LED漢字開(kāi)題報(bào)告介紹
LED點(diǎn)陣顯示屏作為一種新興的顯示器件,是由多個(gè)獨(dú)立的LED發(fā)光二極管封裝而成. LED點(diǎn)陣顯示屏可以顯示數(shù)字或符號(hào), 通常用來(lái)顯示時(shí)間、速度、系統(tǒng)狀態(tài)等。文章給出了一種基于MCS-51單片機(jī)的16×16 點(diǎn)陣LED顯示屏的設(shè)計(jì)方案。包括系統(tǒng)具體的硬件設(shè)計(jì)方案,軟件流程圖和部分匯編語(yǔ)言程序等方面。在負(fù)載范圍內(nèi), 只需通過(guò)簡(jiǎn)單的級(jí)聯(lián)就可以對(duì)顯示屏進(jìn)行擴(kuò)展,是一種成本低廉的圖文顯示方案。
一、背景介紹
1．LED及LED顯示屏
LED 就是Light Emitting Diode（發(fā)光二極管）的縮寫。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。發(fā)光二極管是由p 型和n 型半導(dǎo)體組成的二極管。在LED 的p - n 結(jié)附近,n 型材料中多數(shù)載流子是電子,p 型材料中多數(shù)載流子是空穴。p -n 結(jié)上未加電壓時(shí)構(gòu)成一定的勢(shì)壘,當(dāng)加正向偏壓時(shí),在外電場(chǎng)作用下,p 區(qū)的空穴和n 區(qū)的電子就向?qū)Ψ綌U(kuò)散運(yùn)動(dòng),構(gòu)成少數(shù)載流子的注入,從而在p - n結(jié)附近產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴的復(fù)合,同時(shí)釋放出相對(duì)應(yīng)的能量hν(h 為普朗克常數(shù),ν為光子頻率)而發(fā)光。該能量相當(dāng)于半導(dǎo)體材料的帶隙能量Eg(Ev) ,其與發(fā)光波長(zhǎng)λ(nm) 的關(guān)系為λ= 1239. 6PEg。
LED顯示屏是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。
LED顯示屏分為圖文顯示屏和視頻顯示屏，均由LED矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形；視頻顯示屏采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，圖文、圖像并茂，以實(shí)時(shí)、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動(dòng)畫、錄像、電視、VCD節(jié)目以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況。LED顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強(qiáng)，靜如油畫，動(dòng)如電影，廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場(chǎng)、建筑市場(chǎng)、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場(chǎng)所。
它的優(yōu)點(diǎn)：亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、耐沖擊、性能穩(wěn)定。
2. MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介
2.1 MCS-51系列單片機(jī)及其特點(diǎn)
①可靠性高：
因?yàn)樾酒前垂I(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，故抗干擾的能力優(yōu)于PC機(jī)。系統(tǒng)軟件(如：程序指令，常數(shù)，表格)固化在ROM中，不易受病毒破壞。許多信號(hào)的通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故運(yùn)作時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
�、诒阌跀U(kuò)展：
片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件，片外有很多供擴(kuò)展用的(總線，并行和串行的輸入/輸出)管腳，很容易組成一定規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。
�、劭刂乒δ軓�(qiáng)：
具有豐富的控制指令：如：條件分支轉(zhuǎn)移指令，I/O口的邏輯操作指令，位處理指令。 ④實(shí)用性好：
體積小，功耗低，價(jià)格便宜，易于產(chǎn)品化。
2.2 單片機(jī)的發(fā)展歷史簡(jiǎn)介
�、俚�1階段(1971年—1978年)，以MCS-48系列為代表，稱4位單片機(jī)。在片內(nèi)：CPU有4位或8位；ROM有1KB或2KB；RAM有64B或128B；只有并行接口，無(wú)串行接口；只有1個(gè)8位的定時(shí)/計(jì)時(shí)器；中斷源只有2個(gè)。在片外：尋址范圍只有4KB；芯片引腳有40個(gè)。
�、诘�2階段(1978年—1983年)，以MCS-51系列為代表，稱8位單片機(jī)。在片內(nèi)：CPU有8位；ROM有4KB或8KB；RAM有128B或256B；有串/并行接口；有2個(gè)或3個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)時(shí)器；中斷源有5至7個(gè)。在片外：尋址范圍有64KB；芯片引腳有40個(gè)。 ③第3階段(1983年以后)，以MCS-96系列為代表，稱16位單片機(jī)。在片內(nèi)：CPU有16位；ROM有8KB；RAM有232B；有串/并行接口；有4個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)時(shí)器；中斷源有8個(gè)；增加了D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路。在片外：尋址范圍有64KB；芯片引腳有48個(gè)或68個(gè)。
以上MCS-51系列以其優(yōu)良的性價(jià)比，在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。
二、功能要求
本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，將要顯示的字符和漢字按照需求進(jìn)行顯示。其中顯示的內(nèi)容由單片機(jī)輸入，其中亮度以及穩(wěn)定性主要由硬件電路完成。點(diǎn)陣采用的是單色顯示，顯示器電路特點(diǎn)是：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制硬件電路動(dòng)態(tài)掃描發(fā)光二極管，頻率高，因此亮度也高，并且亮度可通過(guò)限流電阻來(lái)控制。通過(guò)單片機(jī)和時(shí)鐘芯片或者溫度傳感器通信來(lái)顯示時(shí)間和溫度。由于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求其獨(dú)立穩(wěn)定地顯示要求的內(nèi)容，并且能控制LED漢字的動(dòng)態(tài)顯示，因此控制部分設(shè)計(jì)成為以單片機(jī)為核心，驅(qū)動(dòng)電路以及需要的傳感器等為外圍掛件，形成了點(diǎn)陣顯示屏的控制部分�？刂撇糠植捎昧藘r(jià)格低廉、擴(kuò)展性強(qiáng)、功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)。該單片機(jī)內(nèi)部集成了8KB的FLASH程序存儲(chǔ)器和256B的隨機(jī)存儲(chǔ)器，采用CMOS工藝，具有低功耗、高可靠、超低價(jià)、安全性能高、工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)，其存儲(chǔ)器大小滿足設(shè)計(jì)所需。
此系統(tǒng)是以單片機(jī) AT89C52為核心控制芯片，由DS1302和DS18B20完成時(shí)間和溫度的測(cè)量，單片機(jī)分別讀取它們的時(shí)間和溫度，并將信息顯示到LED屏幕上，行驅(qū)動(dòng)采用的是74HC154和非門提供足夠大的電流，列驅(qū)動(dòng)采用用74HC595級(jí)聯(lián)傳送數(shù)據(jù)，利用串行傳輸數(shù)據(jù)。點(diǎn)陣屏幕采用的是8塊8×8的單色LED點(diǎn)陣組成的16×32點(diǎn)陣顯示屏。
此系統(tǒng)的主要功能是：能顯示當(dāng)前的時(shí)間并且可定制鬧鐘和整點(diǎn)報(bào)時(shí)，顯示所處環(huán)境的溫度，顯示可調(diào)節(jié)速度地滾動(dòng)顯示字幕，顯示靜態(tài)顯示字幕，顯示動(dòng)畫等功能。
三、方案實(shí)現(xiàn)
從理論上說(shuō)，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在的位置相對(duì)應(yīng)的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時(shí)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。16ｘ16的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒(méi)有這么多的端口，如果我采用鎖存器來(lái)擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來(lái)計(jì)算，16ｘ16的點(diǎn)陣需要256/8=32個(gè)鎖存器。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是16ｘ16的點(diǎn)陣，在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個(gè)很龐大的數(shù)字。因此在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另外一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的顯示方法。
動(dòng)態(tài)掃描的意思簡(jiǎn)單地說(shuō)就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用一套驅(qū)動(dòng)器。具體就16ｘ16的點(diǎn)陣來(lái)說(shuō)，把所有同1行的發(fā)光管的陽(yáng)極連在一起，把所有同1列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽(yáng)極的接法），先送出對(duì)應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的'數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮一定時(shí)間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；以此類推，第16行之后，又重新燃亮第1行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。
采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每一行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按8位一個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯示時(shí)要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時(shí)，從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹?/p>
采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，在硬件方面無(wú)疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過(guò)程較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動(dòng)器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢�，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一行的顯示過(guò)程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對(duì)于串行傳輸方式來(lái)說(shuō)，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)，在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時(shí)間就太少了，以致影響到LED的亮度。
解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾問(wèn)題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有所存功能。經(jīng)過(guò)上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動(dòng)器電路應(yīng)具有的功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來(lái)說(shuō)，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并處的移位功能；對(duì)于列數(shù)據(jù)顯示來(lái)說(shuō)，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。為顯示屏電路實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。
四、 LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)原理
發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)主要由PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。我們知道，發(fā)光是一種能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)受到外界激發(fā)后，會(huì)從穩(wěn)定的低能態(tài)越遷到不穩(wěn)定的高能態(tài);當(dāng)系統(tǒng)由不穩(wěn)定的高能態(tài)重新回到穩(wěn)定的低能態(tài)時(shí)，能量差以光的形式釋放數(shù)來(lái)，就會(huì)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重?fù)诫s的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)有很多遷移率很高的電子，P區(qū)有較多的遷移率較低的空穴。由于PN結(jié)阻擋層的限制，開(kāi)啟一個(gè)LED在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復(fù)合。而當(dāng)給PN結(jié)加以正向電壓時(shí)，導(dǎo)帶中的電子則可越過(guò)PN結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)入到P區(qū)一側(cè)。于是在PN結(jié)附近稍偏于P區(qū)一邊的地方，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇后便產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合。這種發(fā)光復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射，輻射光的波長(zhǎng)決定于材料的禁帶寬度Eg。LED 發(fā)光二極管分為正負(fù)二個(gè)腳當(dāng)正負(fù)之間加入一定的電壓時(shí)LED 會(huì)點(diǎn)亮。
+5V(a)
LED符號(hào)
LED顯示原理 LED發(fā)光電路
LED發(fā)光時(shí)一般電流為3 至30mA 左右，LED 有一定的穩(wěn)壓作用點(diǎn)亮?xí)rLED 的正負(fù)之間的電壓為1.8V至2.1V 左右，LED 加入電壓時(shí)必須限流，否則會(huì)損壞LED。 根據(jù)發(fā)光亮度的需要，LED 的限流電阻可為1K至3K之間這時(shí)流過(guò)幾毫安的電流，當(dāng)需要較高亮度的顯示時(shí)，可加入較大的電流。例如使用+5V 供電串接100R 的限流電阻則在100R 的電阻上有3V 的壓降，因?yàn)長(zhǎng)ED 壓降約為2V 則電流約為30 至50mA，LED 點(diǎn)陣由數(shù)個(gè)LED 按一定規(guī)律排列而成。LED顯示屏以發(fā)光二極管為像素，由LED點(diǎn)陣顯示單元拼接而成。最常見(jiàn)的LED點(diǎn)陣顯示單元有5×7,7×9,8×8結(jié)構(gòu)，前兩種主要用于顯示各種西文字符，后一種常用于顯示各種漢字字符。
該點(diǎn)陣為共陽(yáng)極紅色的點(diǎn)陣模塊：
68×8 LED點(diǎn)陣外觀
其中8個(gè)LED 的正極接在一起，一共有8×8共64個(gè)LED組成。LED 的正極1至8條線循環(huán)加入正電壓，這8 個(gè)正電壓在一定的時(shí)間內(nèi)只有一條有效的，其余都無(wú)效。8 條線是逐個(gè)加入正電壓，8 個(gè)為一個(gè)周期一般每個(gè)周期為10ms 至20ms 左右，稱之為掃描周期。利用人眼的視覺(jué)暫留，人們會(huì)看到8路LED 都會(huì)點(diǎn)亮，但其實(shí)只有一路是點(diǎn)亮的，當(dāng)每條掃描線即LED 正極加入電壓時(shí)，如果在負(fù)極也加入負(fù)電壓則相應(yīng)的LED 會(huì)被點(diǎn)亮，掃描電路就是利用這個(gè)原理，通個(gè)8條正極及8條負(fù)極控制64個(gè)LED的點(diǎn)亮及熄滅�，F(xiàn)在我們較常用到32×32的LED矩陣控制1024個(gè)LED， 因?yàn)槊總�(gè)LED 是亮的時(shí)間只有1/32 ，故在LED點(diǎn)亮?xí)r可以加入較大的電流，100R 的電阻可以得到30至50mA的電流。LED 有了1/32 的時(shí)間是不點(diǎn)亮的，故可以得到較長(zhǎng)的使用壽命。屏體的主要部分是顯示點(diǎn)陣，還有行列驅(qū)動(dòng)電路。系統(tǒng)顯示點(diǎn)陣采用 8×8顯示單元，按照每行 2個(gè)字，共計(jì)16 行的方式來(lái)組織的2×256 LED 象素的顯示屏，因此能夠顯示2個(gè)16×16 點(diǎn)陣漢字�？刂齐娐凡捎脛�(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng) LED 器件，每?jī)尚幸粋�(gè)控制器，控制完成整個(gè)顯示電路的行列驅(qū)動(dòng)。
【LED漢字開(kāi)題報(bào)告介紹】相關(guān)文章：
6.開(kāi)題報(bào)告的字?jǐn)?shù)要求介紹
7.基于單片機(jī)的LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告填表說(shuō)明