小型LED显示屏设计Word格式文档下载.docx
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LED显示应用实例
图一：
LED结构图
纯净的的半导体材料电阻很大，电流不容易通过。
但是如果在其中添加一些杂质（如硅Si中添加一定量的磷P或者砷As）之后，由于杂质引入的载流子（电子和空穴）能够参与导电。
在P型半导体中，主要是靠空穴（晶体中缺少电子的空位，能自由移动，可视同为正电荷导电）的移动，在N型半导体中，主要靠的是电子的移动来传导电流。
至于属于P型还是N型，则由掺入杂质的种类决定，硅Si或者锗Ge中掺入五价元素（如磷P、砷As）则为N型半导体，掺入三价元素（如硼B、铝Al、镓Ga）则为P型半导体。
如果移动过程中电子遇到空穴，就会相互结合而消失，同时释放出光子。
半导体装置的基础，在于P型与N型半导体的接合。
在刚接合的过程中，会引起载流子扩散现象，PN两侧的载流子互相结合消失，使得接合附近不存在载流子，这个区域称作耗尽层（depletionlayer），或者PN结。
由于扩散，会使结区产生一附加节电压。
如果将P型半导体接上电源正极，N型半导体上接上电源负极，这时叫做正向偏置，会使的耗尽层和节电压减小，进而产生电流。
在这个过程中，电子与空穴不断结合，将多余的能量以光的形式发放出。
发出光的颜色决定于半导体材料的能隙大小，能隙决定了电子和空穴在复合前的能量差，也就决定了复合后发光的光子能量和波长，而波长就代表了颜色。
硅能隙为1.12eV，锗能隙为0.67eV，可见光光子能量为1.6eV到3.2eV，所以硅锗都不是好的发光材料。
下面是一些常用LED材料：
蓝：
材料，InGaN、ZnCdSe，峰值波长459nm-489nm
绿：
材料，ZnTeSe、GaP，峰值波长512nm-555nm
黄：
材料，AlGaInP、InGaN，峰值波长570nm-590nm
红：
材料，AlGaAs、GaP：
Zn，O，峰值波长660nm-700nm
红外：
材料，GaAs：
Si、InGaAsP，峰值波长980nm-1300nm
2.
图三：
8×
8LED点阵
led点阵结构原理
图三为一8×
8LED点阵外形，其共有64个LED组成，每行二极管的正输入连接在一起，每列二极管的负输出连接在一起。
所以，8×
8LED点阵共有16个引脚。
引脚连线内部结构及外形如图四所示。
当对应的某一行置1电平，即这个引脚接正电压，某一列置0电平，即这个引脚接地。
则相应的二极管就亮；
如要将第一个点点亮，则行1接高电平列一接低电平，则第一个点就亮了；
如果要将第一行点亮，则行1要接高电平，而所有列引脚全接低电平，那么第一行就会点亮；
如要将第一列点亮，则列一接低电平，而所有行引脚接高电平，那么第一列就会点亮。
3.LED点阵显示方法
由于led点阵的行列二极管具有前面所说的行列连线特性，所以8×
8LED点阵同时只能自由控制一行或者一列自由显示，如要同时显示两行或者两列，则两行或者两列显示只能完全相同。
比如，如果让第一行第一个二极管点亮，则必须行1加高电平，其余行脚加低电平，并且同时让列一加低电平。
而如果要此时还要第二行第二个二极管点亮，则必须在上面连线基础上再把行2加高电平，列二加低电平。
由于此时行1、行2都为高电平，列一、列二都为低电平，则如图五左上角四个二极管都会点亮，而不是只第一行第一个、第二行第二个二极管亮。
因此，为了显示如图五文所示的英文字母“A”，必须采用动态扫描的方法。
具体扫描方法有两种，一种是行扫描，一种是列扫描。
行扫描是在行引脚上从1到8依次加上高电平，在行1加高电平时让列四加低电平，在行2加高电平时让列三、列五加低电平，在行3加高电平时，让列二、列六加低电平……，在行8加高电平时，让列二、列六加低电平。
等到第八行扫完，重复以上过程，那么只要重复频率大于每秒24次，则看起来画面上就会显示一个稳定的字符“A”。
列扫描原理和这个类同。
如果要显示一个字符，同时让字符看起来有从左向右走的感觉，则只能用列扫描，并且扫描一个周期以后，下一个周期扫描时，向后错一个列引脚开始扫描，即第一个周期从列一，开始，第二个周期从列二开始依次类推。
如果要显示一个字符，同时让字符看起来有从上向下走的感觉，则只能用行扫描，扫描原理和上面完全类同。
4.8051单片机基本知识
单片机（Microcontroler），是集成到一个芯片上的完整计算机系统。
其内部包括CPU、内存（保存中间计算数据，断电消失）、存储器（保存程序，断电不消失）、输入输出端口、控制端口等等。
通过编程输入，单片机可以完成一段程序过程，并通过输入输出端口显示运行结果或者控制仪器设备。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能管理及过程控制等领域。
单片机种类很多，MCS51单片机是美国Intel公司开发的一个系列单片机，现在应用十分广泛。
其中最常用的型号是8051。
MCS-51系列单片机芯片均为40条引脚，其引脚示意及功能分类如图六所示。
各引脚功能说明如下：
1.主电源引脚
VCC（40脚）：
接+5V电源正端；
GAND（20脚）：
接+5V电源地端。
2.外接晶体引脚
XTAL1（19脚）：
接外部石英晶体的一端。
在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。
当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；
对于CHMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。
XTAL2（18脚）：
接外部石英晶体的另一端。
在单片机内部，它是片内振荡器的反相放大器的输出端。
当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端；
对于CHMOS单片机，该引脚悬空不接。
2.输入/输出引脚
（1）P0口（39∽32脚）：
P0.0∽P0.7统称为P0口。
在不接片外存储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口。
在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。
（2）P1口（1∽8脚）：
P1.0∽P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O口使用。
对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能：
P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。
（3）P2口（21∽28脚）：
P2.0∽P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O口使用；
在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用作高8位地址总线。
（4）P3口（10∽17脚）：
P3.0∽P3.7统称为P3口。
除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入输出或第三功能。
P3口的第二功能如下所示。
P3.0RXD串行口输入
P3.1TXD串行口输出端
P3.2INT0外部中断0请求输入端，低电平有效
P3.3INT1外部中断1请求输入端，低电平有效
P3.4T0定时器/计数器0计数脉冲输入端
P3.5T1定时器/计数器1计数脉冲输入端
P3.6WR外部数据存储器写选通信号输入端，低电平有效
P3.7RD外部数据存储器读选通信号输入端，低电平有效
4.控制线
（1）ALE/PROG（30脚）：
地址锁存有效信号输入端。
ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。
在访问片外程序存储器期间，下降沿用于控制锁存P0输出的低8位地址；
在不访问片外程序存储器期间，可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。
但要注意，在访问片外数据存储器期间，ALE脉冲会跳空一个，此时作为时钟输出就不妥了。
对于片内含有EPROM的机型，在编程期间，该引脚用作编程脉冲PROG的输入端。
（2）PSEN（29脚）：
片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。
当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期该信号两次有效，以通过数据总线P0口读回指令或常数。
在访问片外数据存储器期间，PSEN信号将不再出现。
（3）RST/VPD引脚（9脚）：
RST即为RESET，VPD为备用电源。
该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。
当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。
上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位。
当Vcc发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电,以保证RAM中的数据不丢失。
（4）EA/Vpp（31脚）：
EA为片外程序存储器选用端。
该引脚有效（低电平）时，只选用片外程序存储器，否则单片机上电或复位后选用片内程序存储器。
对于片内含有EPROM的机型，在编程期间，此引脚用作21V编程电源Vpp的输入端。
综上所述，MCS-51系列单片机的引脚可归纳为以下两点：
（1）单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚都有第二功能。
（2）单片机对外呈现3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；
由P0口分时复用为数据总线；
由ALE、PSEN、RST、EA与P3口中的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD共10个引脚组成控制总线。
由于是16位地址线，因此，可使片外存储器的寻址范围达到64KB。
图七为一单片机应用的最简电路，其中40脚接5付电源正极，20脚接地，31脚接电源表示不用外加存储器。
P1.0通过正电源接一发光二极管，其中R1为限流电阻，保证二极管电流在20mA以下，只要P1.0为低电平，二极管就会亮。
电源、C1、R2为上电复位电路，保证在每次单片机刚通电时，单片机从程序开始执行，没有干扰数据，X1为晶振，典型频率为12M，X1、C2、C3组成标准单片机时钟振荡电路。
图七电路结合下面汇编程序可以使发光二极管D1不停地一亮一灭，间隔0.2秒：
ORG0
；
指示程序起始写入地址，一般无实际意义
START:
CLRP1.0
程序开始处，置P1.0为0，led亮。
LCALLDELAY
延时两秒
SETBP1.0
P1.0置1
LJMPSTART
回到程序开始
DELAY:
MOVR5,#20
延时子程序（到RET位置），延时0.2秒，本行为寄存器R5置20
D1:
MOVR6,#20
置寄存器R6为20
D2:
MOVR7,#248
置寄存器R7为248
DJNZR7,$
寄存器R7减1减1一直减到0
DJNZR6,D2
寄存器R6减1，如果减后不为0，则跳到D1行执行
DJNZR5,D1
寄存器R5减1，如果减后不为0，则跳到D2行执行
RET
退出子程序调用
END
程序结束。
5.8051控制led点阵显示
要让单片机执行一定工作，就必须应用汇编或者C语言编写相应程序，编写后的程序要经过编译转化成完全由0、1组成的二进制代码形式，这样才能为单片机所识别。
编译后的二进制代码通过烧写器由计算机控制写入单片机程序存储器中，这样，单片机只要加电，就会执行相应程序。
本实验不会过多讲解程序编程，只能对一些现有的程序做比较详细的分析，使实验者能对单片机具体工作有一定了解。
图八是我们实验所用8051单片机控制8×
8led点阵的电路。
第一次实验
1.熟悉面包板结构，用万用表测量测量面包板上哪些插孔是连在一起的。
了解面包板在集成电路实验里的作用。
2.利用万用表欧姆档或者二极管档测量单只发光二极管，确定发光二极管哪个管脚是正极，哪个管脚是负极。
3.在熟悉掌握发光二极管正负极判断方法以后，对一个8×
8LED点阵管脚进行识别，在一张纸上画出8×
8LED点阵16个管脚中哪个是行脚哪个是列脚。
4.在面包板上固定LED点阵，并将行线引脚1-8用导线引出。
第二次实验
5.了解8051单片机结构，熟悉每个管脚功能作用（因为每个人身上可能都会有静电，有些静电电压可能会达到上千伏，所以在拿到单片机或其它一些集成电路时，同学们尽量不要用手碰到集成块管脚）。
6.在面包板上合适位置固定8051单片机，在向面包板中插入集成电路时一定要注意，用力一定要均匀，并注意不要使管脚弯折，这样很容易使管脚折断。
7.理解图七所示电路，用P1口8个接口按P1.1一样形式连接8051控制8个发光二极管显示流水灯的电路，分析控制程序，说明怎么会显示这样效果。
第三次实验
8.改进流水灯电路，让8×
8LED点阵的每行当做流水灯电路的一个发光二极管，在LED点阵上显示流水灯的效果。
9.了解74HC138工作原理，根据74HC138的真值表确定如何利用该集成电路和单片机实现流水灯的效果
10.根据电路图连接74HC138实现流水灯电路。
11.根据电路图连接单片机控制点阵LED显示英文字母或数字并且显示内容能够向左或者向右移动的电路。
12.通电测试，实现LED点阵显示。
13.分析程序，对照自己连接电路，说明单片机是如何控制LED点阵这样显示的。
附74HC138中文手册：
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