单片机的数字led显示.docx

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单片机的数字led显示

辽宁工业大学继续教育学院

毕业论文

辽宁工业大学继续教育学院

2014年7月

51单片机的数字LED显示的研究

专业

班级空

学号空

姓名空

指导教师空

辽宁工业大学继续教育学院

2014年7月

基于51单片机的数字LED显示

摘要：

基于89C51单片机的数字显示标题硬件实现和软件设计,阐述了它的工作原理。

介绍了研制过程中遇到的问题和解决办法。

通过实验和运行,那头性能可靠,满足设计指标参数,LED显示具有广阔的市场前景,然后是成熟和普及。

在显示领域,LED显示装置系列微电子技术、计算机技术和信息处理于一体,以其色彩鲜艳、动态范围、高亮度、清晰度高,低电压操作,能耗低、使用寿命长、耐冲击、色彩艳丽、工作可靠、稳定的优势,成为新一代的显示媒体,目前,LED显示屏已被广泛应用于大型广场,商业广告、信息传播、新闻发布、证券交易,能满足不同环境的需要。

由单片机外围电路系统,显示电路、单片机、最小的系统构成。

该系统的安装是容易的检测、软件功能完善、工作可靠、精度高的优点。

论述了单片机控制的液晶数字显示系统,阐述了软件的基本原理,实现您的系统使用的设计及模拟和系统的应用领域。

关键词:

单片机AT89C51、液晶数字显示,凯尔软件

Basedon51SCMLEDdigitaldisplay

AbstractBasedonthe89C51SCM'sdigitaldisplayheaderhardwarerealizationandthesoftwaredesign,expoundsitsprincipleofwork.Introducesthedevelopingprocessofthemultiplierencounterproblemsandsolvingmethods.Throughthetestandoperation,thattheheaderreliableperformance,tomeetthedesignindexparameters,andhasabroadmarketprospect,andthenthematureandpopularity.Asinthedisplayfield,LEDdisplaysetseriesmicroelectronicstechnology,computertechnologyandinformationprocessingintheintegralwhole,withitscolourful,dynamicrange,highbrightness,high-definition,lowvoltageoperation,lowconsumption,longservicelife,impactresistance,gorgeouscolourandstableandreliablework,becometheadvantageofanewgenerationofshowmedia,atpresent,theLEDdisplayhasbeenwidelyusedinlargesquare,commercialadvertising,informationdissemination,pressconference,securitiestrading,cansatisfytheneedofdifferentenvironment.Bysingle-chipmicrocomputersystem,peripheralcircuitandsingle-chipmicrocomputerandshowcircuitsmallestsystemformed.Thissystemiseasytoinstalldetection,softwarefunctionisperfect,reliableoperation,theadvantagesofhighaccuracy.

Thispaperdiscussesthesingle-chipmicrocomputercontrolbytheLCDdigitaldisplaysystem,andexpoundsthebasicprincipleoftheKeilsoftwaretorealizethesystemusingdesignandsimulationandthesystemappliedfields.

Keywords:

single-chipmicrocomputerAT89C51,LCDdigitaldisplay,Keilsoftware

引言

目前，控制仪表经常使用的显示面板主要有LCD和LED两种类型，其中LCD比较美观，省电，显示方式灵活，但是价格比较昂贵，最重要的是它的醒目程度较低，可视角度也比较小;而LED数码管虽然功耗较大，但它亮度高，用作工业现场指示时更醒目，而且价格低。

因此，用LED作为工业现场的指示器，具有更好的性价比。

运用一种采用LED数码管作为显示元件的通用型智能数字显示面板的设计方法。

该面板根据80×160×160标准仪表机箱设计，采用AT89S51单片机作为控制器。

它既可作为其他仪表的显示单元，也可作为独立的现场显示器使用。

此次目的为实现二位数字滚动显示，以及其广泛应用的实际价值，软件及知识的实际运用。

第一章初识系统

1.1设计过程及工艺要求

一、基本功能

①可以变换数字

②可以亮灭循环显示

③可以电脑擦除更改程序

二、主要技术参数

①单片机选择AT80C51

②LCD显示器选择

③晶振选择12MHz

④两个输出电容选择30pF

⑤外围电阻选用100Ω

⑥电源5∨

1.2设计的重点与难点

本设计的主要任务是显示标语，因此在硬件安装方面需要有适当的面积来安装电子显示屏，并且还要通过数据线把电子显示屏和电脑连起来。

软件设计的难点是：

①所需数字程序的②整体电路的设计与调试③KeiluVision软件的运用

第二章系统的设计

2.1系统设计

本设计是基于51单片机的LCD数字滚动显示，该设计是以AT89S51基本系统为核心的一套应用系统，其中包括单片机、复位电路、外围电路、显示电路、系统软件等部分的设计。

见图1所示：

图1系统总体框图

2.2芯片AT89C51介绍

AT89S51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器,该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器。

AT89S51的实物图如2所示。

图2AT89S51芯片引脚图

AT89C51具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

引脚功能介绍

VCC：

供电电压。

　　GND：

接地。

　　P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

　　P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

　　P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

　　P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

　　P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

　　口管脚备选功能

　　P3.0RXD（串行输入口）

　　P3.1TXD（串行输出口）

　　P3.2/INT0（外部中断0）

　　P3.3/INT1（外部中断1）

　　P3.4T0（记时器0外部输入）

　　P3.5T1（记时器1外部输入）

　　P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

　　P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

　　P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

　　RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

　　ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

　　/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

　　/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

　　XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

　XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

2.3AT89S51单片机特性

与MCS-51产品指令系统完全兼容；片内存储器含有4KB的Flash存储器，允许在线编程，擦写周期可达1000次；存储数据保存时间为十年；片内数据存储器内含128字节的RAM；I/O口具有32根可编程I/O线；全双工串行UART通道；中断系统具有6个中断源，5个终端矢量，2个中断优先级结构；具有两个数据指针DPTR0和DPTR1；低功耗节电模式有节电模式和掉电模式；包含3级程序锁定位；电源电压为4.0-5.5V；振荡频率为0-33MHz；具有看门狗定时器；灵活的片内编程模式；具有断电标志模式POF。

2.4LCD显示屏介绍

2.4.1LCD的定义及作用

①LCD液晶显示器是LiquidCrystalDisplay的简称，LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。

比CRT要好的多，但是价钱较其稍贵。

②LCD主要应用于电脑的显示屏，随着电子技术的发展越来越多的手写手机也大量使用LCD做显示屏，还有一些广告牌、标语栏等也都用LCD来显示。

2.4.2LCD显示器的工作原理及主要参数

从液晶显示器的结构来看，无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。

LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶材料的5μm均匀间隔隔开。

因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。

　　背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。

液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。

在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。

在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。

当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。

　　液晶显示技术也存在弱点和技术瓶颈，与CRT显示器相比亮度、画面均匀度、可视角度和反应时间上都存在明显的差距。

其中反应时间和可视角度均取决于液晶面板的质量，画面均匀度和辅助光学模块有很大关系。

　　对于液晶显示器来说，亮度往往和他的背板光源有关。

背板光源越亮，整个液晶显示器的亮度也会随之提高。

而在早期的液晶显示器中，因为只使用2个冷光源灯管，往往会造成亮度不均匀等现象，同时明亮度也不尽人意。

一直到后来使用4个冷光源灯管产品的推出，才有很大的改善。

　　信号反应时间也就是液晶显示器的液晶单元响应延迟。

实际上就是指的液晶单元从一种分子排列状态转变成另外一种分子排列状态所需要的时间，响应时间愈小愈好，它反应了液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即屏幕由暗转亮或由亮转暗的速度。

响应时间越小则使用者在看运动画面时不会出现尾影拖拽的感觉。

有些厂商会通过将液晶体内的导电离子浓度降低来实现信号的快速响应，但其色彩饱和度、亮度、对比度就会产生相应的降低，甚至产生偏色的现象。

这样信号反应时间上去了，但却牺牲了液晶显示器的显示效果。

有些厂商采用的是在显示电路中加入了一片IC图像输出控制芯片，专门对显示信号进行处理的方法来实现的。

IC芯片可以根据VGA输出显卡信号频率，调整信号响应时间。

由于没有改变液晶体的物理性质，因此对其亮度、对比度、色彩饱和度都没有影响，这也是为什么华硕、三星、LG等技术型厂商的液晶产品画面效果更好的原因，但是这种方法的制造成本也相对较高。

由上便可看出，液晶面板的质量并不能完全代表液晶显示器的品质，没有出色的显示电路配合，再好的面板也不能做出性能优异的液晶显示器。

随着LCD产品产量的增加、成本的下降，液晶显示器会大量普及。

1对比度

　　LCD制造时选用的控制IC、滤光片和定向膜等配件，与面板的对比度有关，对一般用户而言，对比度能够达到350:

1就足够了，但在专业领域这样的对比度平还不能满足用户的需求。

相对CRT显示器轻易达到500：

1甚至更高的对比度而言，只有高档液晶显示器才能达到这样如此程度。

市场上三星、华硕、LG等一线品牌如今的LCD显示器均可以达到1000：

1对比度这一级别，但是由于对比度很难通过仪器准确测量，所以挑的时候还是要自己亲自去看才行。

　　提示：

对比度很重要，可以说是选取液晶的一个比亮点更重要的指标，当你了解到你的客户买的液晶是用来娱乐看影碟，你们就可以强调对比度比无坏点更重要，我们在看流媒体时，一般片源亮度不大，但要看出人物场景的明暗对比，头发丝灰到黑的质感变化，就要靠对比度的高低来显现了，测试软件中的256级灰度测试中在平视时能看清楚更多的小灰格即是对比度好!

2亮度

　　LCD是一种介于固态与液态之间的物质，本身是不能发光的，需借助要额外的光源才行。

因此，灯管数目关系着液晶显示器亮度。

最早的液晶显示器只有上下两个灯管，发展到现在，普及型的最低也是四灯，高端的是六灯。

四灯管设计分为三种摆放形式：

一种是四个边各有一个灯管，但缺点是中间会出现黑影，解决的方法就是由上到下四个灯管平排列的方式，最后一种是“U”型的摆放形式，其实是两灯变相产生的两根灯管。

六灯管设计实际使用的是三根灯管，厂商将三根灯管都弯成“U”型，然后平行放置，以达到六根灯管的效果。

　　提示：

亮度也是一个比较重要的指标，越亮的液晶给人很远一看，就从一排液晶墙中脱颖而出，我们在CRT中经常见到的高亮技术（优派叫高亮，飞利浦叫显亮，明基叫锐彩）都是通过加大阴罩管的电流，轰击荧光粉，产生更亮的效果，这样的技术，一般是以牺牲画质，和显示器的寿命来换取的，所有采用此类技术的产品在缺省状态下都是普亮的，总要按个钮才能实行，按一下3X亮玩游戏;再按一变成5X亮看影碟，仔细一看都变糊了，要看文本还得老实的回到普通的文本模式，这样的设计其实就是让大家不要常用高亮．LCD显示亮度的原理和CRT不一样，他们是靠面板后面的背光灯管的亮度来实现的．所以灯管要设计的多，发光才会均匀．早期卖液晶时和别人说液晶是三根已是很牛的事了，但当时奇美CRV，就搞出了一个六灯管技术，其实也就是把三管弯成了”U”型，变成了所谓的六根；这样的六灯管设计，加上灯管发光本身就很强，面板就看到很亮，这样的代表作在优派中以VA712为代表；但所有高亮的面板都会有一个致命伤，屏会漏光，这个术语一般人很少提及，编者个人认为他很重要，漏光是指在全黑的屏幕下，液晶不是黑的，而是发白发灰．所以好的液晶不要一味的强调亮度，而是要多强调对比度，优派的VP和VG系列就是不讲亮度，讲对比度的产品！

3信号响应时间

　　响应时间指的是液晶显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或由亮转暗的反应时间,通常是以毫秒（ms）为单位。

要说清这一点我们还要从人眼对动态图像的感知谈起。

人眼存在“视觉残留”的现象，高速运动的画面在人脑中会形成短暂的印象。

动画片、电影等一直到现在最新的游戏正是应用了视觉残留的原理，让一系列渐变的图像在人眼前快速连续显示，便形成动态的影像。

人能够接受的画面显示速度一般为每秒24张，这也是电影每秒24帧播放速度的由来，如果显示速度低于这一标准，人就会明显感到画面的停顿和不适。

按照这一指标计算，每张画面显示的时间需要小于40ms。

这样，对于液晶显示器来说，响应时间40ms就成了一道坎，低于40ms的显示器便会出现明显的画面闪烁现象，让人感觉眼花。

要是想让图像画面达到不闪的程度，则就最好要达到每秒60帧的速度。

　　我用一个很简单的公式算出相应反应时间下的每秒画面数如下：

　　响应时间30ms=1/0.030=每秒约显示33帧画面

　　响应时间25ms=1/0.025=每秒约显示40帧画面

　　响应时间16ms=1/0.016=每秒约显示63帧画面

　　响应时间12ms=1/0.012=每秒约显示83帧画面

　　响应时间8ms=1/0.008=每秒约显示125帧画面

　　响应时间4ms=1/0.004=每秒约显示250帧画面

　　响应时间3ms=1/0.003=每秒约显示333帧画面

　　响应时间2ms=1/0.002=每秒约显示500帧画面

　　响应时间1ms=1/0.001=每秒约显示1000帧画面

　　提示：

通过上面的内容我们了解到了响应时间与画面帧数的关系。

由此看来响应时间是越短越好。

当时液晶市场刚启动时响应时间最低的接受范围是35ms,主要是以EIZO为代表的产品，后来明基的FP系列推出来到25毫秒，从33帧到40帧基本上感觉不出来,真正有质的变化是16MS,每秒显示63帧，以能应付电影，一般游戏的要求，所以到现在为止16MS也不算过时,随着面板技术的提高,明基和优派就开始了速度之争，优派从8MS,4毫秒一直发布到1MS,可以说1MS是LCD速度之争的终节者。

对于游戏发烧友来说快1MS就意味意CS的枪法会更准，至少是心理上是这样的，这样的客户就要推荐VX系列显示器．但大家销售时要注意灰度响应，全彩响应的文字区别，有时可能灰阶8MS和全彩5MS说的是一个意思，就和我们以前卖CRT时，我们说点距是.28,LG就非要说他的是.21，水平点距却忽略不谈，其实两面者说的是一个意思，现在近期LG又搞出来一个锐度达1600:

1,这也是一个概念的炒作，大家用的屏基本上就哪几家，哪会只有LG一家做到1600:

1,而大家都停留在450：

1的水平呢？

一说消费者就明折了锐度和对比度的意思了，好比是AMD的PR值一样，没有实质意义．

2.4.3LCD的分类

液晶显示器按照控制方式不同可分为被动矩阵式LCD及主动矩阵式LCD两种。

　　段码式显示和点阵式显示。

段码是最早最普通的显示方式，比如计算器，电子表这些。

自从有了MP3，就开发了点阵式，如MP3，手机屏，数码相框这些高档消费品。

被动矩阵式LCD

　　被动矩阵式LCD在亮度及可视角方面受到较大的限制，反应速度也较慢。

由于画面质量方面的问题，使得这种显示设备不利于发展为桌面型显示器，但由于成本低廉的因素，市场上仍有部分的显示器采用被动矩阵式LCD。

被动矩阵式LCD又可分为TN-LCD（TwistedNematic-LCD，扭曲向列LCD）、LCD（SuperTN-LCD，超扭曲向列LCD）和DSTN-LCD（DoublelayerSTN-LCD，双层超扭曲向列LCD）。

主动矩阵式LCD

目前应用比较广泛的主动矩阵式LCD，也称TF-LCD（ThinFilmTransistor-LCD，薄膜晶体管LCD）。

液晶显示器是在画面中的每个像素内建晶体管，可使亮度更明亮、色彩更丰富及更宽广的可视面积。

与CRT显示器相比，LCD显示器的平面显示技术体现为较少的零件、占据较少的桌面及耗电量较小，但CRT技术较为稳定成熟。

2.4.4LCD的特点

　低压微功耗

　　平板型结构

　　被动显示型（无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳）

　　显示信息量大（因为像素可以做得很小）

　　易于彩色化（在色谱上可以非常准确的复现）

　　无电磁辐射（对人体安全，利于信息保密）

长寿命（这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命有限，不过背光部分可以更换）

第三章系统调试

3.1硬件的设计

打开ProteusISIS,在ProteusISIS编辑窗口中单击元件列表之上的“P”按钮，添加元件，画出电路图。

硬件电路制作完成并调试好后，便可将程序编译好下载到单片机试运行。

根据实际情况可以修改数字的内容，源程序可以使用汇编语言也可以使用C语言，本文使用了汇编语言。

下面给出了一

部分汇编程序

INCR0

；（计数器加1）

CJNER0,#100,LOO