基于51单片机的LED显示屏设计-毕业论文

基于51单片机的LED显示屏设计-毕业论文1 绪论1.1 国内外研究现状LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成平板显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。

LED显示屏的发展可分为以下几个阶段：第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏。

用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。

第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。

视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。

LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。

第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LED管大量涌入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代。

随着LED原材料市场的迅猛发展，表面贴装器件从2001年面世，主要用在室内全彩屏，并且以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性，可随意调整的点间距，被不同价位需求者所接受，在短短两年多时间内，产品销售额已超过3亿元，表面贴装全彩色LED显示屏应用市场进入新世纪。

为了适应2008年奥运会的“瘦身”计划，利亚德开发了表面贴装双基色显示屏，大量用于训练馆和比赛计时计分系统。

在奥运场馆全彩屏方面，为紧缩投资，全彩屏大部分采用可拆卸方式，奥运期间可作为实况转播工具，赛事结束后可用于租赁，作为演出、国家政策发布等公共场合应用工具，通过这种方式可尽快收回成本。

就市场而言，中国加入WTO、北京申奥成功等，成为LED显示屏产业发展的新契机。

国内LED显示屏市场保持持续增长，目前在国内市场上，国产LED显示屏的市场占有率近95%。

国际上LED显示屏的市场容量预计以每年30%的速度在增长。

LED显示屏的主要制造厂商集中在日本、北美等地，我国LED制造厂商出口的份额在其中微不足道。

据不完全统计，世界上目前至少有150家厂商生产全彩屏，其中产品齐全，规模较大的公司约有30家左右。

目前，经过中国政府对LED产业化的积极推动，国内LED显示屏的生产技术基本与世界同步，国内知名品牌有：奥力兴（Apex Kolor 、远亮国际照明、恒宇光电、大眼界光电（TopVision 、元亨光电（yaham）、山木显示（sky-display）、丽晶光电（Lightking）、洲明（Unilumin）、锐拓（Retop）、爱立德（aled）、联建光电（liantronics）、长方照明（cfled）、明尔杰（MejLed）、德彩光电（dicolor）、联森（lenson）、良辉光电 lhgd 、通普（TOP 、仕兰、雅其光（Art）、金立翔、艾比森（absen）、艾斯威（aswei）、雷森（ledsun）、利亚德（leyard）、科美芯SBC 、三思、奥科光电等。

LED点阵显示根据应用领域和要求不同可以分为很多种。

常用的是采用单片机为控制核心的LED点阵显示，显示的数据预先存贮在ROM中，当程序运行时，单片机负责依序将ROM中存储的数据进行读取、传输和显示。

为了对显示数据的更新，可以通过RS-232串口，由上位机将要显示的数据传输给单片机，由单片机独立完成显示。

1.2 课题研究目标和意义本课题研究目标就是实现单片机对16x64点阵LED显示屏实现汉字、数字、字母的多样化显示最终实现点阵显示屏的滚动显示。

1.3 本设计主要完成以下几方面的工作：（1）学习LED显示屏内部硬件结构；（2）设计单片机最小系统；（3）设计16x64点阵LED显示屏（4）编写软件部分，通过proteus软件实现单片机对16x64点阵LED显示屏发光二极管是Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs 砷化镓、GaP 磷化镓、GaAsP 磷砷化镓等半导体制成的，其核心是PN结。

因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。

此外，在一定条件下，它还具有发光特性。

在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。

进入对方区域的少数载流子少子一部分与多数载流子多子复合而发光。

如图2.1所示: 图2.1 LED显示原理假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。

除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心这个中心介于导带、介带中间附近捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。

发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。

由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在+近PN结面数u m以内产生。

理论和实践证明，光的峰值波长入与发光区域的半导体材料禁带宽度E g有关，即λ≈1240／Eg mm式中Eg的单位为电子伏特 eV 。

若能产生可见光波长在380nm紫光～780nm 红光，半导体材料的Eg应在3．26一--1．63eV之间。

比红光波长长的光为红外光。

现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管。

2.2 LED显示器结构及分类通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。

可构成发光显示器的发光段或发光点。

由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。

通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。

（一）LED显示器结构基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图12排列而成的。

可实现0～9的显示。

其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等（1）反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个LED贴在与反射罩的七个反射腔互相对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心位置就是LED芯片。

在装反射罩前，用压焊方法在芯片和印刷电路上相应金属条之间连好φ30μm的硅铝丝或金属引线，在反射罩内滴入环氧树脂，再把带有芯片的印刷电路板与反射罩对位粘合，然后固化。

反射罩式数码管的封装方式有空封和实封两种。

实封方式采用散射剂和染料的环氧树脂，较多地用于一位或双位器件。

空封方式是在上方盖上滤波片和匀光膜，为提高器件的可靠性，必须在芯片和底板上涂以透明绝缘胶，这还可以提高光效率。

这种方式一般用于四位以上的数字显示（或符号显示）。

（2）条形七段式数码管属于混合封装形式。

它是把做好管芯的磷化镓或磷化镓圆片，划成内含一只或数只LED发光条，然后把同样的七条粘在日字形“可伐”框上，用压焊工艺连好内引线，再用环氧树脂包封起来。

（3）单片集成式多位数字显示器是在发光材料基片上（大圆片），利用集成电路工艺制作出大量七段数字显示图形，通过划片把合格芯片选出，对位贴在印刷电路板上，用压焊工艺引出引线，再在上面盖上“鱼眼透镜”外壳。

它们适用于小型数字仪表中。

（4）符号管、米字管的制作方式与数码管类似。

（5）矩阵管（发光二极管点阵）也可采用类似于单片集成式多位数字显示器工艺方法制作。

（二）LED显示器分类（1）按字高分：笔画显示器字高最小有1mm（单片集成式多位数码管字高一般在2～3mm）。

其他类型笔画显示器最高可达12.7mm（0.5英寸）甚至达数百mm。

（2）按颜色分有红、橙、黄、绿等数种。

（3）按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式。

（4）从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种。

（三）LED显示器的参数由于LED显示器是以LED为基础的，所以它的光、电特性及极限参数意义大部分与发光二极管的相同。

但由于LED显示器内含多个发光二极管，所以需有如下特殊参数：1．发光强度比由于数码管各段在同样的驱动电压时，各段正向电流不相同，所以各段发光强度不同。

所有段的发光强度值中最大值与最小值之比为发光强度比。

比值可以在1.5～2.3间，最大不能超过2.5。

2．脉冲正向电流若笔画显示器每段典型正向直流工作电流为IF，则在脉冲下，正向电流可以远大于IF。

脉冲占空比越小，脉冲正向电流可以越大。

LED[18]的内在特征决定了它具有很多优点，诸如：一体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。

二耗电量低LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近100%。

一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能80%以上。

三使用寿命长有人称LED光源为长寿灯。

它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。

四高亮度、低热量LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。

五环保LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。

光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源六坚固耐用LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。

灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏。

七多变幻LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256 16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。

八技术先进与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品。

它成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。

LED发光二极管已被全球公认为最高效的人造照明技术。

虽然国内还有不少人在商家误导下认为LED是用来替代LCD液晶的显示技术，但实际上这种高能效照明技术从上世纪六七十年代就已经开始应用，如今从各种指示灯、路灯、节日彩灯再到笔记本、电视背光都在广泛采用LED照明。

由于其高能效，人们普遍认为用LED灯取代传统的灯泡、荧光灯是一种非常环保的做法。

然而，近日由美国加州大学艾尔文分校进行的一项调查却显示，使用LED 的环保功效很可能会被其包含的有毒物质所抵消。

在该校社会生态学系和公共健康项目共同进行的这项研究中，他们分析了市场上常见的圣诞树彩灯组中的红色、黄色、绿色和蓝色的LED灯，其中既包括高亮度LED，也包括低亮度产品。