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第1章 绪 论 1.1 课题背景 随着科学技术的发展，社会不断的进步，电子事业也有着突飞猛进的改革。人们对公共传媒质量的要求越来越高。随着近几年来LED字符显示器的推出和不断完善，它的应用范围正在扩大，应用效果十分显著。不难看出，这一电子信息技术发展的新成果，在宣传、政治思想教育、广告娱乐等方面的应用日益突出。 由于大规模集成电路技术的发展，其控制系统已能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，还可以软件控制来实现，并能够实现智能化。 1.2 课题设计方案 本文主要讲述的是“LED点阵字符显示电路”，本课题的实现主要有两种方案：一是由数字电路来实现；二是由单片机编程控制来实现。不难看出，选用数字电路来实现比较复杂。因为用数字电路实现必须要有移位寄存器与锁存器对字符数据进行存储，然后并行输入到显示屏，不但如此，而且需要很大一部分的扩展电路才能实现。用数字电路实现不但大大提高成本，而且设计出的电路的灵活性差、不易调试、成本高等缺点。 本文是基于单片机来实现的。由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等不同领域起到了举足轻重的作用。用单片机C语言编程，来控制16*16 LED点阵块进行显示相应的汉字、图形、图像等。使用C来开发系统会更加方便快捷。一方面不会降低对硬件的控制能力，另一方面也不会使代码长度增加多少。如果运用的好的话，就能够开发出非常高效的系统。并且非常易于维护。 1.3 主要元器件介绍 1.3.1 单片机 1. 单片机的产生与发展 单片机出现的历史并不长，但发展十分迅猛。它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步，自1971年美国Intel公司首先推出4位微处理器以来，它的发展到目前为止大致可分为5个阶段： 第1阶段（1971—1976）：单片机发展的初级阶段。1971年11月Intel公司首先设计出集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器Intel4004，并配有RAM、ROM和移位寄存器，构成了第一台MCS—4微处理器，而后推出了8位微处理器。它们虽然说还不是单片机，但从此拉开了研制单片机的序幕。 第2阶段（1976—1980）：低性能单片机阶段。以1976年Intel公司推出的MCS—48系列为代表，采用将8位CPU、8位并行I/O接口、8位定时器、RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上的单片结构，虽然其寻址范围有限（不大于4KB），也没有串行I/O，RAM、ROM容量小，中断系统也较简单，但功能可满足一般工业控制和智能化仪器、仪表等的需要。这种采用将CPU与计算机外围电路集成到一块芯片上的技术，标志着单片机与通用CPU的分道扬镳，在构成新型工业微控制器方面取得了成功，为进一步发展单片机开辟了成功之路。 第3阶段（1980—1983）：高性能单片机阶段。这一阶段推出的高性能8位单片机普遍带有串口，有多级中断处理系统，多个16位定时器/计数器。片内RAM、ROM的容量加大，切寻址范围可达64KB，个别片内还带有A/D转换接口。其典型为1980年Inter公司推出的MCS—51系列单片机，其它代表产品有 Motorola公司的6810和Zilog公司的Z8等。这类单片机拓宽了单片机的应用领域，使之能用于智能终端、局部网络的接口等。因而，它是目前国内外产品的主流，各制造公司还在不断地改进和发展它。 第4阶段（1983—80年代末）：16位单片机阶段。1983年Inter公司又推出了高性能的16位单片机MCS—96系列，由于其采用了最新的制造工艺，使芯片集成度高达12万只晶体管/片。CPU为16位，支持16位算术逻辑运算，并具有32位除16位的除法功能；片内RAM和ROM容量更进一步增大；除两个16为定时计数器外，还可以设定4个软件定时器；具有8个中断源；片内带有多通道高精度A/D转换和高速输入、输出部件（HSIO）；运算速度和控制功能也大幅度提高，具有很强的实时处理能力。 第5阶段（90年代）：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。如：CPU的位数有8位、16位、32位。而结构上更进一步采用双CPU结构或内部流水线结构，以提高处理能力和运算速度；时钟频率高达20MHz，使指令执行速度相对加快；提供新型的串行总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础；增加新的特殊功能部件（如：PWM输出、监视定时器WDT、可编程计数器阵列PCA、DMA传输、调制解调器、通信控制器、浮点运算单元等）；半导体制造工艺的不断改进，使芯片向高集成化、低功耗方向发展等等。以上这些方面的发展，使单片机在大量数据的实时处理、高级通信系统、数字信号处理、复杂工业过程控制、高级机器人以及居于句域网等方面得到大量应用。 2.单片机的应用 由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。按照单片机的特点，其应用可分为单机应用与多机应用。 （1） 单机应用 在一个应用系统中，只使用一片单片机称为单机应用，这是目前应用最多的一种方式。单机应用的主要领域有：测控系统、智能仪表、机电一体化产品、智能接口、智能民用产品等。 （2） 多机应用 单片机的多机应用系统可分为：功能集散系统、并行多机处理及局部网络系统。 综上所示，目前单片机已用于工业控制、机电一体化、仪表仪器、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域。 1.3.2 LED显示器 1. LED显示器的产生与发展 我国在1970年就是由中国科学院长春物理研究所研制成功了LED器件。随着改革开放的不断深入，特别是信息化社会的到来，在器件制造和应用领域都取得了迅猛的发展，至今已经形成一个LED产业。因此自20世纪80年代后期以来，从LED显示器的发展过程来看，首先出现的是以显示短小文字信息为主的条形图文显示屏，继而开发出LED图像显示屏，它使的具有灰度级的图像能够在公共场合进行展示，成为当时一大景观。 我国LED显示屏也是在20世纪80年代末90年代初发展起来的，至今以形成了一大产业。据有关资料的不完全统计，到1998年底，LED显示屏年销售额在1000万元以上的企业有20多家，其总销售额约为6亿元，占整个行业市场的85%以上。全国从事LED显示屏研制生产的各类企业有100多家，从业人员近6000人行业年销售额7亿多元。在国内市场上国产LED显示屏的市场占有率基本上是100%，有些企业的LED显示屏已经出口到东南亚各国，甚至出口到欧洲。不难置信的是在当今的信息化社会中，随着对公共传媒需求的高速增长，LED显示屏产业会得到更快的发展。 2. LED的实用性 LED字符显示器应用非常广泛，在车站、机场、商场、证券交易所、厂矿企业及其他一些公共场所，经常需要发布多变的实时的信息或进行广告宣传，传统的黑板和纸张等为媒介的手段不能满足其多变性和实时性。而LED（发光二极管）电子显示屏以其修改方便、实时显示、美观整洁等特点应运而生。构成LED电子显示系统的方法很多，它们的基本原理相同，都是采用点阵的形式显示汉字、字符等。在庆祝澳门回归、国庆50周年和迎接2000千禧年到来的日子里，各地LED显示屏前都聚集了巨大的人群驻足观看，气氛热烈效果极佳。 LED字符显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏，一直到今天的全彩色视频显示屏的发展过程。无论在器件的性能（超高亮度LED显示器及蓝色发光灯等）和系统的组成（计算机化的全动态显示系统）等方面都取得了长足的进步。其应用领域已经遍及交通、证券、电信、广告、宣传等各个方面。 第2章 电路的组成与功能 2.1 电路的基本组成 本电路的实现主要由四部分组成，核心器件单片机、还有选通电路、驱动电路、显示电路等。基本框图如图2-1所示。
图2-1 电路基本框图 单片机：是本电路的核心器件。采用的是 AT89C51。对电路起到处理及控制的作用。 选通电路：选用的是4线—16线译码器74LS154。用来对电路进行片选信号，由单片机给出一个信号，确定是否选通此路。74LS154为低电平有效，当输入信号为低电平时，此路被选通，74LS154将起到4入16出的译码作用。 驱动电路：此电路是采用74ALS04（六反相器）。因单片机输出为低电平，而显示器是共阳极的，需要驱动电路，也就是六个非门对单片机输入的信号，进行反相后，得到所需的高电平，提供给显示器，使显示器能够正常工作，因此达到驱动的作用。 显示电路：本电路采用的是4块8*8 LED点阵。也就是此电路的最末极，输出端。对单片机进行的程序编写，如一个字符或简单的图形，而由此显示器来显示出来。能够让人眼直观的、清晰的看到各种图片。 2.2 电路的功能 本课题主要是由单片机编程来控制电路的运做，由LED显示器将编入的程序显示出来。构成LED电子显示系统的方法很多，它们的基本原理相同，都是采用点阵的形式显示汉字、字符等。无论在器件的性能（超高亮度LED显示器及蓝色发光灯等）和系统的组成（计算机化的全动态显示系统）等方面都取得了长足的进步。 主要技术指标是: 1.16*16点阵； 2.显示院讯(开拓创新 求真务实 敬业乐群 高效)； 3.刷新时间可调 为了达到以上技术指标, 用单片机C语言编程，来控制16*16 LED点阵块进行显示相应的汉字。使用C来开发系统会更加方便快捷。一方面不会降低对硬件的控制能力，另一方面也不会使代码长度增加多少。如果运用的好的话，就能够开发出非常高效的系统。 电路结构简单，易于实现，加之成本低，变动性强等优点，并且此电路应用场合随意，广泛。在车站、机场、商场、证券交易所、厂矿企业及其他一些公共场所，都能看到LED显示屏。它可以发布多变的实时的信息或进行广告宣传，传统的黑板和纸张等为媒介的手段不能满足其多变性和实时性。而LED（发光二极管）电子显示屏能够填补以上的不足。 它最大的功能是能够准确的、及时的、有效的了解国内外时事动态和经济信息，政治思想教育、广告娱乐等方面，特别是它的公众性在目前是无可代替的。 | |||||
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