關(guān)斷的時候，就不能正常工作了。led器件的上限工作頻率大約在十幾兆赫到數(shù)百兆赫范圍內(nèi)。脈沖驅(qū)動的主要應(yīng)用有兩個方面：掃描驅(qū)動和占空比控制。掃描驅(qū)動的主要目的是節(jié)約驅(qū)動器，簡化電路；占空比控制的目的是調(diào)節(jié)器件的發(fā)光強度，多用于圖象顯示中的灰度級控制。實際應(yīng)用中，有時脈沖驅(qū)動僅反映在掃描驅(qū)動方面（偶爾僅反映在占空比控制方面），而在很多情況下掃描驅(qū)動與占空比控制兩者兼而有之。二、掃描驅(qū)動掃描驅(qū)動通過數(shù)字邏輯電路，使若干led器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制驅(qū)動電路。圖2.3所示為用于對n個led器件進(jìn)行掃描驅(qū)動的電路。假定切換電路在切換

29、過程中沒有時間延遲，且每個led的導(dǎo)通時間是相等的，則占空比。此時的驅(qū)動電流幅值應(yīng)該等于相當(dāng)直流驅(qū)動電流的倍，才能達(dá)到與相當(dāng)直流驅(qū)動一樣的效果。當(dāng)然，之值必須小于該器件的最大允許脈沖幅值電流。這樣，的值就不可能取得太大，否則要不然顯示亮度不夠，要不然電流超過極限值。一般最大取為16，這是的顯示亮度大約是直流驅(qū)動下能夠顯示的最大亮度的1/4。這個亮度對于室內(nèi)應(yīng)用，一般是能夠滿足要求的，但對于室外應(yīng)用就不行了。室外應(yīng)用時，可選擇為4。 圖2.3 掃描驅(qū)動電路為了說明掃描驅(qū)動的具體形式，常用1/作為參數(shù)進(jìn)行掃描。例如常說采用1/4、1/8或1/16掃描方式等等。圖2.4給出了1/16掃描驅(qū)動電路的原

30、理圖。計數(shù)器對時鐘產(chǎn)生的計數(shù)脈沖進(jìn)行4bit二進(jìn)制計數(shù)，其輸出從0000到1111有16種取值。再通過4/16譯碼器進(jìn)行譯碼，譯碼輸出就可以直接點燃相應(yīng)的led了（有足夠的驅(qū)動能力的話）。圖2.4 1/16掃描驅(qū)動電路二、組合驅(qū)動以上所介紹的各種驅(qū)動方法，在實際應(yīng)用中往往實際組合在一起使用的。led顯示屏是將發(fā)光燈按行按列布置的，驅(qū)動時也按行按列驅(qū)動。在掃描驅(qū)動方式下按行掃描按列控制，當(dāng)然也可以按列掃描按行控制。所謂“掃描”的含義，就是指一行（列）一列（行）地循環(huán)接通整行（列）的led器件，而不同這一行（列）的哪一列（行）的led器件是否應(yīng)該點燃，也不問它的灰度應(yīng)該是多少。某一列（行）的led

31、器件是否應(yīng)該點燃，以及它的灰度值大小，由所謂的列（行）“控制”電路來負(fù)責(zé)。圖2.5所示為一個m行n列結(jié)構(gòu)的led顯示屏，當(dāng)采用行掃描列控制的驅(qū)動方式時，從h1到hm輪流將高電位接通各行線，使連接到各該行的全部led器件接通正電源，但具體哪一個led導(dǎo)通，還要看它的負(fù)電源是否接通，這就是列控制的任務(wù)了。例如在顯示屏上需要led11點燃、led21熄滅的話，在掃描到h1行時，l1列的電位就應(yīng)該為低；而掃描到h2行時l1列的電位就應(yīng)該為高。這樣行線上只管一行一行地輪流導(dǎo)通，列線上進(jìn)行通斷控制，實現(xiàn)了行掃描列控制的驅(qū)動方式。上述列控制只控制了led的通斷，如果需要進(jìn)行灰度級顯示的話，那么列控制就不是通

32、斷控制，而是占空比控制了。這時，在當(dāng)前掃描行上，該行各led器件根據(jù)所需顯示的灰度級，分別右對應(yīng)的列線給出占空比控制信號。這樣，就把掃描驅(qū)動與占空比控制結(jié)合在一起了。 圖2.5 行掃描列控制原理及波形圖2.4 led器件使用注意事項 為了led器件在應(yīng)用過程中不致?lián)p壞，應(yīng)該注意以下事項：首先，是運用過程中器件的各種參數(shù)都不得超過其最大允許值。由于led器件的反向擊穿電壓很低，所以連接時不能把它的陰極與陽極接反，led發(fā)光燈一般定義其長引腳為陽極，短引腳為陰極，最安全的辦法是根據(jù)手冊上器件引腳接線圖正確連接。led器件的耗散功率有限，且隨環(huán)境溫度的上升而下降。因此在器件的安裝布局時，應(yīng)該遠(yuǎn)離其他

33、發(fā)熱元件，以便保證led能夠發(fā)揮它的最大功率。焊接時應(yīng)該注意引腳的導(dǎo)熱，例如可以用鉗子夾住引腳根部進(jìn)行焊接，盡量避免引起芯片過熱造成的損害。焊接時間不宜過大，一般用25w電烙鐵焊接時，不要超過35s。引腳跟部不允許彎曲，以免印入壓力造成芯片損壞，引腳其他部位的成型也應(yīng)該在焊接前進(jìn)行。led器件的表面封裝材料遇到丙酮等有機溶劑時可能會被溶解，影響透光性能。如需清洗器件表面時，應(yīng)按照器件生產(chǎn)廠家的說明，-用指定的清洗劑清洗。除電壓型led器件（其內(nèi)部已經(jīng)串聯(lián)有限流電阻）外，各種led器件在電壓源驅(qū)動時，均需串入限流電阻。 第3章 led點陣圖文顯示屏3.1 led顯示屏的特點和很多應(yīng)用技術(shù)一樣，l

34、ed顯示屏并沒有一個公認(rèn)的嚴(yán)格的定義，一般把顯示圖形/或文字的led顯示屏稱為圖文屏。這里所說的圖形， 是指由單一亮度線條組成的任意圖形，以便與不同亮度（灰度）點陣組成的圖象相區(qū)別。圖文屏的主要特點是只控制led點陣中各發(fā)光器件的通斷（發(fā)光或熄滅），而不控制led的發(fā)光強弱。led器件的顏色可以是單色的、雙色的，個別情況下甚至是多色的。led圖文顯示屏的外觀可以作成條形，叫做條形圖文顯示屏（簡稱條屏）， 也可以按一定高寬比例作成矩形的平面圖文顯示屏。其實條屏只不過是其寬度遠(yuǎn)大與高度的平面顯示屏，在控制原理上并無區(qū)別。無論顯示圖形還是文字，都是控制與組成這些圖形或文字的各個點所在位置相對應(yīng)的le

35、d器件發(fā)光。通常事先把需要顯示的圖形文字轉(zhuǎn)換成點陣圖形，再按照顯示控制的要求以一定的格式形成顯示數(shù)據(jù)。對于只控制通斷的圖文顯示屏來說，每個led發(fā)光器件占據(jù)數(shù)據(jù)中的1位（1bit），在需要該led器件發(fā)光時數(shù)據(jù)中相應(yīng)的位填1，否則填0。當(dāng)然，根據(jù)控制電路的安排，相反的定義同樣是可行的。這樣依照所需顯示的圖形文字，按顯示屏的個行個列逐點填寫顯示數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)成一個顯示數(shù)據(jù)文件。顯示圖形的數(shù)據(jù)文件，其格式相對自由，只要能夠滿足顯示控制的要求即可。文字的點陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計算機通用的字庫字模，例如漢字就有宋體、仿宋體、楷體、黑體等多種可供選擇的方案。組成一個字的點陣，其大小也可以有16*

36、16、24*24、32*32、48*48等不同規(guī)格。本次設(shè)計字的大小采用16*16的規(guī)格。用點陣方式構(gòu)成圖形或文字，是非常靈活的，可以根據(jù)需要任意組合和變化，只要設(shè)計好合適的數(shù)據(jù)文件，就可以得到滿意的顯示效果。因而采用點陣式顯示屏顯示經(jīng)常需要變化的信息，是非常有效的。條屏常用于簡短明確的信息，例如顯示車站、機場的班次、航班信息等等，或者商廈的歡迎詞，或?qū)懽謽寝k公區(qū)的簡短通知等等。點陣顯示方式有適應(yīng)信息變化的優(yōu)點，是以點陣顯示器的價格和其復(fù)雜的控制電路為代價的。點陣顯示器在整個顯示單元的所有位置上都布置了led器件，而像數(shù)碼管一類的led顯示器件只在需要發(fā)光的七段（或八段）位置上布置led器件，

37、其他位置是空白的。因此點陣顯示屏在相同面積情況下，其價格要比數(shù)碼管等貴。另一方面，由于數(shù)碼管可顯示的信息有限，只有09等幾個字符，這些字符的變化是靠組合七段led的發(fā)光與否實現(xiàn)的。由于段數(shù)不多，組合形成的字符也不多，所以顯示數(shù)據(jù)和控制電路都比較簡單。點陣顯示屏則不然，它要對點陣上全部led進(jìn)行控制，并能生成所有可能顯示的圖形文字，其顯示數(shù)據(jù)和控制電路自然要復(fù)雜得多。因此，在有些場合顯示信息雖然需要變化，但其特點或格式有一定變化范圍的限制，也就是說不要求顯示任意變化的信息。3.2 led顯示屏的基本結(jié)構(gòu)顯示屏可以分成屏體和控制器兩大部分。屏體的主要部分是顯示點陣，還有行列驅(qū)動電路，或者包括其他電

38、路（并沒有嚴(yán)格規(guī)定，可根據(jù)需要和印刷電路的布置而定）。顯示點陣多采用8*8單色或雙色顯示單元（見圖3.2.1）拼接而成。本次設(shè)計就是采用16*160的條屏，就需要使用40塊8*8顯示單元。雖然驅(qū)動電路和部分其他電路也裝在屏體上，但其作用我們還是結(jié)合控制電路一起進(jìn)行分析。從顯示文字的角度來看，一個字符（特別是漢字）也可由16*16或24*24或32*32點陣組成。屏的一行可以短到只顯示幾個字，長到顯示十幾、二十個字。一塊由m行n列組成的m*n顯示屏，其led發(fā)光器件數(shù)量相當(dāng)大，不宜使用靜態(tài)顯示驅(qū)動電路。行驅(qū)動器一行的行線連到電源的一端，列驅(qū)動器一列的列線連到電源的另一端。當(dāng)行驅(qū)動選中第i行，列驅(qū)

39、動選中第j列時，對應(yīng)的led器件根據(jù)列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)要求進(jìn)行顯示?？刂齐娐坟?fù)責(zé)有續(xù)地選擇各行，在選通每一行之前還要把該行各列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。一旦該行選通，這一行線上的led發(fā)光器件就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。這種時序控制電路，可以由補線邏輯完成。但考慮到顯示數(shù)據(jù)的存儲和設(shè)計的靈活性及通用性，一般都采用單片機（及部分接口電路）實現(xiàn)，簡單的顯示模式和顯示數(shù)據(jù)可以由下位機自身產(chǎn)生和存儲，復(fù)雜多變的顯示數(shù)據(jù)或顯示模式可由上位機產(chǎn)生后下載給下位機。 圖3.2.1單色led點陣顯示單元 由于顯示屏的顯示數(shù)據(jù)只有通斷信息，而不包括灰度信息，因此數(shù)據(jù)不大。加之顯示內(nèi)容的更新速度也較慢，遠(yuǎn)比不上電視信號每秒25禎的變化

40、速度。所以，上下位機之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行異步通信方式。串行通信接口電平可根據(jù)需要選擇rs232、rs422、或rs485標(biāo)準(zhǔn)。圖3.2.2示出了顯示屏的電路框圖。圖3.2.2顯示屏電路框圖3.3 led顯示屏的硬件設(shè)計3.3.1單片機概述mcs51是intel公司的單片機系列產(chǎn)品，其品種型號繁多，典型產(chǎn)品有 8051， 8031和 8751 三種型號。它們的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要差別反映在存儲器的配置上有所不同。 8051內(nèi)部設(shè)有4k字節(jié)的掩模 rom程序存儲器，8031片內(nèi)沒有程序存儲器 8751是將 8051片內(nèi) rom換成 eprom。這里以 8051單片機為例，介紹mcs-51單片

41、機的結(jié)構(gòu)。mcs51單片機是在一塊芯片中集成了 cpu、 ram、 rom、定時器/ 計數(shù)器和多種功能的i/o接口等一臺計算機所需要的基本功能部件。單片機內(nèi)包含下列幾個部件： 一個8位cpu； 一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路； 4k字節(jié)rom程序存儲器： 128字節(jié)ram數(shù)據(jù)存儲器； 兩個 16位定時器/計數(shù)器； 可尋址 64k外部數(shù)據(jù)存儲器和 64k外部程序存儲器空間的控制電路； 32條可編程的i/o線（四個6位并行i/o端口） 一個可編程全雙工串行口； 具有五個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。8051單片機框圖如圖3.3.1所示。各功能部件由內(nèi)部總線聯(lián)接在一起。圖中4k（4096）字節(jié)的rom存

42、儲器部分用eprom替換就成為8751；圖中去掉rom部分就成為8031的結(jié)構(gòu)圖。圖3.3.1 8051結(jié)構(gòu)圖mcs51單片機都采用 40引腳的雙列直播封裝方式。圖3.3.2（a）為引腳排列圖，（b）為邏輯符號圖。圖3.3.2 mcs51單片機引腳圖 40條引腳說明如下： 主電源引腳vss和vcc vss 接地。 vcc 正常操作時為十5伏電源。 外接晶體引腳xtal1和xtal2 xtal1 內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時，此引腳接地（見圖2-3（b）。 xtal2 內(nèi)部振蕩器的反相放大器的輸出端，是外接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時，此引腳接外部

43、振蕩源。 控制或與其它電源復(fù)用引腳 rst/vpd，ale/prog，psen 和ea/vpp。 rst/vpd 當(dāng)振蕩器運行時。在此引腳上出現(xiàn)兩個機器同期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復(fù)位。 在 vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由 vpd向內(nèi)部 ram提供備用電源，以保持內(nèi)部ram中的數(shù)據(jù)。 ale/prog 正常操作時為ale功能（允許地址錢存），提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器。ale引腳以不變的頻率（振蕩周期的1/6）周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。但要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ale脈沖。 ale端可以驅(qū)動（吸收或

44、輸出電流）八個 lsttl電路。 對于 eprom型單片機，在 eprom編程期間，此引腳接收編程脈沖（prog功能）。 psen 外部程序存儲器讀選通信號輸出端。在從外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）期間；psen 在每個機器周期內(nèi)兩次有效。 psen 同樣可以驅(qū)動八個lsttl輸入。 eavpp ea為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當(dāng)ea為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器（pc值小于4k）。當(dāng)ea為低電平時，則訪問外部程序存儲器。對于eprom型單片機，在eprom編程期間，此引腳上加21veprom編程電源（vpp）。 輸入/輸出引腳 p0.0p0.7，p1.0p1.7，p2.0p2.7

45、，p3.0p3.7 p0.0p0.7： p0是一個 8位漏極開路型雙向 i/o口。在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線。po口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個lsttl負(fù)載。 p1.0p1.7： p1是一個帶有內(nèi)部提升電阻的 8位準(zhǔn)雙向 i/o口。它能驅(qū)動（吸收或輸出電流）四個lsttl負(fù)載。 p2.0p2.7： p2是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o口。在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。p2口可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）四個lsttl負(fù)載。 p3.0p3.7：p3是一個帶有內(nèi)部提升電阻的 8位準(zhǔn)雙向 i/o口。能驅(qū)動（吸收或輸出電流）四個lsttl負(fù)載。p3口還用于第二功

46、能請參看圖3.3.3。圖3.3.3 p3口的第二功能 stc89c58rd+型單片機介紹本設(shè)計采用的主控芯片為stc89c58rd+，其特點為：降低成本，提升性能，原有程序直接使用，硬件無序改動；功耗低：掉電模式，典型功耗，0.5ua，可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行源程序;空閑模式：典型功耗，2ma；正常工作模式：典型功耗，4ma-7ma。工作電壓范圍寬： 5v: 6v-3.4v。如果相關(guān)新增功能沒有用到，則不需看相應(yīng)部分；用stc提供的stc-isp.exe工具將原有的代碼下載進(jìn)stc相關(guān)的單片機即可，或用通用編程器編程。該單片機為真正的看門狗，缺省為關(guān)閉（冷啟動），啟動后無法關(guān)閉，

47、可放心省去外部看門狗。內(nèi)部flash擦寫次數(shù)為100，000次以上。stc89c58rd+的抗干擾能力：i/o口：輸入/輸出口經(jīng)過特殊處理，很多干擾是從i/o進(jìn)去的，每個i/o均有對vcc/gnd二級管箝拉保護(hù)；電源：單片機內(nèi)部的電源供電系統(tǒng)經(jīng)過特殊的處理，很多干擾事從電源進(jìn)去的；時鐘:單片機內(nèi)部的時鐘電路經(jīng)過特殊處理，很多干擾是從時鐘部分進(jìn)去的；看門狗：單片機內(nèi)部的看門狗電路經(jīng)過特殊處理，打開后無法關(guān)閉，可放心省去外部看門狗；復(fù)位電路：單片機內(nèi)部的復(fù)位電路經(jīng)過特殊處理，該單片機為高電平復(fù)位，采用r/c復(fù)位；寬電壓，不怕電源抖動：5v:6v-3.4v;高抗靜電（高esd保護(hù)）。stc89c58rd+性能表:型號最高時鐘頻率（hz）flash程序存儲器ram數(shù)據(jù)存儲器看門狗雙倍速eep rom數(shù)據(jù)指針串口uart中斷源優(yōu)先級定時器向下兼容stc89c58rd+0-80m32k12808k+21ch+843w78e58p89c58at89c51rcstc89c58rd+單片機中斷特殊功能寄存器：mnemonicaddname76543210reset valueiea8hinterrupt enableea-et2eset1ex1e