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基于单片机的5*7Led字体显示【摘要】引 言LED（Light Emitting Diode），发光二极管，简称LED，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。多个 LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示，即形成LED点阵图文显示屏。其主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制LED的发光强弱。LED点阵的汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如1616 点阵），将点阵文件存入ROM，形成新的汉字编码；而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句，再由MCU根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示。LED点阵显示具有如下特点：（1） 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一种比使用高压电源更安全的电源。（2） 效能：消耗能量比同光效的白炽灯减少80%。（3） 适用性：每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。（4） 稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。（5） 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。（6） 对环境污染：无有害金属汞。（7） 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。由于LED的众多优势，在市场中得到了广泛的应用，主要应用领域有：（1）、信号指示应用：信号照明是LED单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域，约占LED应用市场的4%左右。（2）、显示应用：指示牌、广告牌、大屏幕显示等， LED用于显示屏幕的应用约占LED应用的20%25%，显示屏幕可分为单色和彩色。（3）、照明应用：便携灯具，汽车用灯，特殊照明。由于LED尺寸小，便于动态的亮度和颜色控制，因此比较适合用于建筑装饰照明。背光照明：普通电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCD显示器背光源等。以及投影仪用RGB光源。1 LED概述1.1 LED电子显示屏概述LED电子显示屏（Light Emitting Diode Panel）是由几百-几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不同的半导体材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。 LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 LED显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。LED显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。1.2 LED电子显示屏的分类按颜色分类：单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色）。 双基色显示屏：红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。 全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。 按显示器件分类：LED数码显示屏：显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。 LED点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。 按使用场合分类：室内显示屏：发光点较小，一般3mm-8mm，显示面积一般零点几至十几平方米。 室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。 按发光点直径分类：室内屏：3mm、3.75mm、5mm、 室外屏：10mm、12mm、16mm、19mm、21mm、26mm 室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。2 显示原理及控制方式分析2.1 LED点阵模块结构八十年代以来出现了组合型LED点阵显示器模块，以发光二极管为像素，它用高亮度发光二极管芯阵列组合后，环氧树脂和塑模封装而成。这种一体化封装的点阵LED模块，具有高亮度、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀等特点。LED点阵规模常见的有44、48、57、58、88、1616等等。根据像素颜色的数目可分为单色、双基色、三基色等。像素颜色不同，所显示的文字、图象等内容的颜色也不同。单色点阵只能显示固定色彩如红、绿、黄等单色，双基色和三基色点阵显示内容的颜色由像素内不同颜色发光二极管点亮组合方式决定，如红绿都亮时可显示黄色，如果按照脉冲方式控制二极管的点亮时间，则可实现256或更高级灰度显示，即可实现真彩色显示。图2.1示出本次课程设计用到的5*7单色LED点阵显示器的内部电路结构和外型规格，其它型号点阵的结构与引脚可试验获得。 图2.1 57单色LED模块内部电路LED点阵显示器单块使用时，既可代替数码管显示数字，也可显示各种中西文字及符号如5x7点阵显示器用于显示西文字母58点阵显示器用于显示中西文，8x8点阵可以用于显示简单的中文文字，也可用于简单图形显示。用多块点阵显示器组合则可构成大屏幕显示器，但这类实用装置常通过PC机或单片机控制驱动。2.2 LED 动态显示原理动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧/秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。最典型的例子就是电影放映机。在电子领域中，因为这种动态扫描显示方式极大的缩减了发光单元的信号线数量，因此在LED显示技术中被广泛使用。以5*7点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。图2.1中，红色水平线Y0、Y1Y4叫做行线，接内部发光二极管的阳极，每一行5个LED的阳极都接在本行的行线上。相邻两行线间绝缘。同样，蓝色竖直线X0、X1X6叫做列线，接内部每列7个LED的阴极，相邻两列线间绝缘。在这种形式的LED点阵模块中，若在某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平（用“0”表示）。则行线和列线的交叉点处的LED就会有电流流过而发光。比如，Y4为1，X0为0,则右下角的LED点亮。再如Y0为1，X0到X6均为0，则最上面一行7个LED全点亮。现描述一下用动态扫描显示的方式，显示字符“B”的过程。其过程如图2.2图2.2 用动态扫描显示字符“B”的过程2.3 LED控制方式本次课程设计用到的控制方法是每次动态有效是亮一个led灯，按照字母形状依次扫描，直至一个字母完成，并行输出接行端口的先通过74LS138译码（低电平），再通过74LS04变成高电平。并行输出接列端口先通过74LS138译码，得到低电平，这样就可以选中理想的led亮了。3 硬件电路设计3.1 系统硬件概述整个电路由单片机89C51，3个74LS138，10个74LS04，2个5*7的LED。该电路所设计的电子屏可显示一个英文字母。AT89C51是一种带4KB可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51引脚即外观如图3.1所示。图3.1 AT89C51的管脚图74LS138 为3 线8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式， 其工作原理如下： 当一个选通端（E3）为高电平，另两个选通端（E1)和/(E2)）为 低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在一个对应的输出端以低 电平译出。 利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反 相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。 图3.2 74LS138管脚图74ls04是带有6个非门的芯片，他的功能表就不用说了搞电子的地球人应该都知道的,引脚功能图详见下面: 图3.2 74LS04管脚图3.2 用57LED点阵构成107LED点阵Proteus中只有57和88等LED点阵，并没有107LED点阵，而在实际应用中，要良好地显示一个英文字母，则至少需要107点阵。下面我们就首先介绍使用57点阵构建107点阵的方法，并构建一块107LED点阵，用于本例的显示任务。首先，从Proteus7.1的元件库中找到“MATRIX-5X7-RED”元器件，并将四块该元器件放入Proteus文档区编辑窗口中。此时需要注意,如果该元器件保持初始的位置（没有转动方向），我们要首先将其左转90，使其水平放置，那么此时它的左面5个引脚是其行线，右边7个引脚是其列线（当然，如果你是将右转，则右边8个引脚是行线）。然后我们将2个元器件对应的列线分别进行连接，使每一条行线引脚接一行10个LED，列线7个LED，并注意要将行线和列线引出一定长度的引脚，以便下面我们使用。连接好的107点阵如图3.4所示。 图3.3 10*7led点阵3.3 LED显示驱动电路LED显示驱动电路如图3.7所示图 3.4 设计主电路5软件设计5.1 程序设计总体思路和结构用简短的汇编程序设计，实现LED点阵显示内容，并使显示的内容在屏幕上从A到F依次显示。系统采用模块化结构，包括主程序、延时程序。用AT89C51、74LS138、74LS04、2个57LED点阵显示器构成一个完整点阵LED显示系统。5.1.2 程序流程图主程序和延时 结束R0大于10开始 RO置初值0 设置零方式计数, INC R0 结束R1大于（） INC DPTR和R1 并行输出DPTR内容R1置值0,TAB给DPTR开始图5.1. 延时程序流程图 图5.2 字形输出流程图 5.1.2 程序代码ORG0000H/显示E字母LIANJI1:MOVR1,#00HYANSHI1:MOVTMOD,#11H ;延时模块 MOVTH0,#00HMOVTL0,#00HSETBTR0LOOP1:JBCTF0,JIAN1 ；一秒延时MOVR0,#00HMOVDPTR,#TAB1 ；显示E字母STAR1:MOVA,R0 ；MOVCA,A+DPTRMOVP0,AINCR0CJNER0,#30H,STAR1SJMPLOOP1JIAN1: INCR1CJNER1,#10H,YANSHI1SJMPLIANJI2/显示F字母LIANJI2:MOVR1,#00HYANSHI2:MOVTMOD,#11HMOVTH0,#00HMOVTL0,#00HSETBTR0LOOP2:JBCTF0,JIAN2MOVR0,#00HMOVDPTR,#TAB2STAR2:MOVA,R0MOVCA,A+DPTRMOVP0,AINCR0CJNER0,#26H,STAR2SJMPLOOP2JIAN2: INCR1CJNER1,#10H,YANSHI2SJMPLIANJI3/显示A字母LIANJI3:MOVR1,#00HYANSHI3:MOVTMOD,#11HMOVTH0,#00HMOVTL0,#00HSETBTR0LOOP3:JBCTF0,JIAN3MOVR0,#00HMOVDPTR,#TAB3STAR3:MOVA,R0MOVCA,A+DPTRMOVP0,AINCR0CJNER0,#2EH,STAR3SJMPLOOP3JIAN3: INCR1CJNER1,#10H,YANSHI3LCALLLIANJI4/显示B字母LIANJI4:MOVR1,#00HYANSHI4:MOVTMOD,#11HMOVTH0,#00HMOVTL0,#00HSETBTR0LOOP4:JBCTF0,JIAN4MOVR0,#00HMOVDPTR,#TAB4STAR4:MOVA,R0MOVCA,A+DPTRMOVP0,AINCR0CJNER0,#2DH,STAR4SJMPLOOP4JIAN4: INCR1CJNER1,#10H,YANSHI4SJMPLIANJI5/显示C字母LIANJI5:MOVR1,#00HYANSHI5:MOVTMOD,#11HMOVTH0,#00HMOVTL0,#00HSETBTR0LOOP5:JBCTF0,JIAN5MOVR0,#00HMOVDPTR,#TAB5STAR5:MOVA,R0MOVCA,A+DPTRMOVP0,AINCR0CJNER0,#21H,STAR5SJMPLOOP5JIAN5: INCR1CJNER1,#10H,YANSHI5SJMPLIANJI6/显示D字母LIANJI6:MOVR1,#00HYANSHI6:MOVTMOD,#11HMOVTH0,#00HMOVTL0,#00HSETBTR0LOOP6:JBCTF0,JIAN6MOVR0,#00HMOVDPTR,#TAB6STAR6:MOVA,R0MOVCA,A+DPTRMOVP0,AINCR0CJNER0,#2EH,STAR6SJMPLOOP6JIAN6: INCR1CJNER1,#10H,YANSHI6LCALLLIANJI1 TAB1:DB00H,10H,20H,30H,40H,50H,60H,01H,11H,21H,31H,41H,51H,61H,02H,12H,03H,13H,04H,14H,24H,34H,44H,54H,05H,15H,25H,35H,45H,55H,06H,16H,07H,17H,08H,18H,28H,38H,48H,58H,68H,09H,19H,29H,39H,49H,59H,69HTAB2:DB00H,10H,20H,30H,40H,50H,60H,01H,11H,21H,31H,41H,51H,61H,02H,12H,03H,13H,04H,14H,24H,34H,44H,54H,05H,15H,25H,35H,45H,55H,06H,16H,07H,17H,08H,18H,09H,19H TAB3:DB30H,21H,31H,41H,12H,22H,42H,52H,03H,13H,53H,63H,04H,14H,54H,64H,05H,15H,25H,35H,45H,55H,65H,06H,16H,26H,36H,46H,56H,66H,07H,17H,57H,67H,07H,17H,57H,67H,08H,18H,58H,68H,09H,19H,59H,69HTAB4:DB 00H,10H,20H,30H,40H,01H,11H,21H,31H,41H,51H,02H,12H,52H,62H,03H,13H,53H,63H,04H,14H,24H,34H,44H,54H,05H,15H,25H,35H,45H,55H,06H,16H,56H,66H,07H