點(diǎn)陣式LED“0-9”數(shù)字顯示技術(shù)

1、目 錄第一章 緒 論2第二章 方案設(shè)計(jì)32.1 方案確定32.1.1 功能要求32.2.2 方案確定32.2 器件選擇3第三章 硬件電路設(shè)計(jì)43.1 整體模塊設(shè)計(jì)43.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.2.1 晶振電路設(shè)計(jì)43.2.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)53.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)63.4 LED點(diǎn)陣顯示設(shè)計(jì)7第四章 軟件電路設(shè)計(jì)104.1 軟件設(shè)計(jì)思想104.2 主程序流程圖13第五章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試145.1 系統(tǒng)仿真145.2 性能分析14結(jié)束語(yǔ) 14參考文獻(xiàn)15致謝15附錄16第一章 緒 論LED是發(fā)光二極管LIGHT EMINTTING DIODE的英文縮寫，是一種直接能將電能轉(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體。L

2、ED點(diǎn)陣是由發(fā)光二極管排列組成的顯示器件，在日常生活中隨處可見，其發(fā)光類型屬于冷光源，效率及發(fā)熱量是普通發(fā)光器件難以比擬的。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、可靠耐用、應(yīng)用靈活、安全、響應(yīng)時(shí)間短、綠色環(huán)保、控制靈活等特點(diǎn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)LED顯示器的認(rèn)識(shí)不斷加深，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣。本設(shè)計(jì)是基于AT89C5151的8×8點(diǎn)陣LED數(shù)碼字符顯示器的設(shè)計(jì)，LED點(diǎn)陣顯示屏作為一種新興的顯示器件,是由多個(gè)獨(dú)立的LED發(fā)光二極管封裝而成. LED點(diǎn)陣顯示屏可以顯示數(shù)字或符號(hào), 通常用來(lái)顯示時(shí)間、速度、系統(tǒng)狀態(tài)等。本文講述

3、了基于AT89C51單片機(jī)8×8 LED數(shù)碼字符顯示器的基本原理、硬件組成與設(shè)計(jì)，Proteus軟件仿真，程序設(shè)計(jì)等基本環(huán)節(jié)與相關(guān)技術(shù)。LED電子顯示屏具有所顯內(nèi)容信息量大，外形美觀大方，操作使用方便靈活。適用于火車，汽車站，碼頭，金融證券市場(chǎng)，文化中心，信息中心體育設(shè)施等公共場(chǎng)所。該項(xiàng)目廣泛涉及了計(jì)算機(jī)及電子技術(shù)中的電源技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)，數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，顯示技術(shù)，存儲(chǔ)技術(shù)，系統(tǒng)軟件技術(shù)，接口及驅(qū)動(dòng)等技術(shù)。本設(shè)計(jì)是8×8點(diǎn)陣LED數(shù)碼字符顯示器的設(shè)計(jì)。整機(jī)以美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的40腳單片機(jī)AT89C51為核心，介紹了以它為控制系統(tǒng)的LED點(diǎn)陣電子顯示屏的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和開發(fā)過程

4、。通過該芯片控制一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示，該電子屏可以各種文字或單色圖像，采用動(dòng)態(tài)顯示，使得圖形或文字能夠?qū)崿F(xiàn)靜止、移入移出等多種顯示方式。第二章 方案設(shè)計(jì)2.1 方案確定 2.1.1 功能要求 1、采用MCS-51單片機(jī)作為微處理器。 2、設(shè)計(jì)一個(gè)8×8點(diǎn)陣LED數(shù)碼字符顯示器。 3、在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足、穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_。 4、動(dòng)態(tài)顯示“0-9”幾個(gè)字符。 2.2.2 方案確定 采用AT89C51單片機(jī)作為微處理器，將共陽(yáng)極二極管用共陰型接法連接成8×8點(diǎn)陣LED數(shù)碼字符陣列，通過程序控制，采用動(dòng)態(tài)顯示，建立字符庫(kù)“0-9”。2.2 器件選擇微處

5、理器采用AT89C51系列單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)是這幾年在我國(guó)非常流行的單片機(jī)，是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）高性能單片機(jī)，可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次，具有低功耗、高性能的特點(diǎn)，并且可與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容，對(duì)于本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能，完全可勝任。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 整體模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)行、列驅(qū)動(dòng)電路，顯示器電路，運(yùn)用單片機(jī)的智能化，系統(tǒng)的將每個(gè)功能電路模塊連接在一起，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。圖1 硬件系統(tǒng)框圖此次需要實(shí)現(xiàn)的功能是

6、利用一個(gè)AT89C51，一個(gè)8×8LED點(diǎn)陣，動(dòng)態(tài)顯示“0-9”10個(gè)字，采用PC上位機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示電路。3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路由復(fù)位電路、晶振電路兩部分組成。3.2.1 晶振電路設(shè)計(jì)AT89C51單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)由反向放大器構(gòu)成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可有內(nèi)部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時(shí)元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率fosc采用12MHZ，C1、C2的電容值取30pF，電容的大小起頻率微調(diào)的作用。晶振電路圖如圖

7、所示。圖2 晶振電路圖 3.2.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)AT89C51單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)或者出現(xiàn)死機(jī)時(shí)需要復(fù)位，使CPU以及其他功能部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。單片機(jī)有多種復(fù)位方式，常用的復(fù)位操作有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位方式。本設(shè)計(jì)采用最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位方式，電路如圖3所示。上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)（高電平有效）由RST引腳送入到內(nèi)部的復(fù)位電路，對(duì)AT89C51單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位信號(hào)要持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）以上，才能使AT89C51單片機(jī)可靠復(fù)位。當(dāng)上電時(shí)，C1相當(dāng)于短路，有時(shí)碰到干擾時(shí)會(huì)造成錯(cuò)誤復(fù)位，可在復(fù)位端加個(gè)去耦電容，可

8、以取得很好的效果。 AT89C51單片機(jī)復(fù)位電路如下圖所示： 圖3 上電復(fù)位電路圖 圖4 按鍵電平復(fù)位電路圖復(fù)位電路工作原理： 上電瞬間RST引腳的電位與VCC等電位，RST引腳為高電平，隨著電容C5充電電流的減少，RST引腳的電位不斷下降，可以保持RST引腳在為高電平的時(shí)間內(nèi)完成復(fù)位操作。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵S5后再松開，也能使RST引腳為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)AT89C51單片機(jī)復(fù)位。3.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)正向點(diǎn)亮一顆LED，至少也要1020mA，若電流不夠大，則LED不夠大。而不管是AT89C51的I/O口，還是TTL、CMOS的輸出端，其高態(tài)輸出電流都不是很高，不過12

9、mA而已。因此很難直接高態(tài)驅(qū)動(dòng)LED，這時(shí)候就需要額外的驅(qū)動(dòng)電路，通常有共陽(yáng)型與共陰型LED陣列驅(qū)動(dòng)電路，本設(shè)計(jì)才用共陰型高態(tài)掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。共陰型LED陣列驅(qū)動(dòng)電路采用高態(tài)掃描，也就是任何時(shí)間只有一個(gè)高態(tài)信號(hào)，其它則為低態(tài)。一行掃描完成后，再把高態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)化到近鄰的其他行，掃描信號(hào)接用一個(gè)反向驅(qū)動(dòng)器，AT89C51本身內(nèi)置一個(gè)反向驅(qū)動(dòng)器，本設(shè)計(jì)將AT89C51作為點(diǎn)矩陣顯示控制系統(tǒng)的控制核心，通過點(diǎn)矩陣實(shí)時(shí)顯示并移動(dòng)字符。單片機(jī)的串口與行驅(qū)動(dòng)器相連，用來(lái)發(fā)送顯示數(shù)據(jù)信息。P0口與LED陣列的行引腳相連，送出數(shù)據(jù)、地址以及系統(tǒng)控制信號(hào)。輸出低態(tài)時(shí)，最大可吸取0.5A，即500mA，若每個(gè)LED

10、取30mA，7個(gè)LED同時(shí)點(diǎn)亮，需要210mA，完全滿足LED點(diǎn)亮的基本條件。圖5 驅(qū)動(dòng)電路圖所要顯示的信號(hào)各個(gè)經(jīng)過一個(gè)限流電阻送入晶體管的基極，而每個(gè)NPN晶體管的的集極連接VCC、射極輸出經(jīng)一個(gè)100的限流電阻連接到LED陣列的列陣腳。對(duì)于高態(tài)的顯示信號(hào)，將可提供其所連接LED的驅(qū)動(dòng)電流，而這個(gè)驅(qū)動(dòng)電流經(jīng)過LED到輸出端，形成正向回路，即可點(diǎn)亮該LED。其中每個(gè)晶體管任何時(shí)間只需負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED，所以選擇30mA射極電流的晶體管。驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。3.4 LED點(diǎn)陣顯示設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用ATMEL公司的AT89C51作矩陣顯示控制系統(tǒng)控制核心，12MHZ晶振,88點(diǎn)陣共陽(yáng)LED顯示器。其

11、中，P0口作為字符數(shù)據(jù)輸出口,P3口為字符顯示掃描輸出口,第31腳(EA)接電源。本設(shè)計(jì)LED矩陣顯示器電路選用8×8點(diǎn)陣模塊，系統(tǒng)由單片機(jī)控制。 LED顯示屏是將發(fā)光二極管按行按列布置的，在掃描驅(qū)動(dòng)方式下可以按行掃描按列控制，也可以按列掃描按行控制。本文就是使用1塊8×8點(diǎn)陣，采用按列掃描按行控制控制方式，掃描順序自左向右，以滿足漢字顯示的要求。8×8點(diǎn)陣LED結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖6 LED數(shù)碼顯示管8×8 點(diǎn)陣LED的工作原理。圖7為8×8點(diǎn)陣LED外觀及引腳圖，其等效電路如圖8所示，只要其對(duì)應(yīng)的X、Y軸順向偏壓，即可使LED發(fā)亮。例如如果想

12、使左上角LED點(diǎn)亮，則Y0=1，X0=0即可。應(yīng)用時(shí)限流電阻可以放在X軸或Y軸。 圖7 8×8點(diǎn)陣LED外觀及引腳圖圖8 8×8點(diǎn)陣LED等效電路一個(gè)8×8點(diǎn)陣是由64個(gè)發(fā)光二極管按規(guī)律組成的，如圖8所示。圖中，行接低電平，列接高電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光。第四章 軟件電路設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)思想 利用數(shù)組將各數(shù)字字符的編碼存放在寄存器中，在執(zhí)行顯示過程中從寄存器中將對(duì)應(yīng)數(shù)字或字符編碼的數(shù)組一一輪流調(diào)出即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)。(1)  數(shù)字09點(diǎn)陣顯示代碼的形成如下圖所示，假設(shè)顯示數(shù)字“0”123 45 6 7 8       

13、;                                                                                     

14、0;   00 00 3E 41 41 41 3E 00因此，形成的列代碼為00H，00H，3EH，41H，41H，3EH，00H，00H；只要把這些代碼分別送到相應(yīng)的列線上面，即可實(shí)現(xiàn)“0”的數(shù)字顯示。送顯示代碼過程如下所示送第一列線代碼到P3端口，同時(shí)置第一行線為“0”，其它行線為“1”，延時(shí)2ms左右，送第二列線代碼到P3端口，同時(shí)置第二行線為“0”，其它行線為“1”，延時(shí)2ms左右，如此下去，直到送完最后一列代碼，又從頭開始送。數(shù)字“1”代碼建立如下圖所示123 45 6 7 8             

15、                                                                                     

16、         其顯示代碼為00H，00H，00H，00H，21H，7FH，01H，00H 數(shù)字“2”代碼建立如下圖所示123 45 6 7 8                                                          

17、0;                                   00H，00H，27H，45H，45H，45H，39H，00H數(shù)字“3”代碼建立如下圖所示123 45 6 7 8                                  &#

18、160;                                                               00H，00H，22H，49H，49H，49H，36H，00H 數(shù)字“4”代碼建立如下圖所示123 45 6 7 8     

19、                                                                                      

20、;         00H，00H，0CH，14H，24H，7FH，04H，00H數(shù)字“5”代碼建立如下圖所示123 45 6 7 8                                                           

21、60;                                 00H，00H，72H，51H，51H，51H，4EH，00H數(shù)字“6”代碼建立如下圖所示123 45 6 7 8                                    &

22、#160;                                                         00H，00H，3EH，49H，49H，49H，26H，00H數(shù)字“7”代碼建立如下圖所示123 45 6 7 8           

23、                                                                                      

24、;         00H，00H，40H，40H，40H，4FH，70H，00H數(shù)字“8”代碼建立如下圖所示123 45 6 7 8                                                           

25、60;                                 00H，00H，36H，49H，49H，49H，36H，00H  數(shù)字“9”代碼建立如下圖所示123 45 6 7 8                                  &

26、#160;                                                           00H，00H，32H，49H，49H，49H，3EH，00H4.2 主程序流程圖開始初始化調(diào)出顯示程序調(diào)整數(shù)據(jù)指針Y是否顯示完畢N圖10 主程序流程圖第五章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.1

27、系統(tǒng)仿真 5.2 性能分析此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果較好，LED顯示屏能很好的顯示信息。LED顯示屏由4塊8×8的LED小模塊組成，整個(gè)顯示屏可以顯示“0-9”字型。這個(gè)方案設(shè)計(jì)的88的點(diǎn)陣LED圖文顯示屏，電路簡(jiǎn)單，成本較低，且較易擴(kuò)展；顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足；顯示圖形或文字穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_。結(jié)束語(yǔ)本次課程設(shè)計(jì)到現(xiàn)在有一個(gè)多星期，回顧這些天我感到學(xué)到了很多東西，在寫這個(gè)心得的時(shí)候，我想就這些天的收獲，說(shuō)一說(shuō)自己內(nèi)心的想法。本設(shè)計(jì)是一個(gè)8x8的點(diǎn)陣LED數(shù)碼顯示器，能夠在目測(cè)條件下LED顯示屏各點(diǎn)亮度均勻、充足，可顯示圖形和文字，顯示圖形和文字應(yīng)穩(wěn)定、清晰無(wú)串?dāng)_。圖形或文字顯示有靜止、移入移

28、出等顯示方式。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)。通過這次的課程設(shè)計(jì)作品的制作讓我對(duì)單片機(jī)的理論有了更加深入的了解，同時(shí)在具體的制作過程中我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在書本上的知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用存在著不小的差距，書本上的知識(shí)很多都是理想化后的結(jié)論，忽略了很多實(shí)際的因素，或者涉及的不全面，可在實(shí)際的應(yīng)用時(shí)這些是不能被忽略的，我們不得不考慮這方的問題，這讓我們無(wú)法根據(jù)書上的理論就輕易得到預(yù)想中的結(jié)果，有時(shí)結(jié)果甚至很差別很大。通過這次實(shí)踐使我更深刻的體會(huì)到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，我們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)工作中會(huì)更加的注重實(shí)際。參考文獻(xiàn)1 張靖武,周靈彬 單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真電子工業(yè)出版社2 吳金戌，沈慶陽(yáng)，郭庭吉 8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用清華大學(xué)出版社3 李群芳，肖看 單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用清華大學(xué)出版社4 張毅剛，彭喜元等 新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 5 張義和，陳敵北編著 例說(shuō)8051人民郵電出版社致 謝感謝我的任課老師許老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。感謝我的指導(dǎo)老師彭老師，這篇論文的每個(gè)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)。而你開朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，讓我對(duì)專業(yè)課更感興趣。 在此，我還要感謝在一起研究的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服