LED点阵.docx

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LED点阵

通信工程专业

《通信原理》课程设计

题目基于单片机8*8LED点阵

学生姓名岳媛学号1113024003

所在院（系）陕西理工学院物理与电信工程学院

专业班级通信工程专业1101班

指导教师侯宝生

完成地点陕西理工学院物理与电信工程学院实验室

2014年12月11日

一，设计目的

利用8*8LED点阵动态显示汉字的字样,采用STC89C52单片机作为整个控制电路的核心，并编制软件程序，实现汉字动态显示。

通过此设计来巩固单片机硬件系统的设计及软件系统的编程，通过设计将平时所学知识付诸实践，提高动手能力。

1．使学生更深入地理解和掌握该课程中的有关基本概念，程序设计思想和方法。

2．培养学生勇于探索、严谨推理、实事求是、有错必改，用实践来检验理论，全方位考虑问题等科学技术人员应具有的素质。

3．提高学生对工作认真负责、一丝不苟，对同学团结友爱，协作攻关的基本素质。

4．培养学生从资料文献、科学实验中获得知识的能力。

5.对学生掌握知识的深度、运用理论去处理问题的能力、实验能力、课程设计能力、书面及口头表达能力进行考核。

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。

关键字：

LED显示屏发光器

目录

一，引言………………………………………………………….1

二，摘要………………………………………………………….2

三，设计目的…………………………………………………….4

四，设计方案…………………………………………………….5

4.1，系统框图…………………………………………………...5

4.2,工作原理…………………………………………………..5

4.3,主程序框（流程图）………………………………………..6

五，组成部分介绍……………………………………………………11

5.1最小应用系统………………………………………………..11

5.2电源电路的设计…………………………………………….14

5.3显示电路…………………………………………………….15

六，整体电路………………………………………………………….19

七，仿真及调试……………………………………………………….20

7.1仿真图………………………………………………………..20

7.2仿真结果…………………………………………………….20

7.3调试…………………………………………………………..20

八，设计结论………………………………………………………….22

九，心得体会………………………………………………………….23

附录一：

元器件清单………………………………………………….25

附录二：

实物图……………………………………………………….26

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。

四、总体方案设计

4.1系统框图

根据设计要求与设计方案，硬件电路的设计框图如图1所示。

硬件电路结构由8个部分组成：

时钟电路、复位电路、按键接口电路、电源电路、点阵显示阳极电路、点阵显示阴极电路和8*8点阵显示电路。

4.2工作原理

1.选择STC89C52单片机（晶振频率为f=12MHZ）作为整个系统的核心器件，对整个系统进行总体控制，发送并时时处理系统信息。

2．由于是8*8点阵屏设计，需要端口16个，可采用静态显示模式，用P0口控制行，P2口控制列。

3.通过软件编程，即可实现汉字“课程设计”的显示，并可左移，右移，上移，下移动态流动显示。

4．点阵的初步确定设计方案如下：

点亮过程有程序控制，点阵采用单色显示。

4.3主程序框图

4.3.1按键程序设计

系统中采用独立式非编码键盘，在P1口接一个按键，P0端口分别控制8*8LED阵列。

当有键按下时，对应的LED亮；反之则灭。

按键子程序如下：

voidkeyscan（）

{

key=（~P1）&0x0ff;//读入键值

if（key!

=0）

{

keytmp=key;//键值存放

}

}

4.3.2延时程序设计

延时程序在单片机编程中使用非常广泛,也很重要，在本次设计的程序中用到了延时子程序。

延时子程序如下：

delay1ms（intt）

{

inti,j;

for（i=0;i

for（j=0;j<120;j++）

keyscan（）;

}

4.3.3逐字显示子程序

K1按下对应的是逐字显示，逐字显示的子程序如下：

fun0（）

{

intm,n,h;

for（h=0;h<40;h=h+8）

{for（n=0;n<16;n++）

{if（0

{for（m=0;m<8;m++）

{P2=scan_cona[m];P0=distaba[m+h];delay1ms

（1）;continue;}

}

if（8

{for（m=0;m<8;m++）

{P2=0xff;P0=distaba[m+h];delay1ms

（1）;}

continue;

}

}

}

}

4.3.4向左滚动显示子程序

K2按下对应的是向左滚动显示，向左滚动显示的子程序如下：

fun1（）

{

intm,n,h;

for（h=0;h<32;h++）//控制显示字数（32/8＝4个）

{for（n=0;n<25;n++）//控制帧移动速度

{for（m=0;m<8;m++）//显示1帧扫描（分8行，每行亮1ms）

{P2=scan_cona[m];P0=distaba[m+h];delay1ms

（1）;}

}

}

}

4.3.5向右滚动显示子程序

K3按下对应的是向右滚动显示，向右滚动显示的子程序如下：

fun2（）

{

intm,n,h;

for（h=0;h<32;h++）//控制显示字数（32/8＝4个）

{for（n=0;n<25;n++）//控制帧移动速度

{for（m=0;m<8;m++）//显示1帧扫描（分8行，每行亮1ms）

{P2=scan_cona[7-m];P0=distabb[m+h];delay1ms

（1）;}

}

}

}

4.3.6向上滚动显示子程序

K4按下对应的是向上滚动显示，向上滚动显示的子程序如下：

fun3（）

{

intm,n,h;

for（h=0;h<32;h++）//控制显示字数（32/8＝4个）

{for（n=0;n<25;n++）//控制帧移动速度

{for（m=0;m<8;m++）//显示1帧扫描（分8行，每行亮1ms）

{P0=scan_conb[7-m];P2=distabc[m+h];delay1ms

（1）;}

}

}

}

4.3.7向下滚动显示子程序

K5按下对应的是向下滚动显示，向下滚动显示的子程序如下：

fun4（）

{

intm,n,h;

for（h=0;h<32;h++）//控制显示字数（32/8＝4个）

{for（n=0;n<25;n++）//控制帧移动速度

{for（m=0;m<8;m++）//显示1帧扫描（分8行，每行亮1ms）

{P0=scan_conb[m];P2=distabd[m+h];delay1ms

（1）;}

}

}

五，组成部分介绍

本系统的硬件电路是由单片机最小系统、动态显示电路两部分组成。

其中，单片机最小系统包括电源电路、复位电路和晶振电路构成；显示部分使用上拉电阻是LED灯达到最亮的效果。

5.1最小应用系统

最小应用系统是能维持单片机运行的最简单配置的系统。

这种系统成本低廉、结构简单，常常构成一些简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。

对于片内有ROM/EPROM/FLASHRAM的单片机，构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路、复位电路和电源即可.

对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:

单片机、晶振电路、复位电路.

5.1.1，复位电路:

由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.

5.1.2，晶振电路:

典型的晶振取11.0592MHz（因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合）/12MHz（产生精确的uS级时歇,方便定时操作）

单片机:

一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机

特别注意:

对于31脚（EA/Vpp）,当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行.

5.1.3复位电路：

（1）、复位电路的用途

单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。

单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。

单片机复位电路如下图：

（2）、复位电路的工作原理

在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。

所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。

在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。

所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。

也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在0~3.5V增加。

这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。

所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。

在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。

所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。

在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。

当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。

随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。

根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。

单片机系统自动复位。

5.1.4单片机的时钟电路

STC89C52单片机内部的振荡电路是一个高增益反向放大器，引线X1和X2分别是放大器的输入端和输出端。

单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。

STC89C52的时钟产生方式有两种：

内部时钟电方式和外部时钟方式。

由于外部时钟方式用于多片单片机组成的系统中，所以此处选用内部时钟方式。

内部时钟方式：

利用其内部的振荡电路在X1和X2引线上外接定时元件，内部振荡电路产生自激振荡。

最常用的是在X1和X2之间接晶体振荡器与电路构成稳定的自激振荡器，如图4所示电路所示为单片机最常用的时钟振荡电路的接法，其中晶振可选用振荡频率为12MHz的石英晶体，电容器一般选择30PF左右。

5.2电源电路的设计

电源电路采用普通集成稳压电路，在本次设计中，由于考虑到成本问题，这部分电路就以输出+5V的稳压电源代替。

5.3显示电路

本次设计中采用8*8点阵LED显示器，简称LED点阵板或LED矩阵板。

它是以发光二极管为像素，按照行与列的顺序排列起来，用集成工艺制成的显示器件。

有单色和双色之分，这种显示器有共阳极接法和共阴极接法两种，设计中用到的是共阳极的显示器。

共阳极接法的原理图如图所示，图中画出了8*8点阵的二极管。

每一行发光二极管的阳极接在一起，有一个引出端r，每一列发光二极管的阴极接在一起，有一个引出端c。

当给发光二极管阳极引出端r1加高电平，阴极引出端c1加低电平时，左上角的二极管被点亮因此，对于行和列的电平进行扫描控制时，可以达到显示不同字符的目的。

5.3.18*8点阵LED工作原理说明

下图为8*8点阵LED外观及引脚图，其等效电路如图7所示，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。

例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。

应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。

8*8点阵LED外观及引脚图

其等效电路图如下：

8*8点阵LED等效电路

（1）“课”在8*8LED点阵上显示图如下图所示：

A0H，7FH，02H，EAH，ECH，FFH，ECH，EAH

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“课”字的LED原理图

（2）“程”在8*8LED点阵上显示图如下图所示：

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“程”字的LED原理图

2AH，7FH，8AH，F5H，B5H，BFH，B5H，F5H

（3）“设”在8*8LED点阵上显示图如下图所示：

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“设”字的LED原理图

A0H，7FH，22H，E9H，8EH，8EH，E9H，20H

（4）“计”在8*8LED点阵上显示图如下图所示：

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图12“计”字的LED原理图

A0H，7FH，02H，10H,10H，FFH，10H，10H

5.3.28*8点阵LED显示器与单片机的接口

8*8点阵LED的引脚图如图13所示，当采用单片机进行控制时，连接点阵显示器的共阳极r端与单片机的P2口相连，而共阴极c端需经限流电阻与单片机的P0口相连。

在编程控制时，将8*8点阵LED显示分成行和列两部分，字符数据从P0口输出，扫描控制字从P2口输出，每一列由一个字节的数据组成，数据可一次送入，然后扫描一行，显示一个字需要扫描8次。

六，整体电路图

七，仿真及调试

7.1，仿真电路图

7.2，仿真结果

“课”字的显示效果图“程”字的显示效果图

“设”字的显示效果图“计”的的显示效果图

7.3调试

此次系统设计结果没有仿真的结果好，主要是因为没有加驱动电路，

所以又在实物图中加了一个驱动电路已达到更好的效果，使LED亮度更高。

八，设计总结

本LED显示屏控制系统已能实现LED显示的基本功能，并且体现出了相对于传统的基于8位/16位普通单片机的显示系统的优越性,但由于本组成员水平和设计时间有限，离一个完全实用的、能够完全符合市场需求的LED显示系统还有一定的差距。

因此，在以后的研制过程中,还需要在以下几个方面做大量的工作:

（1）在系统抗干扰方面,不论是硬件部分还是软件部分,都还必须在工作现场根据实际情况进行大量的实验,调试工作,才能最终实现LED显示系统的可靠工作。

（2）在增强图文屏显示效果上,可使用双色屏或多色屏,双色（或多色）屏所使用的LED点阵单元,在同一点阵位置上安装了两个（或多个）不同颜色的LED发光灯,对不同颜色的显示控制方面进行进一步的设计,以满足显示更加丰富多彩的图形和文字。

（3）由于ARM微处理器的强大运算能力和丰富的片内外围,可将LED显示屏方便地接入以太网络,每一个LED显示控制器可作为一个网络节点,方便的组成基于工业以太网的LED显示网络,在这方面还应该进行进一步的研究与实验,以满足更高,更复杂的使用要求。

九，心得

在这次课程设计的整个过程中，我们做了一次全面、较规范的设计练习，全面地温习了以前所学过的知识，用理论联系实际并结合单片机原理课程和解决实际问题，巩固、加深和扩展了有关单片机设计方面的知识。

尤其重要的是让我们养成了科学的习惯，在设计过程中一定要注意掌握设计进度，按预定计划完成阶段性的目标，在底图设计阶段，注意设计计算与结构设计画图交替进行，采用正确的设计方法。

在整个设计过程中注意对设计资料和计算数据的保存和积累，保持记录的完整性。

在课程设计的实践中进行了设计基本技能的训练，掌握了查阅和使用标准、规范、手册、图册、及相关技术资料的基本技能以及计算、数据处理等方面的能力。

通过对通用51系列单片机机处理器、常用元器件的设计，掌握了一般单片机设计的程序和方法，让我们对整个单片机程序的设计，C51语言有了一个比较深的理解。

还有就是增强了自身的动手能力。

在这次课程设计中，我主要负责的是程序设计和单片机部件焊接。

通过参考相关的程序设计，自己写出了主要的程序代码。

同时将元器件正确焊接到基板上。

这些都是将以前书本上讲的或是没有讲的，通过一次课程设计具体的实施，使自己的动手能力和独立设计能力真正得到锻炼，对于以后我们的发展与学习来说，都可以看作一笔不小的财富，前面还有很多需要我们去尝试。

同时不能忽略的是，这一次课程设计是以小组为单位的。

在这次课程设计中，我和自己的小组成员学会了密切分工配合。

而这样的合作能力和团队精神在今后的学习工作中是很重要的。

附录一：

元器件清单

元器件

规格

个数

电容

10uf

1

电容

30uf

2

晶振

12MHz

1

电阻

2k

1

开关

8

电位器

1

51单片机芯片

AT89C51

1

显示屏

8*8

1

附录二：

实物图效果