基于单片机的LED电子显示屏控制系统设计.doc
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1、邢台学院2013届本科生毕业设计摘 要单片机自20世纪70年代问世以来,以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注,从此得到了广泛的应用,同时取得了飞速发展。随着科技的飞速迅猛发展,也带动传统控制及LED显示技术日新月异的更新。大型LED点阵广告牌与传统的广告宣传紧密结合成为新的媒体宣传工具,广泛应用于展览中心、金融市场、医院、体育场馆、机场、码头、车站、街道、高速公路等诸多公共场所的信息显示和广告宣传。本文提出了一种实现单片机控制LED点阵显示屏的简单方案,初步介绍了单片机的基本结构以及LED的发光原理和特点,着重阐述了单片机的程序设计方法与LED点阵显示系统的工作原理,主要运用C语言编写源程
2、序,并利用Proteus软件进行仿真,设计出了一个基于80C51单片机的88 LED点阵的显示屏,能够实现“XINGTAI UNIVERSITY”字样的滚动显示。关键字:单片机;LED;显示系统AbstractMicrocontroller since its introduction in the 1970s, to the extremely high performance and low cost to peoples attention and concern, from a wide range of applications, and at the same time have
3、made rapid development. With the rapid development of rapid technological, but also led to the traditional control and LED display and technology update. Large LED dot matrix billboards and traditional advertising is closely integrated into the new media propaganda tool, widely used in the exhibitio
4、n center, financial markets, hospitals, stadiums, airports, docks, stations, streets, highways, and many other public places display and advertising. This paper presents a simple LED dot matrix display program to achieve a single-chip control, the initial introduction of the basic structure of the m
5、icrocontroller and LED light-emitting principle and characteristics, focusing on the works of MCU programming method with LED dot matrix display system primarily use the C language source code, and Proteus software simulation, design a 8 8 LED dot matrix display based on the 80C51 microcontroller ca
6、n achieve the words XINGTAI UNIVERSITY rolling display.Keywords: SCM; LED; Display SystemAlpha目 录前言11 单片机简要介绍11.1单片机的涵义及特点11.2 单片机的发展过程 11.3 80C51系列单片机的基本结构21.4 80C51系列单片机的程序设计32 LED简要介绍52.1 LED的发光原理52.2 LED的特点52.3 LED点阵原理63 Proteus使用方法介绍73.1 Proteus的功能介绍73.2 Proteus的特点73.3 Proteus原理图绘制73.4 Proteus
7、VSM仿真与分析74 LED显示系统的设计方案84.1设计目标84.2整体电路84.3 硬件部分84.4 软件部分124.5 仿真效果154.6印刷电路板(PCB)18结论18致谢19参考文献20前 言LED全称为“Light emitting diode”,是一种信息发布的重要载体。因其具有亮度高、功耗小、易于集成、驱动简单等很多显著优点,被广泛应用于医院、金融系统、运输部门等社会各个领域。LED显示屏发展较快,其无论在成本和生产的社会效益等方面都有其独特的优势。本文初步介绍了有关单片机的基本结构和指令系统以及LED的发光原理和特点,重点阐述了单片机的程序设计方法与LED点阵原理,设计了一个
8、由80C51单片机控制的88 LED点阵显示,可滚动显示“XINGTAI UNIVERSITY”字样,并利用Proteus软件进行仿真。1单片机简要介绍1.1 单片机的涵义及特点在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路,从而构成了单芯片微型计算机,即单片机。单片机体积小、控制功能强,其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。目前,单片机应用技术已成为电子应用系统设计中最为常用的技术手段。单片机的特点:(1)集成度高,体积小,可靠性高单片机的功能集成在一个晶片上,高集成度,最小尺寸。该芯片本身是由工业测量和控制环境,内部布线很短,其抗噪声性能优于一般的CPU。单
9、片机程序指令,常数和表ROM固化不易破坏,在一个单芯片多信号通道,高可靠性。(2)控制功能为了满足对象的控制要求,单片机的指令系统,他们是极其丰富:分支转移能力,I / O端口的逻辑运算和位处理能力,适合特殊控制功能。(3)低电压,低功耗,便携式产品容易生产为了满足广泛应用于便携式系统,单片机的工作电压为1.8V至3.6V只,操作只有几百微安电流。(4)易于扩展该表拥有计算机的正常运行的必要组成部分。扩展总线和并行芯片,易形成规模的串行输入/输出引脚的计算机系统中的应用3。 1.2 单片机的发展过程单片机技术发展十分迅速,产品种类琳琅满目。我们纵观整个单片机技术发展过程,可简述为: 1971英
10、特尔公司开发的世界上第一个4位微处理器;英特尔霍夫成功研制出世界上第一个4位微处理器芯片的英特尔4004,标志着第一代微处理器和微机时代开始。由于微处理器的发明,有英国经济学家杂志的一个“最有影响力的第二次世界大战以来的七个科学家”。1971年11月,英特尔推出了监控-4微机系统(包括4001的ROM芯片,4002的内存芯片,4003个移位寄存器芯片和单片机4004)4004含有2300个晶体管,尺寸34mm的计算性能远超过一年的,最初售价为200美元。1972年4月,Hough等人开发的第一个8位微处理器英特尔8008。由于8008是一个P沟道MOS微处理器,因此仍属于第一代微处理器。197
11、3英特尔公司开发的一个8位微处理器8080;1973年8月,Hough等人,开发了一个8位微处理器英特尔8080,取代P沟道MOS电路,第二代微处理器就此诞生了。8080芯片的时钟速度比8008在2MHz运行速度的10倍,使用64KB内存,使用6000个晶体管的基础上,6微米技术,处理速度0.64mips(百万条指令每秒)。1975年4月,MITS Altair 8800发布了第一个通用,售价为375美元,与1KB的记忆。这是世界上第一个微型计算机。1976年Intel公司研制出了MCS-48系列8位的单片机,这也是单片机的问世。Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器,广泛应用于微型计
12、算机和工业自动控制设备。当时,Zilog、Motorola和Intel三家公司在微处理器的领域三足鼎立。20世纪80年代初,英特尔公司在MCS-48系列单片机的基础上,推出了MCS-51系列8位高档单片机。MCS-51系列的单片机无论是片内的RAM容量,I/O口功能,系统扩展的方面都有了大的提高4。1.3 80C51系列单片机的基本结构80C51基本型单片机的组成如图1-1所示。图中,与并行口P3复用的引脚有:串行口输入和输出引脚RXD和TXD;外部中断输入引脚和;外部计数输入引脚T0和T1;外部数据存储器写和读控制信号和。由图1-1可见,80C51单片机基本型包含:(1)CPU系统:8位CP
13、U,含布尔处理器; 时钟电路; 总线控制。(2)存储器系统:4K字节程序存储器(ROM/EPROM/Flash,可再外扩64K); 128字节数据存储器(RAM,可再外扩64K); 特殊功能寄存器SFR。图1-1 80C51基本型单片机的组成(3)I/O口和其他功能单元:4个并行I/O口;2个16位定时/计数器;1个全双工异步串行口(UART);中断系统(5个中断源、2个优先级)1。1.4 80C51系列单片机的程序设计单片机应用系统的程序设计,不仅可以采用汇编语言完成,也可以采用C语言实现。汇编语言对单片机内部资源操作直接、简洁,代码紧凑。但是当系统的规模较大时,设计人员更倾向于采用C语言进
14、行程序设计。这是因为C语言具有良好的可读性、可移植性和基本的硬件操作能力。现在有多种可以对80C51单片机进行操作的C语言,它们通常统称为C51。采用C51进行单片机应用程序设计,编译器能自动完成变量存储单元的分配,编程者可以专注于应用系统的逻辑思想;对常用功能模块和算法编制相应的函数,也可以方便地进行算法和应用程序的移植。C51程序由一个或多个函数构成,其中至少应包含一个主函数main。程序从主函数开始执行,调用其他函数后又返回主函数,被调用函数如果位于主调函数前面,可以直接调用,否则应该先说明后调用。被调用的函数可以是用户自编的函数,或者是C51编译器提供的库函数。典型示例如下:#incl
15、ude#includevoid delayms(unsigned);void main(void) unsigned char i; P1=0x01; do for(i=0;i=7;i+) delayms(5000); P1=P11; if(P1=0x0) P1=0x01; while(1); unsigned char j; while (x-) for(j=0;j123;j+) ; C51的程序结构可分为顺序结构、选择结构和循环结构。因为顺序结构比较简单,这里只对选择结构和循环结构进行简单介绍。(1)选择结构在C51中,选择语句有条件语句和开关语句两种,这里只介绍条件语句。条件语句,由关键
16、词字if构成。有3种条件语句,这里只讲述其中一种:if (条件表达式) 语句若条件表达式的结果为真(非0值),则执行后面的语句;反之若条件表达式的结果为假(0值),则不执行后面的语句。(2)循环结构在C51程序中,实现循环的方法有4种,这里主要讲述其中两种:1)do-while语句 一般形式为:do 语句 while (条件表达式); 该结构的特点是先执行给定的循环语句,然后在检查条件表达式的结果。当条件表达式的值为真(非0值),则重复执行循环体语句,直到条件表达式的值变为假(0值)时为止。对于此种结构,在任何条件下,循环体语句至少会被执行一次。2)for语句一般形式为:for(初值表达式;条
17、件表达式;更新表达式) 语句该语句执行时,先计算初值表达式,作为循环控制变量的初值,再检查条件表达式的结果,当满足条件时就执行循环语句并计算更新表达式,然后再根据更新表达式的计算结果来判断循环条件是否满足,一直进行到循环条件表达式的结果为假(0值)时退出循环体1,5-10。2 LED简要介绍2.1 LED的发光原理LED(Light Emitting Diode),也叫发光二级管,是一种固态的半导体器件,它能够直接把电能转化为光能。LED的核心部分由P型半导体和N型半导体而组成的晶片。在P型半导体,空穴的数量比自由电子的数量大得多,多数载流子为空穴,少数载流子是自由电子;在N型半导体,自由电子
18、的数量比孔学的数量大的多,载体中大多数为自由电子,少数载流子为空穴。半导体的它们之间的连接将是一个“P-N结”。当它两端加上正向电压时,电子就会被推向P区,在P区的电子空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,半导体晶体会发出不同颜色的光,光电流的强度与电流息息相关,这是LED发光原理。光的波长(颜色),是由物质形成P-N结的材料来确定的11。2.2 LED的特点 LED的内在诸多特征决定了其具有的很多优点,例如: (1)体积较小:LED大体上是一块被封装在环氧树脂里面的非常小的晶片,所以它特别小,而且重量非常 轻。 (2)耗电量较低:LED的耗电很低,直流驱动,超低功耗,它转换的电光功率大约为
19、30%。通常LED的工作电压为23.6V,工作电流为0.020.03A,也就是说,同等的照明效果比传统的光源节能约80%,它所消耗掉的电能不能超过0.1W。 (3)寿命长:许多人称LED灯光源是长寿灯。LED是固体冷光源,不存在灯丝,环氧树脂,灯体内没有松动的部分,一般不燃烧,热沉积,光线渐暗等缺陷,在适当的电压和电流下,寿命可达60000-100000小时,比传统光源的寿命大10倍之上。(4)高亮度,低热量:使用LED冷光源技术,比普通灯泡具有更少的热量。(5)环保:LED是由无毒材料制成的,不像荧光灯含有水银会造成污染,并可以循环利用。在它的光普中没有红外和紫外光谱,这意味着不产生热量,也
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