LED点阵显示课设.docx

LED点阵显示课设.docx

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LED点阵显示课设

郑州交通职业学院

课程设计论文（设计）

论文（设计）题目：

4个8*8LED灯点阵显示

所属系别：

信息工程系

专属班级：

10级电子信息工程技术2班

姓名：

李洋

学号：

指导老师：

姜海

撰写日期：

2011年12月

郑州交通职业学院

课程设计论文（设计）

论文（设计）题目：

4个8*8LED灯点阵显示

所属系别：

信息工程系

专属班级：

10级电子信息工程技术2班

姓名：

姜永帅

学号：

指导老师：

姜海

撰写日期：

2011年12月

郑州交通职业学院

课程设计论文（设计）

论文（设计）题目：

4个8*8LED灯点阵显示

所属系别：

信息工程系

专属班级：

10级电子信息工程技术2班

姓名：

师改超

学号：

指导老师：

姜海

撰写日期：

2011年12月

摘要

LED是发光二极管LightEmittingDiode的英文缩写,是一种能够将电能转化为可见光的半导体。

LED点阵是由发光二极管排列组成的显示器件,在我们日常生活的电器中随处可见，极为普通也广为人知。

特别是它的发光类型属于冷光源，效率及发热量是普通发光器件难以比拟的，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、可视距离远、规格品、可靠耐用、应用灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活种等特点。

目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。

随着社会经济的不断进步，以及LED显示技术的不断完善，人们对LED显示屏的认识将越来越深入，其应用领域将会越来越广。

关键词：

发光二级管,半导体,信息传媒体,LED显示技术

　　引言

自20世纪80年代后期开始，随着LED制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。

在我国改革开放之后，提别是进入90年代国民经济的高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈。

而LED显示屏作为信息传播的一种重要手段，已经成为城市信息现代化建设的标志,LED显示屏随着社会经济的不断进步，以及LED制造技术的完善，人们对LED显示屏的认识将会越来越深入，其应用领域将会越来越广；LED显示屏经多年的开发、研制、生产，其技术目前已经成熟。

现在各种广告牌不再是白底黑字了，也不再是单一的非电产品，而是用上了丰富多彩的LED电子产品，为城市的增添了一道靓丽的风景。

而且它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、使用寿命长、成本低、发光效率高、故障少、视角大、可视距离远、可靠耐用、组态灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等特点。

近年来LED显示屏市场得到了迅猛的发展，已经广泛应用到银行、邮电、税务、机场、车站、证券市场及其它交易市场、医院、电力、海关、体育场等需要进行多种公告、宣传的场合。

通过设计一个可显示数字的8*8点阵控制器来学习和熟悉LED的使用。

第1章设计内容及设计方案

1.1本设计任务

结合微机原理、单片机技术知识，查阅有关资料，设计一个以单片机为核心的LED点阵显示器系统，采用点阵LED作为显示器显示。

1.2总体设计方案和论证

8*8显示器设计电路（PROTUES）：

图1设计电路图

第2章系统硬件设计

2.1AT89C51单片机的结构

2.1.151系列单片机的概述

单片机也被称作“单片机微型计算机”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”，国际上采用“MCU”（MicroControllerUnit）称呼单片机。

如果将8位单片机的推出作为起点（1976年），那么单片机的发展的历史大致可以分为4个阶段。

第一阶段是单片机探索阶段，主要探索如何把计算机的主要部件集成在单芯上；第二阶段是单片机完善阶段，完善了8位单片机的并行总线结构、外围功能单元由CPU集中管理模式、体现控制特性的位地址空间和位操作方式、指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令；第三阶段是向微控制器发展的阶段，说的是在51系列的基本结构的基础上，加强了外围电路的功能，突出了单片机的控制功能，将一些用测控对象的模数转换器、数模转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入芯片中，体现单片机的微控制器特征；第四阶段是单片机的全面发展阶段，很多大半导体和电气厂商都开始加入单片机的研制和生产，单片机世界出现了百花齐放，欣欣向荣的景象。

随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位、16位、32位通用型单片机，以及小型谦价的专用型单片机。

图2单片机结构框图

51系列有3种封装形式，一种是DIP（DualInlinePackage）封装形式，一种是LCC（QuadFlatPackage）封装形式。

这种形式是具有44个“J”形脚的方型芯片。

另一种是QFP（QuadFlatPackage）封装形式,这种形式是具有44个“J”形脚的方型芯片,但它的体积更小、更薄，是一种表面贴焊的封装形式。

下面介绍下89S52单片机的引脚的功能和其内部结构图。

AT89C51单片机实际有郊的引脚为40个，以下是89C51单片机的DIP封装形式的引脚的名称，如图3。

图3单片机引脚名称

2.28×8LED点阵显示模块的硬件设计及工作原理

显示屏是由发光二极管行列组成的LED点阵模块组成显示屏体。

2.2.1LED简介

LED发光灯结构如图2所示，它由芯片3、阳极引脚1、阴极引脚2和环氧树脂封装外壳四部分组成。

它核心部分是具有复合发光功能的PN结，即芯片3。

环氧树脂封装外壳具有保护芯片的作用，还有透光聚光的能力，以增强显示效果。

图4发光二级管结构

2.2.3LED点阵

随着LED应用领域的扩大，要求生产更为直接和方便的LED显示器件。

因而出现了数码管、字符管、电平管、LED点阵等多种LED显示器。

不管显示器的结构怎么变，它的核心部件仍然是发光半导体芯片。

例如一个8*8的点阵是由64个发光二极管按一个规律组成的，如图5。

图5发光二极管

如图5所示的发光二极管，行接低电平，列接高电平，发光二极管导通发光。

2.2.3显示原理

人眼的亮度感觉不会因光源的消失而立即消失，要有一个延迟时间，这就是视觉的惰性。

视觉惰性可以理解为光线对人眼视觉的作用、传输、处理等过程都需要时间，因而使视觉具有一定的低通性。

实验表明，当外界光源突然消失时，人眼的亮度感觉是按指数规律逐渐减小的。

这样当一个光源反复通断，在通断频率较低时，人眼可以发现亮度的变化；而通断频率增高时，视觉就逐渐不能发现相应的亮度变化了。

不致于引起闪烁感觉的最低反复通断频率称为临界闪烁频率。

通过实验证明临界闪烁频率大约为24Hz。

因此采用每秒24幅画面的电影，在人看起来就是连续活动的图象了。

同样的原理，日光灯每秒通断50次，而人看起来却是一直亮的。

由于视觉具有惰性，人们在观察高于临界闪烁频率的反复通断的光线时，所得到的主观亮度感受实际上是客观亮度的平均值。

视觉惰性可以说是LED显示屏得以广泛应用的生理基础。

首先，在LED显示屏中可以利用视觉惰性，改善驱动电路的设计，形成了目前广为采用的扫描驱动方式。

扫描驱动方式的优点在于LED显示屏不必对每个发光灯提供单独的驱动电路，而是若干个发光灯为一组共用一个驱动电路，通过扫描的方法，使各组发光灯依次点燃，只要扫描频率高于临界闪烁频率，人眼看起来各组灯都在发光。

由于LED显示屏所使用的发光灯数量很大，一般在几千只到几十万只的范围，所以节约驱动电路的效益是十分可观的。

显示屏的原理图及结构

图6行扫描部分

图7列扫描部分

第3章系统的软件设计

3.1软件流程

图8软件流程

3.2数字字库的提取

　3.2.1数字的表示及编码原理

如显示10个数字，先将这10个数字的点阵从字库中读出，放到显示缓存,如果要实现左移或者其它的显示效果则将显示缓存中的每个位进行移位或者其它处理,然后再调用扫描显示函数就可以实现所规定的效果。

扫描显示函数是显示缓存的内容，如果要实现不同的内容，比如说图片、汉字、英文等内容，只需要将这些内容按扫描显示函数对显示缓存的协议要求就可以显示出来。

00H,00H,32H,49H,49H,49H,3EH,00H；9

00H,00H,36H,49H,49H,49H,36H,00H；8

00H,00H,40H,40H,40H,4FH,70H,00H；7

00H,00H,3EH,49H,49H,49H,26H,00H；6

00H,00H,72H,51H,51H,51H,4EH,00H；5

00H,00H,0CH,14H,24H,7FH,04H,00H；4

00H,00H,22H,49H,49H,49H,36H,00H；3

00H,00H,27H,45H,45H,45H,39H,00H；2

00H,00H,00H,00H,21H,7FH,01H,00H；1

00H,00H,3EH,41H,41H,41H,3EH,00H；0

第4章系统调试与测试结果分析

4.1系统调试

　4.2.1硬件调试

在PROTEUS界面画好硬件图形后，在“工具”栏选择“电气规则检查”得出

图9

结论，即硬件调试通过。

在KEIL的UV2调试程序，若无误，则软件调试通过。

　4.2.3硬件软件联调

1、假若KeilC与Proteus均已正确安装在C:

\ProgramFiles的目录里，把C:

\ProgramFiles\LabcenterElectronics\Proteus6Professional\MODELS\VDM

2、用记事本打开C:

\ProgramFiles\keilC51.dll复制到C:

\ProgramFiles\keilC\C51\BIN目录中。

\C51\TOOLS.INI文件，在[C51]栏目下加入：

TDRV5=BIN\VDM51.DLL（"ProteusVSMMonitor-51Driver"）

其中“TDRV5”中的“5”要根据实际情况写，不要和原来的重复。

（步骤1和2只需在初次使用设置。

）

3、进入KeilCμVision2开发集成环境，创建一个新项目（Project），并为该项目选定合适的单片机CPU器件（如：

Atmel公司的AT89C51）。

并为该项目加入KeilC源程序。

4、单击“Project菜单/OptionsforTarget”选项或者点击工具栏的“optionfortarget”按钮

，弹出窗口，点击“Debug”按钮，出现如图所示页面。

图10

在出现的对话框里在右栏上部的下拉菜单里选中“ProteusVSMMonitor一51Driver”。

并且还要点击一下“Use”前面表明选中的小圆点。

再点击“Setting”按钮，设置通信接口，在“Host”后面添上“127.0.0.1”，如果使用的不是同一台电脑，则需要在这里添上另一台电脑的IP地址（另一台电脑也应安装Proteus）。

在“Port”后面添加“8000”。

设置好的情形如图所示，点击“OK”按钮即可。

最后将工程编译，进入调试状态，并

图11

5、Proteus的设置

进入Proteus的ISIS，鼠标左键点击菜单“Debug”，选中“useromotedebugermonitor”，如图所示。

此后，便可实现KeilC与Proteus连接调试。

6、KeilC与Proteus连接仿真调试

单击仿真运行开始按钮

，我们能清楚地观察到每一个引脚的电频变化，红色代表高电频，蓝色代表低电频。

在LED显示器上，循环显示9、8、7、6、5、4、3、2、1、0。

4.3测试结果

8*8显示器循环显示“9”——“0”。

心得体会

虽然本设计只使用了一块16×16LED点阵，电路简单，但是已经包涵了LED显示屏的电路基本原理和基本程序，在设计的过程中应该使显示图形和文字稳定、清晰无串扰。

图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。

本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。

在此次设计中通过查阅大量的相关资料，详细了解了LED的发光原理和LED显示屏的原理，了解了LED的现状，清楚地了解了LED显示屏与其它显示屏相比较有那些优点，明确了研究目标。

通过这次课程设计，重新复习并进一步学习了MCS-51；熟练掌握了WORD软件的使用。

进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力。

但是从中也存在不足之处：

对知识的积累还不够，有些问题自己不能够独立解决，对实验操作还要进一步熟练，只有这样才能让自己在不断的学习中提高自己。

这次单片机课程设计我们历时两个星期，在我们班里算是倒数几组完成的吧，但经过这两个星期的实践和体验下来，我们又怎么会去在乎那个先后问题呢，因为对我来说学到的不仅是那些知识，更多的是团队和合作。

现在想来，也许学校安排的课程设计有着它更深层的意义吧，它不仅仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜能!

在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：

CAD制图、汇编语言、模拟和数字电路知识等。

虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。

短短两周的课程设计已经结束了，通过这次的课程设计锻炼了我们的实践能力，也是对我们以后的实际工作能力的具体训练和考察过程。

现在是一个高科技的时代，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在的。

因此对于我们这一专业的同学来说，学好单片机，并正确应用单片机是非常重要的。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富。

整个设计通过了软件和硬件上的调试、仿真。

我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。

在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。

一切问题必须要靠自己一点一滴的解决。

而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。

对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题。

而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。

它才是一个设计的灵魂所在。

因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。

很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉。

因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。

通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。

参考文献

1、郑初华主编汇编语言、微机原理及接口技术第2版北京：

电子工业出版社2006

2、张友德等单片微型机原理、应用与实验第五版上海：

复旦大学出版社2003

3、李珍香等汇编语言课程设计案例精编北京：

中国水利水电出版社2004

4、朱定华微机原理汇编与接口技术北京：

清华大学出版社

5、沈美明等IBM－PC汇编语言程序设计第二版北京：

清华大学出版社2001

附件1：

程序

TIMEQU30H

CNTAEQU31H

CNTBEQU32H

ORG00H

LJMPSTART

ORG0BH

LJMPT0X

ORG30H

START:

MOVTIM,#00H

MOVCNTA,#00H

MOVCNTB,#00H

MOVTMOD,#01H

MOVTH0,#（65536-4000）/256

MOVTL0,#（65536-4000）

SETBTR0

SETBET0

SETBEA

SJMP$

T0X:

MOVTH0,#（65536-4000）/256

MOVTL0,#（65536-4000）

MOVDPTR,#TAB

MOVA,CNTA

MOVCA,@A+DPTR

MOVP3,A

MOVDPTR,#DIGIT

MOVA,CNTB

MOVB,#8

MULAB

ADDA,CNTA

MOVCA,@A+DPTR

MOVP1,A

INCCNTA

MOVA,CNTA

CJNEA,#8,NEXT

MOVCNTA,#00H

NEXT:

INCTIM

MOVA,TIM

CJNEA,#250,NEX

MOVTIM,#00H

INCCNTB

MOVA,CNTB

CJNEA,#10,NEX

MOVCNTB,#00H

NEX:

RETI

TAB:

DB0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FH

DIGIT:

DB00H,00H,3EH,41H,41H,41H,3EH,00H

DB00H,00H,00H,00H,21H,7FH,01H,00H

DB00H,00H,27H,45H,45H,45H,39H,00H

DB00H,00H,22H,49H,49H,49H,36H,00H

DB00H,00H,0CH,14H,24H,7FH,04H,00H

DB00H,00H,72H,51H,51H,51H,4EH,00H

DB00H,00H,3EH,49H,49H,49H,26H,00H

DB00H,00H,40H,40H,40H,4FH,70H,00H

DB00H,00H,36H,49H,49H,49H,36H,00H

DB00H,00H,32H,49H,49H,49H,3EH,00H

END

附件2：

元器件清单

AT89C51单片机1个

LED显示模块1个

74HC5952个

EEPROM24C2561个

74LS1591个

小电容3个

电阻若干

导线若干