LED點陣亮度調(diào)節(jié)功能實現(xiàn)

1、 本科畢業(yè)論文 考 籍 號: 姓 名: 題 目: LED顯示屏亮度自動調(diào)節(jié)功能的實現(xiàn) 指導教師: 專 業(yè): 電子工程 通訊地址: 電 話: 2013年3月目錄 摘要.1 1. 概述.2 1.1技術指標.2 2. 設計思想.3 3. 系統(tǒng)硬件介紹.3 3.1 系統(tǒng)介紹.3 3.2 主要器件詳細說明.3 3.2.1 AT89C51.3 3.2.2 點陣模塊.7 3.2.3 光敏電阻.9 3.3 單片機最小系統(tǒng).12 4. 系統(tǒng)硬件設計.14 4.1 系統(tǒng)流程設計.14 4.2 驅(qū)動電路設計.14 5. 系統(tǒng)軟件設計.16 6. 總結.17 6.1 制作工程回顧.17 6.2 心得體會.18 7.

2、致謝 .18 8. 參考文獻 .19 9. 附錄.20 9.2 元件及工具清單.20 9.3 整機仿真效果圖.21 9.1 程序代碼.22 LED顯示屏亮度自動調(diào)節(jié)功能的實現(xiàn) 摘要：隨著信息技術的飛速發(fā)展和社會的不斷進步，人們都市生活的迅速發(fā)展，新型半導體材料LED得到普及，人們對LED顯示技術的高效控制和功能多樣化的要求也不斷提高。LED除了有普遍的照明作用之外，還有廣泛的工業(yè)用途。本文介紹了一套小型LED顯示屏，它是基于光敏電阻的顯示系統(tǒng)，主要的功能是用光照強度來調(diào)節(jié)LED顯示屏的亮度，就是通過光敏電阻接收到的外界不同的照度來控制LED顯示屏不同的亮度，也就是說，本設計通過環(huán)境光照度的強弱

3、對LED顯示屏進行控制，而且可以自動變換，使生活和工業(yè)生產(chǎn)更加現(xiàn)代化和節(jié)能環(huán)保。這個設計的核心在于單片機控制模塊，光敏電阻通過外界照度的不同產(chǎn)生不同大小的電信號，本設計先根據(jù)電信號的大小規(guī)定好對應的數(shù)字信號，這樣單片機就可以根據(jù)輸入的數(shù)值信號發(fā)出控制命令，達到辨色的目的，判斷光強度做好防護，并且可從液晶屏上讀出光照強度，調(diào)控LED光強,這樣的設備作為戶外廣告媒體中得一種，具有它獨有的優(yōu)勢。從LED的原理來看，LED的高亮度，使得LED顯示屏所顯示的畫面可以穿透朦朧的霧水,達到廣告效果。這點，對于多霧的城市，尤為重要；LED使用低電壓降低了LED顯示屏的耗電量，LED的耐沖擊性，使得LED顯示屏

4、具有成為戶外廣告媒體天然的優(yōu)勢；LED顯示屏驅(qū)動簡單,壽命長,易于集成電路匹配等優(yōu)勢，使得LED顯示屏可以以任何形式展現(xiàn)出來！ 本系統(tǒng)要求采用動態(tài)掃描控制顯示方法，亮度通過單片機對光敏電阻感光電壓采樣，通過調(diào)制（脈沖寬度調(diào)制），使亮度能夠自己控制。通過實驗研究合理的解決顯示亮度，顯示控制和穩(wěn)定性的問題。 【關鍵字】：LED點陣; 單片機；動態(tài)掃描;亮度調(diào)節(jié)1 概述 單片機自20世紀70年代問世以來，以極其高的性價比受到人們的重視和關注，所以應用很廣，發(fā)展很快。單片機的優(yōu)點是體積小，重量輕，抗干擾能力強，功耗低，控制功能強，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。廣大工程技術人員通過學習有關

5、單片機的知識后，也能依靠自己的力量來開發(fā)所希望的單片機系統(tǒng)，并可獲得較高的經(jīng)濟效益。正因為如此，在我國，單片機已被廣泛地應用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、網(wǎng)絡通信、家用電器等各個方面。在現(xiàn)代工業(yè)控制和一些智能化儀器儀表中，越來越多的場所需要點陣圖形顯示器顯示數(shù)字。LED顯示屏主要用于廣告宣傳，其效果是圖文并茂、形象生動。 數(shù)字顯示方式是先根據(jù)所需要的數(shù)字提取數(shù)字點陣（如8×8點陣），將點陣文件存入ROM，形成新的數(shù)字編碼；而在使用時則需要先根據(jù)新的數(shù)字編碼組成語句，再由MCU根據(jù)新編碼提取相應的點陣進行數(shù)字顯示。本次畢業(yè)設計利用單片機來實現(xiàn)LED顯示屏亮度的自動調(diào)節(jié)，以更好的掌握單片機

6、的功能和應用。 1.1 技術指標 1) 數(shù)字顯示采用8*8點陣； 2) 顯示屏在室內(nèi)條件下應具有明顯的可視效果； 3) 采用動態(tài)掃描顯示方式； 4) 顯示無閃爍（掃描頻率大于50Hz）； 5) 顯示內(nèi)容更新采用字幕更新方式； 6) 更新無抖動； 7) 顯示亮度根據(jù)環(huán)境亮度自動調(diào)節(jié)。 2 設計思想 1.本設計采用列發(fā)送數(shù)據(jù)，行掃描的方式實現(xiàn)LED顯示文字或圖像。本方法與硬件電路相結合，達到顯示屏亮度整體相對均勻的目的。利用光敏電阻對光的敏感特性，采集環(huán)境光的變化情況，將其轉(zhuǎn)換成電信號送入單片機中，由單片機進行電信號處理，并按一定規(guī)律控制輸出PWM波的占空比。在單片機與LED顯示屏之間加一個開關調(diào)

7、壓電路，實現(xiàn)單片機對LED顯示屏的亮度調(diào)整。將調(diào)整后的PWM波對開關調(diào)壓電路進行控制，從而調(diào)節(jié)顯示屏的輸入電壓的大小，最終實現(xiàn)顯示屏的亮度控制。 2.LED自適應調(diào)光系統(tǒng)硬件設計LED的亮度與正向流過它的電流成正比，可以調(diào)節(jié)正向電流大小來調(diào)節(jié)LED的亮度?，F(xiàn)在一般采用調(diào)節(jié)工作電流的方式或者脈寬調(diào)制方式來調(diào)節(jié)LED的亮度，前者調(diào)節(jié)的范圍大，線性度好，但是功耗大，所以很少采用。脈寬調(diào)制方式是用較高的頻率來開關LED，開關頻率超出人們能夠察覺的范圍，使人感覺不到頻閃的存在。實現(xiàn)LED自適應調(diào)光。 3.LED是一種綠色光源，其主要優(yōu)點是發(fā)光效率高。隨著材料科學的發(fā)展進步，在未來的10年內(nèi)的發(fā)光效率將會

8、有較大幅度提高。LED能耗低，適應壽命長，可回收的材料，不污染環(huán)境。雖然我們的國家起步較晚，但近年來也開始了積極的科研開發(fā)及產(chǎn)業(yè)政策和支持工作，與白熾燈相比有一個顯著地不同：發(fā)光亮度和發(fā)光二極管的正向電流大小基本成比例關系。使用它這一特性，提高光學傳感器測量周圍環(huán)境的亮度，根據(jù)測量變化的發(fā)光亮度，保持周圍環(huán)境亮度。這不僅創(chuàng)造了一個舒適的環(huán)境恒定亮度，也可以充分利用自然采光，大大節(jié)約能源。因此，對LED自適應調(diào)光技術的研究想的格外的重要。 4.一種發(fā)光二極顯示屏自適應亮度控制電路，其特征包括：一占空比預設值輸入裝置，一計數(shù)器和一大小比較器，其中計數(shù)器和占空比預設值輸入裝置分別將一數(shù)值和一占空比預

9、設值大小比較器比較以控制比較器的輸出值。 3 系統(tǒng)硬件設計3.1 系統(tǒng)介紹 LED點陣屏是由個8X8的點陣模塊組成，形成8X8的矩形點陣，以單片機AT89C51為控制核心。其他主要的硬件芯片如下： 用單片機AT89C51用作行驅(qū)動，列驅(qū)動。 用光敏電阻采集環(huán)境亮度信號。3.2主要器件詳細說明 3.2.1 AT89C51 此為整個系統(tǒng)的主控芯片，引腳圖和內(nèi)部構造原理圖如下：圖（1） 圖（2） 說明：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微

10、處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMELAT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價格低廉的方案。 主要特性： 與MCS-51 兼容; 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器; 壽命：1000寫/擦循環(huán); 數(shù)據(jù)保留時間：10年; 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz; 三級程序存儲器鎖定; 128個字節(jié)內(nèi)部RAM; 32可編程I/O線; 兩個16位定時器/計數(shù)器; 5個中斷源; 可編程串行通道; 低功耗的閑置和掉電模式; 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。

11、 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 . P0口：P0口為一個3態(tài)雙向I/O口。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。29 . P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 . P2口：P2口為

12、一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 .P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為

13、高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（TTL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表一所示： 表一：P3口管腳說明：管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） . RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 . ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用

14、于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在其它時間，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 . /PSEN：外部程序存儲器的讀選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將

15、不出現(xiàn)。 ./EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間訪問外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，在此期間訪問內(nèi)部程序存儲器。 在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 . XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 . XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器（內(nèi)部振蕩器電路）的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。有余輸入至

16、內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。芯片擦除： 整個EPROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止 。3.2.2點

17、陣模塊LED電子顯示屏是利用計算機按一定規(guī)律控制點陣上面排列的發(fā)光二極管的亮與暗，并不是控制LED的發(fā)光強弱，從而顯示所需要的圖像或文字。一般事先把需要顯示的圖形文字轉(zhuǎn)換成點陣圖形，再按照顯示控制的要求以一定的格式形成顯示數(shù)據(jù)。對于只控制通斷的圖文顯示屏來說，每個LED發(fā)光器件占據(jù)數(shù)據(jù)中的1位（1bit），在需要該LED器件發(fā)光的數(shù)據(jù)中相應的位填1，否則填0。當然，根據(jù)控制電路的安排，按照相反的定義同樣時可以的。這樣依照所需顯示的圖形或文字，按顯示屏的各行各列逐點填寫顯示數(shù)據(jù)，就可以構成一個顯示數(shù)據(jù)文件。顯示圖形的數(shù)據(jù)文件，其格式相對自由，只要能夠滿足顯示控制的要求即可。文字的點陣格式比較規(guī)范

18、，可以采用現(xiàn)行計算機通用的字庫字模。組成一個字的點陣，其大小也可以有16×16、24×24、32×32、48×48等不同規(guī)格。用點陣方式構成圖形或文字，是非常靈活的，可以根據(jù)需要任意組合和變化，只要設計好合適的數(shù)據(jù)文件，就可以得到滿意的顯示效果。因而采用點陣式圖文顯示屏顯示經(jīng)常需要變化的信息，是非常有效的。LED顯示系統(tǒng)有兩種最基本的顯示模式，即靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。對于靜態(tài)顯示方式，每一像素都需要一套驅(qū)動電路，因而它的優(yōu)點是沒有掃描過程，顯示控制簡單，亮度極佳。然而一個顯示屏通常是由很多像素組成，例如某系統(tǒng)有16行192列共16*192=3072個像素，

19、可以想象如果采用靜態(tài)顯示其驅(qū)動電路的復雜度，這不僅使系統(tǒng)成本高，而且增加了生產(chǎn)、安裝、調(diào)試及日常維護工作的難度，故障率也較高。對于動態(tài)掃描顯示，由于采用多路復用技術，這可使驅(qū)動電路的套數(shù)大大減少，從而克服了靜態(tài)顯示的不足。但是，既然是多路復用，這就存在時分復用的問題，因而使每路顯示的時間大為減少，這不僅使LED顯示亮度受到了一定程度的影響，而且增大了顯示控制的復雜性和顯示的穩(wěn)定性。對于小型的顯示屏通常用8X8的點陣去顯示不同的數(shù)字。這是因為一方面8*8的點陣已基本滿足描述不同數(shù)字的點陣排列，節(jié)省了成本，而低于8*8的陣則不足以描述較復雜筆劃的數(shù)字，高于8*8的點陣又將大大的增加顯示屏的成本。另

20、一方面在計算機的ccdos操作系統(tǒng)中，已有現(xiàn)成的8*8點陣數(shù)字字庫，這種點陣已廣泛地被人們接受和熟悉，并有相應的國家標準如GB2312-80,從而免去了設計者自己編制數(shù)字字庫的繁瑣的工作，這為顯示屏的應用提供了條件。圖（3）是由LED構成的8X8點陣結構，其中涂黑的圓點表示點亮的LED，它組合成數(shù)字“1“，其十六進制代碼 （00H,00H,00H,00H,21H,7FH,01H,00H）8個字節(jié)該代碼取自于2.13H數(shù) 字系統(tǒng)單筆化簡體字庫，根據(jù)需要還可以選擇雙筆化簡體或繁體字庫以適應 圖（3）不同場合的應用。顯然，計算機根據(jù)不同的代碼，可構成8X8點陣的不同點亮LED的組合，這就可以顯示各種

21、不同的數(shù)字如果顯示屏由多個8X8的點陣組成，這些不同的點亮LED的組合還可以描述出24X24或40X40甚至更大的數(shù)字以及復雜的圖形，靈活性非常高。圖（4）為8×8點陣LED外觀及引腳圖，其等效電路如圖（5）所示，只要其對應的X、Y軸順向偏壓，即可使LED發(fā)亮。例如，如果想使左上角LED點亮，則Y0=1，X0=0即可。應用時限流電阻可以放在X軸或Y軸。圖（4）8×8點陣LED外觀及引腳圖圖（5） 接線方式： 當某一行線打高時，某一列線為低時，其行列交叉的點就被點亮；某一列線 為高時，其行列交叉的點就變暗；當某一行線打低時，無論列線如何，對應的這一行的點都不會被點亮。 1 控

22、制第五行顯示接高 9 控制第一行顯示接高 2 控制第七行顯示接高 10 控制第四列顯示接低 3 控制第二列顯示接低 11 控制第六列顯示接低 4 控制第三列顯示接低 12 控制第四行顯示接高 5 控制第八行顯示接高 13 控制第一列顯示接低 6 控制第五列顯示接低 14 控制第二行顯示接高 7 控制第六行顯示接高 15 控制第七列顯示接低 8 控制第三行顯示接高 16 控制第八列顯示接低 3.2.3光敏電阻 光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電位器，入射光強，電阻減小，入射光若，電阻變大。光敏電阻可以廣泛應用于各種光控電路如對燈光的控制、調(diào)節(jié)等場合，廣泛應用

23、于光控開關，本設計采用光敏電阻通過自動限流的方式，達到控制LED亮度的效果。（1）光敏電阻的暗電阻、亮電阻、光電流 暗電流：光敏電阻在室溫條件下，全暗（無光照射）后經(jīng)過一定時間測量的電阻值，稱為暗電阻。此時在給定電壓下流過的電流。 亮電流：光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的亮電阻。此時流過的電流。 光電流：亮電流與暗電流之差。      光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。也就是說，暗電流越小，光電流越大，這樣的光敏電阻的靈敏度越高。        

24、;   實用的光敏電阻的暗電阻往往超過1M,甚至高達100M，而亮電阻則在幾k以下，暗電阻與亮電阻之比在102106之間，可見光敏電阻的靈敏度很高。 （2） 光敏電阻的光照特性 右圖（6）表示CDS光敏電阻的光照特性。在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流和光通量之間的關系。不同類型光敏電阻光照特性不同，但光照特性曲線均呈非線性。因此它不宜作定量檢測元件，這是光敏電阻的不足之處。一般在自動控制系統(tǒng)中用作光電開關。 圖（6）（3）光敏電阻的光譜特性 光譜特性與光敏電阻的材料有關。從圖（7）中可知，硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜范圍內(nèi)均有較高的靈敏度，峰值在紅外區(qū)域；硫化鎘、

25、硒化鎘的峰值在可見光區(qū)域。因此，在選用光敏電阻時，應把光敏電阻的材料和光源的種類結合起來考慮，才能獲得滿意的效果。 圖（7） （4） 光敏電阻的伏安特性     在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關系稱為伏安特性。圖（8）中曲線1、2分別表示照度為零及照度為某值時的伏安特性。由曲線可知，在給定偏壓下,光照度較大，光電流也越大。在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無飽和現(xiàn)象。但是電壓不能無限地增大，因為任何光敏電阻都受額定功率、最高工作電壓和額定電流的限制。超過最高工作電壓和最大額定電流，可能導致光敏電阻永久性 損壞。 圖（8）

26、 （5） 光敏電阻的頻率特性 當光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經(jīng)過一段時間才能達到穩(wěn)定值，而在停止光照后，光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的時延特性。由于不同材料的光敏，電阻時延特性不同，所以它們的頻率特性也不同，如圖（9）硫化鉛的使用頻率比硫化鎘高得多，但多數(shù)光敏電阻的時延都比較大，所以，它不能用在要求快速響應的場合。 圖（9） （6）光敏電阻的穩(wěn)定性       圖（10）中曲線1、2分別表示兩種型號CDS光敏電阻的穩(wěn)定性。初制成的光敏電阻，由于體內(nèi)機構工作不穩(wěn)定，以及電阻體與其介質(zhì)的作用還沒有達到平衡，所以性能是不夠穩(wěn)定的

27、。但在人為地加溫、光照及加負載情況下，經(jīng)一至二周的老化，性能可達穩(wěn)定。光敏電阻在開始一段時間的老化過程中，有些樣品阻值上升，有些樣品阻值下降，但最后達到一個穩(wěn)定值后就不再變了。這就是光敏電阻的主要優(yōu)點。 光敏電阻的使用壽命在密封良好、使用合理的情況下，幾乎是無限長的。 圖（10）（7） 光敏電阻的溫度特性 其性能(靈敏度、暗電阻)受溫度的影響較大。隨著溫度的升高，其暗電阻和靈敏度下降，光譜特性曲線的峰值向波長短的方向移動。硫化鎘的光電流I和溫度T的關系如圖（11）所示。有時為了提高靈敏度，或為了能夠接收較長波段的輻射，將元件降溫使用。例如，可利用制冷器使光敏電阻的溫度降低。 圖（11

28、） 光敏電阻的工作原理 當光照射到光電導體上時，若光電導體為本征半導體材料，而且光輻射能量又足夠強，光導材料價帶上的電子將激發(fā)到導帶上去，從而使導帶的電子和價帶的空穴增加，致使光導體的電導率變大。為實現(xiàn)能級的躍遷，入射光的能量必須大于光導體材料的禁帶寬度Eg，即： 式中和入射光的頻率和波長。      一種光電導體，存在一個照射光的波長限C，只有波長小于C的光照射在光電導體上，才能產(chǎn)生電子在能級間的躍遷，從而使光電導體電導率增加。        3.3 單片機最小系統(tǒng) 單片機

29、最小系統(tǒng)，或者稱為最小應用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應該包括：單片機、晶振電路、復位電路。下面圖（12）給出一個51單片機的最小系統(tǒng)電路圖：圖（12） 詳細說明如下：（1） 復位電路: 由電容并聯(lián)電阻構成，由圖（13）并結合"電容電壓不能突變"的性質(zhì)，可以知道，當系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，并且，這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定。典型的51單片機當RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位，所以，適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。一般教科書推薦C 取1uF，R取10K。原則就是要讓RC組合可以

30、在RST腳上產(chǎn)生不少于2個機周期的高電平。至于如何具體定量計算，可以參考電路分析相關書籍。（1） RC上點復位電路 （2）RST引腳電壓-時間關系 （3）復位組合電路 圖（13）（2） 晶振電路：典型的晶振取11.0592MHz(因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場合),/12MHz(產(chǎn)生精確的uS級時歇,方便定時操作)，在本電路中，取12M。（3） 單片機：一片AT89C51/52或其他51系列兼容單片機。對于31腳(EA/Vpp)，當接高電平時，單片機在復位后從內(nèi)部ROM的0000H開始執(zhí)行;當接低電平時,復位后直接從外部ROM的0000H開始執(zhí)行。 AT

31、89C51單片機共40個引腳，電源用2個(Vcc和GND)，晶振用2個，復位1個，EA/Vpp用1個，剩下還有34個。29腳PSEN，30腳ALE為外擴數(shù)據(jù)/程序存儲器時才有特定用處，一般情況下不用考慮，這樣，就只剩下32個引腳，它們是： P0端口P0.0 - P0.7共8個； P1端口P1.0 - P1.7共8個； P2端口P2.0 - P2.7共8個； P3端口P3.0 - P3.7共8個；4 系統(tǒng)硬件設計控制器編程器后臺編輯機4.1系統(tǒng)設計流程顯示板掃描驅(qū)動電路電源4.2 驅(qū)動電路設計 列驅(qū)動電路 列驅(qū)動電路由集成電路74HC595構成。它具有一個8位串入并出的移位寄存器和一個8位輸出鎖

32、存器的結構，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，既達到重疊處理的目的。圖（14）74HC595結構圖表74HC595的外形及內(nèi)部結構如圖（14）所示。它的輸入側有8個串行移位寄存器，每個移位寄存器的輸出都連接一個輸出鎖存器。引腳SI是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳SCK是移位寄存器的移位時鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將SI的下一個數(shù)據(jù)打入最低位。74HC595引腳說明見表2表2 74HC595引腳說明：符號引腳描述Oo-O71-7并行數(shù)據(jù)輸出GND8地Q79串行數(shù)據(jù)輸出SRCLR10主復位（低電平）SRCLK11移位寄存時鐘輸入RCLK1

33、2存儲寄存時鐘輸入E13輸出有效（低電平）SER14串行數(shù)據(jù)輸入VCC16電源 移位后的各位信號出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。RCK是輸出鎖存器的打入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。引腳G是輸出三態(tài)門的開放信號，只有當其為低時鎖存器的輸出才開放，否則為高組態(tài)。SCLR信號是移位寄存器清零輸入端，當其為低時移位寄存器的輸出全部為零。由于SCK和RCK兩個信號是互相獨立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為QAQH，最高位QH可作為多片74HC595級聯(lián)應用時，向上一級的級聯(lián)輸出。但因為QH受輸出鎖存器的打入控制，所以還從輸出鎖存器前

34、引出QH，作為與移位寄存器完全同步的級聯(lián)輸出。 3.3行驅(qū)動器由于點陣顯示器有8行，為充分利用單片機的接口，本電路中加入了一個4-16線譯碼器74LS154，其輸入是一個16進制碼，解碼輸出為低態(tài)掃描信號，它的結構如圖（15）所示。 如圖（15）所示的行驅(qū)動電路中,把74LS154的G1和G2引腳接地，然后以A、B、C、D四腳為輸入端。就會形成16種不同的輸入狀態(tài)，分別為00001111，然后使每種狀態(tài)只控制一路輸出，即會有16路輸出。如果一行8點全部點亮，則通過74LS154的電流將達80mA。 圖（15） 表三：74ls154引腳說明：符號引腳描述-，-111 ,1317輸出端GND12G

35、ND電源地-1819使能輸出端A、B、C、D2023地址輸出端Vcc24VCC電源正5 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件由兩大部分組成：顯示部分和圖形處理部分。顯示部分完成將顯示緩沖區(qū)的顯示數(shù)據(jù)正確地傳送至掃描驅(qū)動電路的行驅(qū)動上，并進行正確地掃描控制，使顯示屏能完全按顯示緩沖區(qū)中的點陣圖像信息進行穩(wěn)定的顯示。圖形處理部分將完成對顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)加工，通過不斷的將顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)的加工和刷新，提供了靈活多樣的顯示方式。例如上下卷，左右卷，上下字幕移動，左右字幕移動，上下開屏，左右開屏，閃爍顯示和動畫顯示等二十種之多，使屏幕顯示花樣紛呈以吸引觀眾。本實驗只要求實現(xiàn)字幕左移顯示方式（提高要求）我們實現(xiàn)的是

36、態(tài)顯示和左移循環(huán)顯示。程序見附錄3設置TIMER0啟動TIMER0開始初始化載入一組字形延遲時間DPTE+140個字形TIMER0超過8行從第1行開始關閉TIMER0切換到RB1輸出顯示數(shù)據(jù)輸出掃描碼TIMER0關閉TIMER0切換到RB1 輸出顯示數(shù)據(jù)輸出掃描碼超過8行 跳入定時值，打開TIMER0，切換回RB0返回 主程序 中斷子程序 6 總結 6.1制作過程回顧 系統(tǒng)測試分硬件測試和軟件測試兩個部分，硬件測試是基礎，硬件通不過，軟件就無法在上面運行。所以我們對硬件測試相當重視，花的時間最多。我寫了一個匯編小程序來測試所有發(fā)光二極管是否都能點亮，程序代碼見附錄二。1) 剛焊好時，我檢查了一

37、遍線路后，開始測試，發(fā)現(xiàn)只有零散的幾個點能點亮。按理應該是所有的點都應該能亮，因而我懷疑我的線路出了大問題，從另外一位同學那里得知我少了極為重要的一步對點陣模塊引腳的測試，我們想當然的以為引腳的標號和其所控制的行或列是嚴格對應的，可事實上，為了內(nèi)部線路實現(xiàn)簡便，兩者是不對應的。這意味著我們有一半的線是錯的。無奈，只得扯掉大半的線重新布線。這是我設計中遇到的最大的問題。2) 重新布線完成后，再次測試，發(fā)現(xiàn)一個點一直都不亮。仔細檢查發(fā)現(xiàn)，這個點由于焊接完成后的線剪的不夠短，搭到其他點上，導致短路。3) 仿真測試時，發(fā)現(xiàn)無規(guī)律的出現(xiàn)幾行或幾列不亮的情況，我們檢查線路，同時更換仿真圖，問題依舊，最后我

38、們斷定是單片機底座插孔太松了，我們換了底座，問題解決。程序剛開始設計時，由于對單片機的地址和數(shù)據(jù)傳送不熟悉，導致無法將要顯示的數(shù)字的字碼傳送到指定的鎖存器。4) 數(shù)字左移顯示時，由于延時處理不恰當導致移動太快。6.2 心得體會 對我們班的學生來說，實際動手能力相對較弱，所以實物的電子綜合設計是一個艱巨的任務。一開始就碰到一個大難題，因為設計涉及到單片機、匯編，還有電工電子等知識，而這些基本上都是我沒怎么學好的。而電工電子的知識我們充其量只學了個概念，沒有深入學習。就因為這個原因，對一些元器件的應用，系統(tǒng)設計原理的理解以及后單片機程序的編寫帶來很大的困難。寫程序時，對于數(shù)字點陣碼的提取，我們也找

39、了很多軟件來做，簡單準確。在硬件還未焊接完成時，我們利用proteus軟件畫電路圖來模擬運行，事實證明這是一種相當有效的方式。整個設計過程中，讓我們學會了好幾種軟件的應用，收獲頗豐。由于沒有學好匯編，后期的軟件設計也是困難重重，但是我們還是硬著頭皮學，克服一個個困難，硬是把程序調(diào)試成功了，堅持就是勝利，永不言棄才是王道啊。 7 致謝 總的來說，電子綜合設計的任務我們較出色的完成了，最后，我們的數(shù)字顯示系統(tǒng)顯示的是“0-9”這10個數(shù)字，根據(jù)環(huán)境亮度自動調(diào)節(jié)亮度。一個月時間，讓我們學到了很多知識，分析問題、解決問題的能力，特別是動手的能力都有相當大的提高，是大學里難得的經(jīng)歷，令人難忘。最后誠摯地

40、感謝朱老師提供的大量學習資料和特別悉心地指導，我相信對我以后的學習或者工作會有很大的影響和幫助！8 參考文獻 ： 1 張友德，趙志英，涂時亮.單片微型機原理M.應用于實驗，復旦大學出版社，2006 2 康華光，陳大欽.電子技術基礎（模擬部分）M，高等教育出版社，1999 3 周良權，方向喬.數(shù)字電子技術基礎M，高等教育出版社，2008 4 趙廣林.電路設計與制版M，電子工業(yè)出版社2005 5 廖先蕓.電子技術實踐與訓練M,高等教育出版社，2005 6 孫俊人.新編電子電路大全M,中國計量出版社，2001 7.陳爾紹 LED節(jié)能燈的設計與制作 北京：人民郵電出版社，1999，10 8、XIA J

41、unchao; CHEN Minli。Measurement Algorithm of the High-Accurate Rotary Spee9 附錄一： 元件及工具清單 元件清單 序號器件名稱型數(shù)量（個）備注1單片機AT89C51140腳2晶振12MHZ138*8 LED點陣LSM-1388AURG416腳4電容22pF222uF2100uf15電阻10k82k81108200k16二極管IN515817光敏電阻LXD2551618收發(fā)器74LS24519譯碼器74ls154110寄存器74ls5951 工具清單 ：序號名稱數(shù)量1鑷子12鉗子13螺絲刀14剝線鉗15電烙鐵16萬用表17掉

42、線若干1二：整機仿真效果圖 三 程序代碼： 程序功能：LED點陣顯示，開始動態(tài)顯示0-9，從右向左移動，再從右移回， 編輯時間：2013年3月10日 程序編輯者： 源程序：BT0 bit 20h.0BT1 bit 20h.1BT2 bit 20h.2BT3 bit 20h.3BT4 bit 20h.4BT5 bit 20h.5BT6 bit 20h.6jianzi EQU 50hchunjianzi EQU 51hcishu0 EQU 52hcishu1 EQU 53hcishu2 EQU 54hcishu3 EQU 55hsudu EQU 56hchuzi EQU 57hcishu4 EQU

43、 58h/ORG 00HAJMP STARTORG 0BHLJMP T_0ORG 30H/初始化程序/START: MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0F8H MOV TL0,#30H SETB EA SETB ET0 SETB TR0 CLR BT0 CLR BT1 CLR BT2 CLR BT3 CLR BT4 CLR BT5 CLR BT6 MOV cishu1,#0 MOV Cishu2,#0 MOV R2,#8 MOV R4,#0 MOV DPTR,#TAB0 MOV sudu,#50 MOV R5,sudu LCALL chunshu MOV R3,#7FH MOV chunjianzi,#0ffh/主程序/main: JNB BT0,anjian CLR BT0 LCALL panduan0/判斷 JB BT1,huanzi JB BT2,bianhuanKNE1: JNB BT3,jingtai JB BT4,jiashu JB BT5,jianshuKNE2: LJMP dongtai/各功能調(diào)用子程序/an