【正文】 洛陽師范學院畢業(yè)設計/論文2013屆本科畢業(yè)設計（一號黑體居中）基于單片機控制的LED點陣顯示屏（二號黑體居中)院 （系） 名 稱物理與電子信息學院（小三號黑體）專 業(yè) 名 稱電子信息科學與技術（小三號黑體）學 生 姓 名張三豐（小三號黑體）學 號090524111（小三號Times New Roman）指 導 教 師何大壯教授（小三號黑體）完 成 時 間2013年5月8日（小三號黑體）目 錄摘 要 I緒 論 1第1章 概 述 3 3 LED點陣數(shù)碼顯示屏概述 5第2章 方案論證 6 單片機芯片的選擇方案和論證 6 顯示模塊選擇方案和論證 6 7 7 8第3章 系統(tǒng)硬件電路的設計 9 9 AT89S51性能介紹及其主要特性 9 12 MCS51系列單片機的工作方式 13 14 15 18第4章 軟件設計 21 21 LED的顯示原理 21 22 23 24 24 25 25第5章 結束語 27致謝 28參考文獻 29附錄 30緒 論LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，顯示屏由幾萬幾十萬個半導體發(fā)光二極管像素點均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素點。目前應用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達到了實用階段。LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點。在短短的十來年中，LED點陣顯示屏就以亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定的優(yōu)點迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領域得到了廣泛的應用。LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化方向發(fā)展。LED顯示屏的應用涉及社會經(jīng)濟的許多領域，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示。（2）機場航班動態(tài)信息顯示。（3）港口、車站旅客引導信息顯示。（4）體育場館信息顯示。（5）道路交通信息顯示。（6）調(diào)度指揮中心信息顯示。（7）郵政、電信、商場購物中心等服務領域的業(yè)務宣傳及信息顯示。（8）廣告媒體新產(chǎn)品等。（1）我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，至1998年底，年度銷售總額在1000萬元以上的企業(yè)有20多家，其銷售總額達6億元左右，占行業(yè)市場總額的85%以上。全國從事LED顯示屏的各類企業(yè)有100余家，從業(yè)人員近6000人，行業(yè)年度銷售總額近8億元人民幣，1996年、1997年的增長速度均保持40%左右，1998年略有回落。在國內(nèi)市場上，國產(chǎn)LED顯示屏的市場占有率近100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有市場，四十三屆世乒賽主會場天津體育中心、京九鐵路、北京西客站、首都機場、浦東機場等，均由國內(nèi)代表企業(yè)中標。技術水平相對領先,我國LED顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時，產(chǎn)品技術推陳出新，一直保持比較先進的水平。90年代初即具備了成熟的16級灰度256色視頻控制技術及無線遙控等國際先進水平技術，近年在全彩色LED顯示屏、256級灰度視頻控制技術、集群無經(jīng)線控制、多級群控技術等方面均有國內(nèi)先進、達到國際水平的技術和產(chǎn)品出現(xiàn)；LED顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應用。LED顯示屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批LED顯示屏科技隊伍，在全國LED顯示屏行業(yè)的從業(yè)人數(shù)6000人中，科技人員有2800多人，將近50%。LED顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是平板顯示領域唯一立足國內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。 （2）LED顯示屏的發(fā)展趨勢現(xiàn)代信息社會中，作為人一機信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術得到迅速發(fā)展，進入二十一世紀的顯示技術將是平板顯示的時代，LED顯示屏作為平板顯示的主導產(chǎn)品之一無疑會有更大的發(fā)展，并有可能成為二十一世紀平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。高亮度、全彩化藍色及純綠色LED產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件?；A材料的產(chǎn)業(yè)化。使LED全彩色顯示產(chǎn)品成本下降，應用加快。LED產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求，同時，由于全彩色顯示屏價格性能比的優(yōu)勢，預計在未來幾年的發(fā)展中，全彩色LED顯示屏在戶外廣告媒體中會越來越多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產(chǎn)品，體育場館的顯示方面全彩色LED屏更會成為主流產(chǎn)品。全彩色LED顯示屏的廣泛應用會是LED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個新的增長點。未來LED顯示屏會向著標準化、規(guī)范化，產(chǎn)品結構多樣化的方向發(fā)展[2]。該設計課題使我們能夠掌握LED顯示屏的基本顯示原理和設計方法，對LED顯示屏這個行業(yè)有了較為深刻的了解和認識。并且對大學期間所學習的一些理論進行了實踐，使我們對所學過的理論知識有了新的認識。并且通過該設計課題掌握了51單片機的的軟硬件開發(fā)工具的使用方法，為以后從事相關行業(yè)的工作積累了實際工作經(jīng)驗。目前我國的信息行業(yè)發(fā)展迅速，作為主要平面顯示媒介的LED顯示屏的作用也越練越廣泛，相關的從業(yè)人員也會越來越緊缺。但同時應該清楚的認識到我國的LED技術雖然發(fā)展迅速但和世界先進水平還有一定的差距。因此此課題不論是對自己的就業(yè)還是對我國LED顯示技術的發(fā)展都有非常現(xiàn)實與積極的意義。第1章 概 述 在30多年里，電子計算機的發(fā)展經(jīng)歷了電子管，晶體管，中小規(guī)模集成電路到大規(guī)模集成電路四個階段，特別是隨著大規(guī)模集成電路技術的飛躍發(fā)展，20世紀70年代誕生的微型計算機，是計算機應用日益廣益。而微型計算機的問世，更進一步推動了單片機時代的到來，是單片機幾乎在人類各個角落都表現(xiàn)出了強有力的生命力。(1)單片機的定義及分類單片機是超大規(guī)模集成電路發(fā)展的產(chǎn)物。它是把組成微型計算機的各種器件，如中央處理器（CPU）、隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出（I/O）接口電路、定時/計數(shù)器、模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器、數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器、串行通信接口（SPI、IIC、USB、UATA）、脈寬調(diào)制器（PWM）等單元電路都集成到一塊芯片上，就構成了一個完整的單元微型計算機（Single Chip Microputer）,簡稱單片機。單片機按用途可分為通用型單片機和專用型單片機兩類。通用型單片機有比較豐富的內(nèi)部資源，性能全面且適應性強，可滿足多種用途和需求。通用性單片機是把可開發(fā)的內(nèi)部資源全部提供給用戶，用戶可根據(jù)需求，充分利用單片機的資源，設計一個以通用單片機為核心，再配以其他外圍器件來滿足各種測量系統(tǒng)的要求，既有一個再設計的過程。通常所說的單片機就是指通用性單片機。然而，有許多應用是使用專門針對某些產(chǎn)品的特定用途而制定的單片機。如家用遙控好器、游戲機、時鐘模塊、電源模塊等中的單片機。這類單片機最大的特點就是針對性強且數(shù)量巨大。為此，單片機芯片制造商與產(chǎn)品廠家合作，設計成為專用型單片機。(2)單片機的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢單片機的發(fā)展過程：1971年intel 公司研制出世界上第一個4位的微處理器；1973年intel 公司研制出8位的微處理器8080；1976年intel 公司研制出MCS48系列8位的單片機，這也是單片機的問世。80年代初，intel 公司在MCS48單片機基礎上，推出了MCS51單片機。也就是說，51單片機最早的出現(xiàn)是在80年代初。(3)單片機的發(fā)展趨勢面對單片機的廣泛需求，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應用提供廣闊的天地。縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：(1)低功耗CMOS化 　　MCS51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應用場合。 (2)微型單片化 　現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做出具有自己特色的單片機芯片。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品不僅要求單片機功能強和功耗低，還要求其體積要小?，F(xiàn)在許多單片機都具有多種封裝形式，其中SMT(表面封裝)很受追捧，使得由單片機構成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。(3)主流與多品種共存 　　現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機占主流，兼容其結構和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond系列單片機。所以C8051為核心的單片機占據(jù)了半壁江山。在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。(4)高性能化趨勢進一步改進單片機的性能，加快單片機的指令運算速度，加快位處理能力，提高系統(tǒng)控制的可靠性，采用精簡指令集結構和流水線技術，可以提高運行速度。這類單片機的運算速度比標準的單片機提高10倍以上。由于這類單片機既有極高的指令速度，可以用軟件模擬串口等功能，由此引入虛擬外設的新概念。(5)低成本小型化趨勢設計現(xiàn)代電子產(chǎn)品，往往要求體積和整體成本要小。所以，在選用單片機時，除功能成本符合要求外，還要考慮體積。現(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中SSOP、TSSOP、SOP(表面封裝)越來越受歡迎，使得有單片機構成的系統(tǒng)正朝著微型化的方向發(fā)展。 LED點陣數(shù)碼顯示屏概述(1)LED的簡介 LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導體和 n型半導體組成的晶片，在p型半導體和n型半導體之間有一個過度層pn結，注入的少數(shù)載流子復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。 LED在我們?nèi)粘Ｉ畹碾娖髦须S處可見，極為普通也廣為人知。LED具有效率高、光線質(zhì)量高、能耗小、壽命長等特點，主要可用于平面顯示領域、便攜設備顯示屏、照明以及紅外線LED領域等下游應用產(chǎn)品市場。與傳統(tǒng)的照明工具相比，LED照明產(chǎn)品，尤其是氮化鎵基（GaN）白光LED照明光源體積小、重量輕、方向性好并可耐各種惡劣條件，在功耗、壽命以及環(huán)保等方面均有明顯優(yōu)勢。(2) 點陣的簡介LED點陣顯示器，以發(fā)光二極管為像素，它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后，環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成。具有高亮度、功耗低、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。點陣顯示器有單色和雙色兩類，可顯示紅，黃，綠，橙等。LED點陣有445581612424040等多種；根據(jù)像素的數(shù)目分為等，雙基色、三基色等，根據(jù)像素顏色的不同所顯示的文字、圖象等內(nèi)容的顏色也不同，單基色點陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙基色和三基色點陣顯示內(nèi)容的顏色由像素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極管點亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮時可顯示黃色，如按照脈沖方式控制二極管的點亮時間，則可實現(xiàn)256或更高級灰度顯示，即可實現(xiàn)真彩色顯示。LED點陣顯示器單塊使用時，既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字及符號．如5 x 7點陣顯示器用于顯示西文字母．58點陣顯示器用于顯示中西文，8 x 8點陣用于顯示中文文字，也可用于圖形顯示。用多塊點陣顯示器組合則可構成大屏幕顯示器，但這類實用裝置常通過微機或單片機控制驅(qū)動。第2章 方案論證 單片機芯片的選擇方案和論證AT89S51與AT89C51相比,外型管腳完全相同，AT89C51的HEX程序無須任何轉(zhuǎn)換可直接在AT89S51運行,結果一樣。AT89S51比AT89C51新增了一些功能，支持在線編程和看們狗是其中主要特點。它們之間主要區(qū)別在于以下幾點：(1)引腳功能:管腳幾乎相同,變化的有,即這3個引腳的第二功能組成了串行ISP編程的接口。(2)編程功能：AT89C51僅支持并行編程，而AT89S51不但支持并行編程還支持ISP再線編程。在編程電壓方面,AT89C51的編程電壓除正常工作的5V外,另Vpp需要12V,而AT89S51僅僅需要45V即可。(3)燒寫次數(shù)更高:AT89S51標稱燒寫次數(shù)是1000次,實為100010000次,這樣更有利開始學習者反復燒寫,降低學習成本。(4)工作頻率更高:AT89C51極限工作頻率是24MHZ,而AT89S51最高工作頻率是33MHZ,(AT89S51芯片有兩中型號,支持最高工作頻率分別為24MHZ和33MHZ)從而具有更快的計算速度。 (5)電源范圍更寬:AT89S51工作電壓范圍,。 (6)抗干擾性更強:AT89S51內(nèi)部集成看門狗計時器(Watchdog Timer),而AT89C51需外接看門狗計時器電路,或者用單片機內(nèi)部定時器構成軟件看門狗來實現(xiàn)軟件抗干擾。所以選擇采用AT89S1作為主控制系統(tǒng)。 顯示模塊選擇方案和論證方案一：采用LED發(fā)光二極管動態(tài)掃描,所需LED發(fā)光二極管和相應的驅(qū)動電路太多，相應的電路板也會很大，功耗增大,性價比太低，且布線較為復雜。所以不采用