【文章內(nèi)容簡介】 級管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它能夠 直接把電能轉(zhuǎn)化為光能。 LED的核心部分由 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體 而組成的 晶片。在 P 型半導(dǎo)體， 空穴 的數(shù)量比自由電子的數(shù)量大得多，多數(shù)載流子 為 空穴 ，少數(shù)載流子是自由電子 ；在 N 型半導(dǎo)體，自由電子的數(shù)量比孔學(xué)的數(shù)量大的多，載體中大多數(shù)為自由電子，少數(shù)載流子為空 穴 。半導(dǎo)體的它們之間的連接將是一個(gè) “ PN 結(jié) ” 。當(dāng)它兩端加上正向電壓時(shí)，電子就會被推向 P 區(qū)，在 P 區(qū)的電子空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，半導(dǎo)體晶體會發(fā)出不同顏色的光，光電流的強(qiáng)度 與電流息息相關(guān) ，這是 LED 發(fā)光原理。光的波長（顏色），是由物質(zhì)形成 PN 結(jié)的 材料來 確定 的[11]。 LED 的特點(diǎn) LED 的內(nèi)在 諸多 特征決定了 其 具有 的 很多優(yōu)點(diǎn)， 例 如： （ 1）體積 較 小 ： LED 大 體 上是一塊被封裝在環(huán)氧樹脂里面 的非常 小的晶片 ，所以它 特別 小， 而且重量 非常 輕。 （ 2）耗電量 較 低 ： LED 的 耗電 很 低，直 流驅(qū)動(dòng)，超低功耗 ， 它 轉(zhuǎn)換 的 電光功率 大約為30%。 通常 LED 的工作電壓 為 2～ ，工作電流 為 ～ ，也 就是說， 同等的 照明效果比傳統(tǒng) 的 光源節(jié)能 約 80%， 它 所 消耗 掉 的電能不 能 超過 。 （ 3）壽命長：許多 人 稱 LED 燈光源 是長壽燈 。 LED是固體冷光源， 不存在燈絲 ， 環(huán)氧樹脂， 燈體內(nèi)沒有松動(dòng)的部分，一般不燃燒，熱沉積，光線漸暗等缺陷，在適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏?下 ，壽命可達(dá) 60000100000 小時(shí)，比傳統(tǒng)光源的 壽命大 10倍 之上 。 （ 4）高亮度，低熱量：使用 LED 冷光源技術(shù)，比普通燈泡 具有 更少的熱量。 （ 5）環(huán)保： LED 是由無毒材料 制成的 ，不像熒光燈含有水銀會造成污染，并 可以 循環(huán)利用 。 在它的光普中 沒有紅外和紫外光譜，這意味著不產(chǎn)生熱量，也不會產(chǎn)生輻射，冷光源，可以安全 的 觸摸，是典型的綠色照明 的光源 。 （ 6）耐用 堅(jiān)固 ：作為 LED 完全封裝在環(huán)氧樹脂內(nèi)，所以比燈泡和熒光燈管應(yīng)是堅(jiān)固邢臺學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 的。因?yàn)闊趔w內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分， 所以 LED不 容 易損壞。 （ 7）多 變化： LED 光源可利用紅，綠，藍(lán)顏色 三基色 理論，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制，使三種顏色具有 256級灰度和混合用任何方法可以產(chǎn)生 256 256 256 = 16777216 種顏 色 ，形成不同的光的顏色組合有很多，可以實(shí)現(xiàn)各種圖像顯示以及各種影響的動(dòng)態(tài)變化。 （ 8）最先進(jìn)的技術(shù)：與傳統(tǒng)光源單調(diào)的輝光相比， LED照明 光源是 電壓較低的微電子產(chǎn)品，融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，圖像處理技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，嵌入式控制技術(shù) 等，它也是數(shù)字信息產(chǎn)品的在線編程的、靈活的、 無限的可擴(kuò)展性的特點(diǎn) [12]。 LED 點(diǎn)陣原理 88 點(diǎn)陣 LED 外觀及引腳如圖 21所示： 圖 21 88 點(diǎn)陣 LED外觀及引腳 圖 從圖 22 中可以看出， 88 點(diǎn)陣 總 共 由 64 個(gè)發(fā)光二極管組成， 而且它的 每個(gè)發(fā)光二極管置于行線和 列線的交叉點(diǎn) 上 ，對應(yīng)于所設(shè)置的水平線，一列設(shè)置為 0 電平，則相應(yīng)的二極管就會發(fā)光 光；要顯示圖形或字體時(shí) ，只要 考慮它的顯示方式。可編程控制各顯示點(diǎn)對應(yīng)的 LED的陽極和陰極 端的電平 ，可以有效地控制顯示燈。 因此，要 實(shí)現(xiàn)一根柱形的亮法，對應(yīng)的一列為一根豎柱，或?qū)?yīng)的一行為一根橫柱，因此實(shí)現(xiàn)柱 的 亮的方法如下所述： 一根豎柱：對應(yīng)的列置 0，而行則采用掃描的方法來實(shí)現(xiàn)。 一根橫柱：對應(yīng)的行置 1，而列則采用掃描的方法來實(shí)現(xiàn)。 在此，以 88 LED 點(diǎn)陣 對 LED 點(diǎn)陣顯示模塊進(jìn)行 掃描 的方法 進(jìn)行一下詳細(xì) 的 介紹 ： （ 1） 水平方向掃 描，即逐列掃描的方式（簡稱列掃描方式）：此時(shí)用一個(gè) P 口輸出列碼 ， 決定哪一列能亮（相當(dāng)于位碼）， 再 用另一個(gè) P 口輸出行碼（列數(shù)據(jù)），決定該列上哪個(gè) LED 亮（相當(dāng)于段碼）。能亮的列從左到右掃描完 8列（相當(dāng)于位碼循環(huán)移動(dòng) 8次） 即能 顯示出一個(gè)完整的圖像。 （ 2）豎直方向 掃描，即逐行掃描 的 方式（簡稱行掃描方式）：此時(shí)用一個(gè) P口輸出 行 邢臺學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 22 88 點(diǎn)陣 LED等效電路 碼， 決定哪一行能亮（相當(dāng)于位碼）， 再 另一個(gè) P口輸出列碼（行數(shù)據(jù)，行數(shù)據(jù)為將列數(shù)據(jù)的點(diǎn)陣旋轉(zhuǎn) 90度的數(shù)據(jù)） ， 決定該行上哪些 LED燈亮（相當(dāng)于段碼） 。能亮的行從上向下掃描完 8行（相當(dāng)于位碼循環(huán)移 動(dòng) 8次）即 能 顯示一 個(gè) 完整的圖像 [1113]。 3 Proteus 使用方法介紹 Proteus 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺開發(fā) 是由 Labcenter electronics 公司 進(jìn)行的 ，它包括 ISIS/ARES 等 的軟件模塊， ARES模塊主要用于完成 PCB（印刷電路板 ） 的 設(shè)計(jì)，ISIS 模塊用來完成電路原理圖的布局和仿真。基于 VSM 技術(shù) Proteus 軟件仿真， 它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢是，它可以模擬大量的單芯片，如 MCS51系列， PIC 系列等，以及單片機(jī)外圍電路，如 鍵盤， LED， LCD 等。它可以是各種處理器的實(shí)時(shí)仿真，調(diào)試和 EDA 工具測試 ，真的可以在沒有目標(biāo)樣機(jī)時(shí)調(diào)試系統(tǒng)、 測試和驗(yàn)證，具有較強(qiáng)的科學(xué)和技術(shù)代表 性 。 本設(shè)計(jì)采用的是 Proteus 版本。 Proteus 的功能介紹 Proteus 具有 智能原理布圖、混合電路仿真與精確分析、單片機(jī)軟件調(diào)試、單片機(jī)與外圍電路的協(xié)同仿真、 PCB 自動(dòng)布局與布線 等全部 的 功能 。 Proteus 的特點(diǎn) （ 1） 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真 與 SPICE 電路仿真相結(jié)合 （ 2） 支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真 （ 3） 提供軟件調(diào)試 的 功能 （ 4） 具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能 （ 5） PCB 設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線 [1416] 邢臺學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 Proteus 原理圖繪制 電路原理圖的設(shè)計(jì)方法和步驟：創(chuàng)建一個(gè)新的設(shè)計(jì)文件 → 設(shè)置工作環(huán)境 → 提取元器件 → 在原理圖中放置元器件 → 編輯元器件 → 繪制原理圖 → 建立網(wǎng)絡(luò)表 → 對原理圖進(jìn)行電氣規(guī)則檢測 → 存盤及輸出報(bào)表。 Proteus VSM 仿真與分析 原理圖輸入 → 建立源代碼文件（選擇代碼生成工具，建立新的源代碼文件，源文件命名） → 源代碼文件與單片機(jī)連接（源代碼編輯，源代碼匯編編譯，程序加載到CPU） → 交互式仿真 (可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)輸出結(jié)果， 元器件引腳電平 )。 4 LED 顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì) 一個(gè)基于 80C51 單片機(jī)的 88 LED 點(diǎn)陣顯示屏，實(shí)現(xiàn) “ XINGTAI UNIVERSITY”字樣的 滾動(dòng) 顯示。 整體電路 對于整體電路， 因?yàn)?80C51 單片機(jī) P0 口設(shè)計(jì)成 了 開漏極的結(jié)構(gòu) ,所以需要在 P0 口加上拉電阻 。 硬件部分 80C51 單片機(jī)引腳功能 80C51 系列中，用 CHMOS 工藝制造的單片機(jī)都采用雙列直插式 DIP40 腳封裝引腳信號完全相同 ，其 引腳 圖 如圖 42所示。 各引腳功能簡述如下： （ 1） 電源及 時(shí)鐘引腳（ 4 個(gè)） V CC，電源引腳； V SS，接地引腳。 XTAL1 ，內(nèi)部振蕩電路反相放大器輸入端，是外接晶振的一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。 邢臺學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 41 整體電路 圖 42 80C51單片機(jī)引腳 圖 XTAL2，內(nèi)部振蕩器的反相放大器輸出端，是外接晶振的另一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。 （ 2） 控制線引腳（ 4個(gè)） 邢臺學(xué)