8X8LED点阵显示器的设计

课程名称：自动控制课程设计设计题目：8×8点阵LED显示器的设计院系：专业：年级：姓名：指导教师：西南交通大学峨眉校区年月日课程设计任务书专业姓名学号开题日期：2010年7月14日完成日期：2010年7月22日题目8×8点阵LED显示器的设计一、设计的目的进一步加强对理论知识的理解运用,结合实际情况解决现实问题。增强自身动手能力，学会分析问题、解决问题的能力。通过设计更好的理解51单片机的性能、各个接口，以及工作特性；学会LED的工作原理。二、设计的内容及要求在点阵LED显示器的设计过程中，保证字符稳定显示不产生抖动具有重要意义。点阵LED一般采用扫描式显示，实际运用分为点扫描、行扫描和列扫描三种方式。点扫描的扫描频率必须大于16×64=1024Hz，周期小于1ms。行扫描和列扫描方式的扫描频率必须大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms，才能符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8颗LED）时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。三、指导教师评语四、成绩指导教师(签章)年月日西南交大峨眉校区机械工程系课程设计第I页目录第一章概述………………………………………………………11.1LED的发展史…………………………………………………11.2研究LED显示器的意义……………………………………21.3本设计的主要研究内容……………………………………2第二章AT89C52单片机……………………………………………42.1单片机的简介………………………………………………42.1.1单片机发展概述…………………………………………42.1.2单片机的应用领域………………………………………52.2AT89C52单片机简介……………………………………62.2.1功能特性概述……………………………………………62.2.2引脚功能说明……………………………………………72.2.3特殊功能寄存器…………………………………………92.3单片机的最小应用系统……………………………………102.3.1单片机的时钟电路…………………………………102.3.2复位电路……………………………………………112.3.389C2052单片机的最小应用系统…………………………11第三章8*8LED点阵……………………………………………123.1LED点阵的内部结构…………………………………123.2点阵LED的工作原理……………………………………123.3点阵LED扫描法…………………………………………13西南交大峨眉校区机械工程系课程设计第II页第四章硬件电路设计……………………………………………144.1电源电路……………………………………………………144.2显示方式控制电路………………………………………154.3显示电路……………………………………………………164.4驱动电路……………………………………………………17第五章系统软件设计……………………………………………185.1软件流程设计……………………………………………185.2显示程序……………………………………………………18第六章结论………………………………………………………20致谢………………………………………………………………21参考文献……………………………………………………………22附录一系统程序…………………………………………………23附录二8*8点阵LED字符的显示器的电路图……………………30西南交大峨眉校区机械工程系课程设计第III页摘要生活中可视广告随处可见，大多采用LED显示屏。随着商业社会的发展，LED点阵屏幕显示器的用途也越来越广泛。设计一种以单片机系统组成的8*8点阵LED点阵显示屏。LED显示屏主要由电流驱动电路及LED点阵阵列、控制系统组成。在本系统中，将以LED显示模块、AT89C52单片机为基础制作一个8x8点阵LED字符的显示器，设计中实现的显示方式有逐字显示方式，向上滚动显示方式，向左滚动显示方式三种。8*8LED屏的显示电路和单片机AT89S52控制电路为核心，单片机将会控制点阵显示屏的显示内容和显示形式。该系统具有运行可靠、安全、节能、成本低、使用方便等特点。关键词：LED、点阵、单片机AT89S52、驱动。西南交大蛾眉校区机械工程系课程设计第1页第1章概述1.1LED的发展史1923年，罗塞夫在研究半导体，研制出了发光二极管led(lightemittingdiode),随着电子工业的快速发展，二十世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60年代面世。60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED。磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。到70年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。LED采用双层磷化镓片发出黄色光。就在此时，俄国科学家利用金刚砂制造出发出黄光的LED。尽管它不如欧洲的LED高效。但在70年代末，它能发出纯绿色的光。80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。到20世纪90年代早期，采用铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。第一个有历史意义的蓝光LED也出现在90年代早期，90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓Led。超亮度蓝光蕊片是白光LED的核心，在这个发光蕊片上抹上荧光磷，然后荧光通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。今天在LED市场上就能看到生产出来的新奇颜色，如浅绿色和粉红色。有科学思想的读者到现在可能会意识到LED的发展经历了一个漫长而曲折的历史过程。事实上，最近开发的LED不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的“黑色”紫外光。那么LED发展史到低能走多远，不得而知。也许某天就能开发出能发X射线的LED。然而，LED的发展不单纯是它的颜色还有它的亮度，像计算机一样，遵守摩尔定律的发展。每隔18个月它的亮度就会增加一倍。早期的LED只能应用于指示灯、早期的计算器显示屏和数码手表。而现在开始出现在超亮度的领域。将会在接下的一段时间继续下去。例如，到2005年美国所有的交通信号指示灯将被LED所取代；美国汽车产业也会于十年内停止使用白炽灯而采用LED灯，包括汽车前灯。大多数的大型户外显示屏也采用成千上万LED以便产生高质量视频效果。不久，LED将会照亮我们的家、办公室甚至街道。高效节能的LED意味着太阳能充电电池能够通过太阳光为其冲电。从而能够把光源带到第三世界及其他没有电能的地方。曾经暗淡的发光二极管现在真正预示着LED新时代的来临。LED之所以受到广泛重视并得到迅速发展，是因为它本身有很多优点。例如：亮度高、工作电压低、功耗小、易于集成、驱动简单、寿命长、耐冲击且性能稳定，其发展前景极为广阔。目前正朝着更高亮度、更高耐气候性和发光密度、发光均匀性、西南交大蛾眉校区机械工程系课程设计第2页全色化发展。1.2研究LED显示器的意义LED显示器是随着计算机及相关的微电子﹑光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在金融证券、体育、机场、交通、商业、广告宣传、邮电电信、指挥调度、防军事等许多领域中得到了广泛应用。因此点阵式显示器件的研制、生产也的到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。LED电子显示器作为一种现代电子媒体，以其灵活的显示面积（可分割、任意拼装）、高亮度、长寿命、大容量、数字化、实时性的特点，是其他任何一种媒体所不可替代的。它充分运用现代信息技术，将声、光、电、机等学科整合并完美组合、集视频、动画、字幕、图片于一体的高科技信息发布的终端产品。LED显示器还可延伸到网络、通讯、综合布线、监控、广播等弱电系统。LED显示屏的应用已经十分广泛，在体育场馆，大屏幕显示系统可以显示比赛实况及比赛比分、时间、精彩回放等；在交通运输行业，可以显示道路运行情况；在金融行业，可以实时显示金融信息，如股票、汇率、利率等：在商业邮电系统，可以向广大顾客显示通知、消息、广告等等。据调查显示，人们接收的信息有2／3的信息是通过眼睛取得的。显示技术还应用于工业生产、军事、医疗单位、公安系统乃至宇航事业等国民经济、社会生活和军事领域中，并起着重要作用，显示技术已经成为现代人类社会生活的一项不可或缺的技术。1.3本设计的主要研究内容当今世界，电子技术迅猛发展，点阵式显示器件作为现代信息显示的重要媒体也的到了迅速的发展。随着社会经济的迅猛发展，工业生产逐渐实现了自动化，其中，设备的工作状态和生产过程状态的显示与监控起到了非常重要的作用，对于那些需要显示的信息量不是很大，分辨率不是很高，又需要制造成本相对比较低的场合，使用大、小屏幕LED点阵显示器是比较经济适用的，他可以显示字符、数字、汉字和简单图形，可以根据需要使用不同字号、字型，显示亮度较高，并且对环境条件要求比较低。LED显示可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合，并用单片机控制实现各种文字或图形的变化，达到宣传和提示的目的。因此，作为本次设计的显示器LED显示模块在多方面的比较中较为适合。所以本次设计将以LED显示模块、AT89C52单片机为基础制作一个8x8点阵LED字符的西南交大蛾眉校区机械工程系课程设计第3页显示器，设计中实现的显示方式有逐字显示方式，向上滚动显示方式，向左滚动显示方式三种。西南交大蛾眉校区机械工程系课程设计第4页第2章AT89C52单片机本次设计的8x8点阵LED字符显示器是用利用AT89C52单片机对整个系统进行总体控制，本章主要介绍AT89C52单片机。2.1单片机的简介单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。2.1.1单片机发展概述1946年第一台电子计算机诞生至今，只有50年的时间，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管——晶体管——集成电路——大规模集成电路，现在一块芯片上完全可以集成几百万甚至上千万只晶体管，使得计算机体积更小，功能更强。特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在工农业，科研，教育，国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。单片机诞生于20世纪70年代，所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(CenterProcessingUnit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。20世纪70年代，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上。80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空