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led漢字屏幕開題報告
led點陣顯示屏作為一種新興的顯示器件,是由多個獨立的led發(fā)光二極管封裝而成.led點陣顯示屏可以顯示數(shù)字或符號, 通常用來顯示時間、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 點陣led顯示屏的設(shè)計方案。包括系統(tǒng)具體的硬件設(shè)計方案,軟件流程圖和部分匯編語言程序等方面。在負(fù)載范圍內(nèi), 只需通過簡單的級聯(lián)就可以對顯示屏進(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l(fā)ed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)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，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)上未加電壓時構(gòu)成一定的勢壘,當(dāng)加正向偏壓時,在外電場作用下,p 區(qū)的空穴和n 區(qū)的電子就向?qū)Ψ綌U(kuò)散運動,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)帶電子和價帶空穴的復(fù)合,同時釋放出相對應(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λ(nm) 的關(guān)系為λ= 1239. 6peg。led顯示屏是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號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算機(jī)進(jìn)行控制，圖文、圖像并茂，以實時、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動畫、錄像、電視、vcd節(jié)目以及現(xiàn)場實況。led顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強(qiáng)，靜如油畫，動如電影，廣泛應(yīng)用于車站、碼頭、機(jī)場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。它的優(yōu)點：亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅(qū)動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩(wěn)定。
2. mcs-51系列單片機(jī)簡介
2.1 mcs-51系列單片機(jī)及其特點
�、倏煽啃愿撸�
因為芯片是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，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。許多信號的通道均在一個芯片內(nèi)，故運作時系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
�、诒阌跀U(kuò)展：
片內(nèi)具有計算機(jī)正常運行所必需的部件，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。
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體積小，功耗低，價格便宜，易于產(chǎn)品化。
2.2 單片機(jī)的發(fā)展歷史簡介
�、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，無串行接口；只有1個8位的定時/計時器；中斷源只有2個。在片外：尋址范圍只有4kb；芯片引腳有40個。
�、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個或3個16位的定時/計時器；中斷源有5至7個。在片外：尋址范圍有64kb；芯片引腳有40個。 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16位的定時/計時器；中斷源有8個；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個或68個。以上mcs-51系列以其優(yōu)良的性價比，在我國得到了廣泛的應(yīng)用。
二、功能要求
本設(shè)計利用單片機(jī)對整個系統(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。點陣采用的是單色顯示，顯示器電路特點是：單片機(jī)控制硬件電路動態(tài)掃描發(fā)光二極管，頻率高，因此亮度也高，并且亮度可通過限流電阻來控制。通過單片機(jī)和時鐘芯片或者溫度傳感器通信來顯示時間和溫度。由于系統(tǒng)的設(shè)計要求其獨立穩(wěn)定地顯示要求的內(nèi)容，并且能控制led漢字的動態(tài)顯示，因此控制部分設(shè)計成為以單片機(jī)為核心，驅(qū)動電路以及需要的傳感器等為外圍掛件，形成了點陣顯示屏的控制部分�？刂撇糠植捎昧藘r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程序存儲器和256b的隨機(jī)存儲器，采用cmos工藝，具有低功耗、高可靠、超低價、安全性能高、工作頻率高等優(yōu)點，其存儲器大小滿足設(shè)計所需。此系統(tǒng)是以單片機(jī) at89c52為核心控制芯片，由ds1302和ds18b20完成時間和溫度的測量，單片機(jī)分別讀取它們的時間和溫度，并將信息顯示到led屏幕上，行驅(qū)動采用的是74hc154和非門提供足夠大的電流，列驅(qū)動采用用74hc595級聯(lián)傳送數(shù)據(jù)，利用串行傳輸數(shù)據(jù)。點陣屏幕采用的是8塊8×8的單色led點陣組成的16×32點陣顯示屏。此系統(tǒng)的主要功能是：能顯示當(dāng)前的時間并且可定制鬧鐘和整點報時，顯示所處環(huán)境的溫度，顯示可調(diào)節(jié)速度地滾動顯示字幕，顯示靜態(tài)顯示字幕，顯示動畫等功能。
三、方案實現(xiàn)的顯示方法。
動態(tài)掃描的意思單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如16行）的同名列共用一套驅(qū)動器。具體就16ｘ16的點陣來說，把所有同1行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同1列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應(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，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機(jī)的存儲器中，按8位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動器的數(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，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉�。采用串行傳輸�(shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘柧�，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，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，對于一行的顯示過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。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時間可能相當(dāng)長，在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時間就太少了，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)顯示的時間矛盾問題，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，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)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具有的功能。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并處的移位功能；對于列數(shù)據(jù)顯示來說，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，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。圖1為顯示屏電路實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖。
四、 led點陣驅(qū)動原理
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，能量差以光的形式釋放數(shù)來，就會產(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， 圖2 開啟一個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，導(dǎo)帶中的電子則可越過pn結(jié)的勢壘進(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)二個腳當(dāng)正負(fù)之間加入一定的電壓時led會點亮。+5v(a)led符號 led顯示原理 led發(fā)光電路led發(fā)光時一般電流為3 至30ma 左右，led 有一定的穩(wěn)壓作用點亮?xí)rled 的正負(fù)之間的電壓為1.8v至2.1v 左右，led 加入電壓時必須限流，否則會損壞led。 根據(jù)發(fā)光亮度的需要，led 的限流電阻可為1k至3k之間這時流過幾毫安的電流，當(dāng)需要較高亮度的顯示時，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，因為led 壓降約為2v 則電流約為30 至50ma，led 點陣由數(shù)個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點陣顯示單元拼接而成。最常見的led點陣顯示單元有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。下圖為常見的單色8×8led點陣原理圖。該點陣為共陽極紅色的點陣模塊： 圖4 雙基色8×8 led點陣原理圖 圖2.68×8 led點陣外觀其中8個led 的正極接在一起，一共有8×8共64個led組成。led 的正極1至8條線循環(huán)加入正電壓，這8 個正電壓在一定的時間內(nèi)只有一條有效的，其余都無效。
8 條線是逐個加入正電壓，8 個為一個周期一般每個周期為10ms 至20ms 左右，稱之為掃描周期。利用人眼的視覺暫留，人們會看到8路led 都會點亮，但其實只有一路是點亮的，當(dāng)每條掃描線即led 正極加入電壓時，如果在負(fù)極也加入負(fù)電壓則相應(yīng)的led 會被點亮，掃描電路就是利用這個原理，通個8條正極及8條負(fù)極控制64個led的點亮及熄滅。現(xiàn)在我們較常用到32×32的led矩陣控制1024個led， 因為每個led 是亮的時間只有1/32 ，故在led點亮?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 的時間是不點亮的，故可以得到較長的使用壽命。屏體的主要部分是顯示點陣，還有行列驅(qū)動電路。系統(tǒng)顯示點陣采用 8×8顯示單元，按照每行 2個字，共計16 行的方式來組織的2×256 led 象素的顯示屏，因此能夠顯示2個16×16 點陣漢字�？刂齐娐凡捎脛討B(tài)掃描驅(qū)動方式驅(qū)動 led器件，每兩行一個控制器，控制完成整個顯示電路的行列驅(qū)動。
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