LED數(shù)碼顯示控制的設(shè)計(jì)

1、 蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 課 題 led數(shù)碼顯示控制所屬教學(xué)單位 蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械制造與自動(dòng)化 年 級 09a 學(xué) 號 20090106156 姓 名 趙 海 浩 指導(dǎo)教師 趙 翔 2011年06月26日 一、選題的性質(zhì) （ ）應(yīng)用理論研究 （）應(yīng)用研究 二、選題的目的和理論、實(shí)踐意義本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是進(jìn)行電梯控制電路設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中運(yùn)用到了可編程控制器應(yīng)用技術(shù)等多門課程知識，并應(yīng)用三菱plc編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)及校驗(yàn)，因此是一個(gè)非常重要的綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，也是一次全面的、規(guī)范的實(shí)踐訓(xùn)練。通過這次訓(xùn)練，使我在眾多方面得到了鍛煉和培養(yǎng)，主要體現(xiàn)在如下幾方面:（1）培養(yǎng)了

2、我們理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練了綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程和其他相關(guān)課程的基礎(chǔ)理論并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行分析和解決工程實(shí)際問題的能力，鞏固、深化和擴(kuò)展了相關(guān)led數(shù)碼顯示控制方面的知識。（2）通過對常用、較簡單機(jī)電梯電路的設(shè)計(jì)，使我掌握了一般led數(shù)碼顯示控制程序和方法，樹立正確的工程設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。 （3）另外培養(yǎng)了我們查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊及相關(guān)技術(shù)資料的能力以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面的能力。（4）更進(jìn)一步學(xué)習(xí)plc的相關(guān)知識，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實(shí)踐三、課題研究的主要內(nèi)容 本課題主要研究的是led數(shù)碼顯示控制的設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)編制plc程

3、序?qū)崿F(xiàn)led數(shù)碼管控制，提供較為直觀、準(zhǔn)確的顯示狀態(tài)，為顯示各種數(shù)字和字母提供多方面的可能性，充分提高工作效率。本課題側(cè)重于對led數(shù)碼顯示控制的選擇，led數(shù)碼管顯示工作過程及plc的簡介等內(nèi)容，進(jìn)一步結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行分析和解決工程實(shí)際問題的能力，鞏固、深化和擴(kuò)展了相關(guān)led數(shù)碼顯示控制方面的知識，最后完成led數(shù)碼顯示控制的設(shè)計(jì)。四、課題研究的方法、策略及基本條件通過大量查閱文獻(xiàn)資料，將理論與實(shí)踐結(jié)合，進(jìn)行比較分析，完成設(shè)計(jì)。通過對教材以及網(wǎng)上搜集的資料做了詳細(xì)的分析，以此了解了led數(shù)碼管顯示的工作過程。本人做該課題所具備的基本條件：本人已經(jīng)有了一定的專業(yè)知識儲(chǔ)備，具備了一定的設(shè)計(jì)與自學(xué)

4、能力；該課題的相關(guān)設(shè)計(jì)資料和相應(yīng)軟件齊全；且目前已搜集了大量與led數(shù)碼顯示控制有關(guān)的理論及操作資料。借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)軟件，完成plc程序設(shè)計(jì)。最后整理資料，準(zhǔn)備答辯總結(jié)優(yōu)點(diǎn)，尋找差距，改進(jìn)缺點(diǎn)。五、課題研究的步驟和總體安排步驟：1、選定設(shè)計(jì)的方法與步驟；2、 led數(shù)碼顯示控制工作過程3、 led數(shù)碼管的顯示方法；4、 plc程序設(shè)計(jì)；5、 完成led數(shù)碼顯示控制的設(shè)計(jì)6、 畢業(yè)設(shè)計(jì)整理。7、 錄入畢業(yè)設(shè)計(jì)電子文檔。8、 準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。安排：1、第一階段完成資料收集工作。2、第二階段完成開題報(bào)告。3、第三階段完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。4、第四階段提交畢業(yè)設(shè)計(jì)。六、成果形式描述 在這段時(shí)間里，

5、我學(xué)到了很多知識也有很多感受，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗(yàn)的成功都會(huì)讓我興奮好一段時(shí)間。七、指導(dǎo)教師意見及指導(dǎo)安排指導(dǎo)教師簽字：年 月 日八、所屬教學(xué)單位意見 負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日摘要年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，led的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強(qiáng)，體積小，功耗低，價(jià)格便宜，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)，因此特別適合于與控制有關(guān)的系統(tǒng)，越來越廣泛地應(yīng)用近于自動(dòng)控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。led往往

6、是作為一個(gè)核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。對本次設(shè)計(jì)的硬件部分和軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)以及對其原理進(jìn)行了闡述。本次做的led數(shù)碼顯示控制以八個(gè)二極管為核心，結(jié)合相關(guān)的 元器件組成，在配合相應(yīng)的軟件，達(dá)到制作簡易的數(shù)碼顯示技術(shù)目的。本次設(shè)計(jì)采用plc去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：二極管、plc、led目錄摘要.前言.一、led的簡介. 1.1led的三大階段.1.2 led的發(fā)展歷史.1.3 led的發(fā)展趨勢.二、設(shè)計(jì)內(nèi)容.2.1 控制要求.2.2 led發(fā)光原理. .2.3 led數(shù)碼管的結(jié)構(gòu).2.4 led數(shù)碼管種類. .2.5 共陽極的led數(shù)碼管原理

7、.2.6 led數(shù)碼管的顯示.三、 軟件設(shè)計(jì). 3.1 i/o借口輸入輸出. 3.2 輸入輸出接線圖. 3.3 程序框圖. 3.4 根據(jù)控制要求和i/o地址編制控制梯形圖.四、 結(jié)束語.五、 致謝.六、 參考文獻(xiàn).前 言20世紀(jì)末電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)在電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)力社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。時(shí)間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要是時(shí)候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。

8、目前，led正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著cmos化、低工耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。led應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須有模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用led通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。一、led的簡介1.1 led的三大階段隨著led照明燈具的逐步發(fā)展，在亮化工程輔助照明等公共場合，led照明燈具漸漸替代了一些傳統(tǒng)光源產(chǎn)品。2009年，led燈具開始在發(fā)達(dá)國家進(jìn)入主照明普及。市場對led燈具產(chǎn)品有了一定的認(rèn)可和

9、接受。led燈具的環(huán)保，體積小，高可靠性等其他特性逐漸凸顯出來。led初期是由單色光為主，雖然功率小，價(jià)格高，但其可靠性高，控制性強(qiáng)，體積小，所以最先興起的市場是電子器件指示燈。隨著led照明燈具的逐步發(fā)展，在亮化工程輔助照明等公共場合，led漸漸替代了一些傳統(tǒng)光源產(chǎn)品。2009年，led開始在發(fā)達(dá)國家進(jìn)入主照明普及。在電費(fèi)較高，使用時(shí)間較長的商業(yè)應(yīng)用場所，led燈具迅速成為市場的新寵。作為led照明燈具的用途，led市場發(fā)展分幾個(gè)階段。第一階段，led燈具替代接受階段。這一階段指的是led燈具在發(fā)展初期，主要體現(xiàn)出其光效高(能耗小)，壽命長的特點(diǎn)。因?yàn)槭蹆r(jià)高，所以在這一階段主要為商照市場?？?/p>

10、戶有一個(gè)接受的過程，首先是使用習(xí)慣和外觀上的過渡與接受。在與傳統(tǒng)光源一致的使用情況下，led燈具體現(xiàn)出的節(jié)電，長壽等特點(diǎn)使得市場容易接受它的相對高價(jià)。尤其是在商用場合。各廠商拼的是質(zhì)量價(jià)格優(yōu)勢。 第二階段，led燈具實(shí)用新型階段。在上一階段的基礎(chǔ)上，市場對led燈具產(chǎn)品有了一定的認(rèn)可和接受。led燈具的環(huán)保，體積小，高可靠性等其他特性逐漸凸顯出來。由此而開發(fā)的一系列完全有別于傳統(tǒng)光源應(yīng)用的產(chǎn)品會(huì)大行其道。照明行業(yè)會(huì)出現(xiàn)更大更廣的一個(gè)發(fā)展空間。光源不再是僅僅起到照明作用，它的多變使得更貼切人們工作生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。各廠商拼的是設(shè)計(jì)應(yīng)用優(yōu)勢。第三階段，led燈具智能控制階段。隨著物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的發(fā)

11、展，led作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，也將搭上這趟高速列車，發(fā)揮出其高可控性特點(diǎn)。從家庭到辦公樓，從道路到隧道，從汽車到步行，從輔助照明到主照明，具備智能控制的led照明燈具系統(tǒng)將給人類帶來更高等級的服務(wù)。led燈具產(chǎn)業(yè)也將由做產(chǎn)品，到設(shè)計(jì)產(chǎn)品，到提供整體解決方案的歷程。1.1led的發(fā)展歷史如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可以分為以下幾個(gè)階段：（1）第一階段（1976-1978）：單片機(jī)的控索階段。以intel公司的mcs-48為代表。mcs-48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有motorola、zilog等，都取得了滿意的效果。這就是scm的誕生年代，“單片機(jī)”一詞

12、即由此而來。（2）第二階段（1978-1982）單片機(jī)的完善階段。intel公司在ncs-48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列mcs-51。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。1）完善的外部總線。mcs-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機(jī)通信功能的串行通信接口。2)cpu外圍功能單元的集中管理模式。3）體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。4）指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。1.3led的發(fā)展趨勢我國led顯示屏產(chǎn)業(yè)自上世紀(jì)90年代以來，在規(guī)模迅速發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)也推陳出新，一直保持了

13、在該領(lǐng)域內(nèi)比較先進(jìn)的水平。led顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)將有大的調(diào)整和發(fā)展：產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大 、產(chǎn)品規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化受到重視 、通信傳輸和網(wǎng)絡(luò)控制 、技術(shù)不斷推陳出新 、顯示顏色、亮度和視角 、灰度控制技術(shù) 、驅(qū)動(dòng)電路 、系統(tǒng)控制技術(shù) 、市場保持持續(xù)增長 。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1控制要求按下啟動(dòng)按鈕后，由八組led發(fā)光二極管開始顯示：先是一段段顯示，顯示次序是a、b、c、d、e、f、g、h，隨后顯示數(shù)字及字符，顯示次序是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、a、b、c、d、e、f，再返回初始顯示，并循環(huán)10次結(jié)束。2.2 led發(fā)光原理 發(fā)光二極管是由-族化

14、合物，如gaas（砷化鎵）、gap（磷化鎵）、gaasp（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是pn結(jié)。因此它具有一般p-n結(jié)的i-n特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由n區(qū)注入p區(qū)，空穴由p區(qū)注入n區(qū)。進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光，如圖1所示。圖1 假設(shè)發(fā)光是在p區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發(fā)光的復(fù)

15、合量相對于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近pn結(jié)面數(shù)m以內(nèi)產(chǎn)生。 2.3 led數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)led數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，其中七個(gè)長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，右下角一個(gè)點(diǎn)形的發(fā)光管作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 9、a、b、c、d、e、f、g、h。數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如圖所示。 2.4 led數(shù)碼管種類led數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種，了解led的這些特性，對編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。 共陽極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在

16、一起。通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。共陰極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)

17、的限流電阻。2.5 共陽極的led數(shù)碼管原理下圖例舉的是共陽極的led數(shù)碼管，共陽就是7段的顯示字碼共用一個(gè)電源的正。led數(shù)碼管原理圖示意：led數(shù)碼管正面圖各字段的引腳從上圖可以看出，要是數(shù)碼管顯示數(shù)字，有兩個(gè)條件：1、是要在vt端（3/8腳）加正電源；2、要使（a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低電平或“0”電平。這樣才能顯示的。1）共陽極led數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如下：2）共陰極led數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如下：七段顯示管的字形代碼如下表：顯示字形abcdefg011111101000011021101101311110014011001151011011610111117111

18、00008111111191111011a1110111b0011111c1001110d0111101e1001111f10001112.6 led數(shù)碼管的顯示led數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)led數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。2.6.1靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)led數(shù)碼管的i/o口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用i/o口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根i/o口來驅(qū)動(dòng)。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電

19、路的復(fù)雜性。2.6.2動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是led數(shù)碼管中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的i/o線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于led數(shù)碼管對位元選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過分時(shí)輪流控制各個(gè)led數(shù)碼管的com端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程

20、中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為5s，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o口，而且功耗更低。三、硬件設(shè)計(jì)3.1硬件介紹3.1.1計(jì)數(shù)器主要計(jì)數(shù)led數(shù)碼管顯示的次數(shù)，以便達(dá)到所控制要求10次。用字母“c”表示。3.1.2時(shí)間繼電器主要用于控制led數(shù)碼管顯示的時(shí)間，使每次顯示都是5秒。用字母“t”表示。3.1 i/o借口輸入輸出輸入輸出輸入繼電器功能輸出繼電器功能x000sb1啟動(dòng)按鈕y000a段顯示x001sb2關(guān)閉按鈕y001b段顯示y002c段顯示y003d段顯示y004e段顯示y005f段顯示y006g段顯示y007h點(diǎn)3.2輸入輸出接線圖 3.3 程序框圖3.4根據(jù)控制要求和i/o地址編制控制梯形圖結(jié)束語經(jīng)過了這幾周的學(xué)習(xí)，我終于完成了led數(shù)碼顯示控制的論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，我開始了