1、 华北理工大学轻工学院 QINGGONG COLLEGE, NORTH CHINA UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 毕业设计说明书 设计 （论文）题目：基于 51 单片机的 LED点阵屏电子钟的设计 学生姓名： 学 号 ： 专业班级 ： 学 部： 指导教师： 2015 年 06 月 6 日 摘 要 -I- 摘 要 在日常生活中，大家见到的都是数码管制作的电子钟， LED 点阵时钟则不多见。用单片机控制的 LED 点阵显示电子钟具有结构简单、性能可靠、成本低廉、价格便宜和显示灵活等优点，其应用前景广阔。之所以使用 LED 点阵电子屏显示，是与它本身所具有
2、的优点分不开的。这些优点概括起来就是：亮度高 、 工作电压低 、 功耗小 、 小型化 、 寿命长 、 耐 冲击和性能稳定。 本次的设计就是采用单片机作为主要控制单元核心，来实现一个简单的 LED点阵时钟显示系统。通过单片机对行列扫描的控制，配合程序的运用，来实现显示、滚动。数字的显示就是字模以极快的速度在屏幕上循环，超过一定的速度，由于人眼的暂留效应，就会认为是完整地显示了数字。把数字按一定的速度依次调用显示，在我们视线中就好像字体在滚动。 关键词 LED；电子钟；单片机；点阵 Abstract -II- Abstract In daily life, we see is the produc
3、tion of electronic digital clock, LED dot clock is rare. MCU control the LED dot matrix display electronic clock with a simple structure, reliable performance, low cost, low price and show the advantages of flexible, its broad application prospects. The reason for using electronic screen LED dot mat
4、rix display, is that it itself has the advantage inseparable. These advantages can be summed up: high brightness, low voltage, low power consumption, small size, long life, impact resistance and stable performance. In practice, the display due to cost and reliability factors often used method of dis
5、playing a dynamic scan. The design is to use as the main control unit MCU core, to achieve a simple LED dot matrix display system clock. By scanning the ranks of single-chip control, with the use of the program to achieve the display, scroll. Digital display is a matrix at breakneck speed on a scree
6、n cycle, more than a certain speed, due to the persistence of the human eye, it will be considered a complete display of numbers. The breakdown by a certain speed in turn call display, in our sight like fonts scrolling. Keywords electronic clock; Single chip microcomputer;lattice 目录 -III- 目 录 摘 要 .
7、I Abstract.II 第 1 章 论文研究的现状及意义 . 1 1.1 LED 发展过程及前景 . 1 1.1.1 LED 显示屏的发展趋势 . 2 1.2 LED 的分类 . 3 1.3 发光二极管的特性 . 3 1.4 本章小结 . 5 第 2 章 总体方案的设计及论证 . 6 2.1 系统硬件方案 . 6 2.2 显示屏主控制器 . 6 2.3 通信系统 . 7 2.4 硬件设计方案 . 8 2.5 系统软件方案 . 8 2.6 单片机编程语言 . 9 2.7 STC89C52 简介 . 10 2.8 本章小结 . 10 第 3 章 硬件电路的设计 . 11 3.1 硬件系统的总体
8、设计 . 11 3.1.1 复位电路 . 11 3.1.2 时钟电路 . 12 3.1.3 电源电路 . 13 3.1.4 驱动电路 . 13 3.2 译码器 . 15 3.3 控制单元设计 . 16 3.4 点阵工作原理 . 17 3.5 本章小结 . 19 第 4 章 软件部分设计 . 20 4.1 计时程序的设计 . 20 4.2 显示驱动程序设计 . 21 4.3 显示程序设计 . 23 目录 -IV- 4.4 本章小结 . 25 总结 . 26 参 考 文 献 . 27 致谢 . 29 附录 . 30 第 1 章 论文研究的现状及意义 -1- 第 1 章 论文研究的现状及意义 1.1
9、 LED 发展过程及前景 根据 LED 显示屏的发展状况可以将 LED 显示屏的发展过程分成三个阶段：发展初期、快速发展时期和稳步发展时期。 LED 显示屏的发展初期是在 1990 年以前。那个时期， LED 显示屏所用的材料受到限制，使得 LED 显示屏没能得到广泛的应用， LED 显示屏主要靠通讯控制方式来控制，在客观上影响了显示效果。虽然 LED 显示屏在其它国家应用较广 ,但在国内应用的却很少，产品主要以双基色红和绿为主，灰度等级只能做到单点 4 级，具有较高的产品成本。 1990 到 1995 年期间，这是 LED 显示屏的快速发展时期。 LED 显示屏不管是在制造材料方面还是控制技
10、术方面都取得了突破性的发展，视频控制技术也随之诞生，灰度等级通常为 16 级和 64 级。 LED 显示屏的稳步发展时期为 1995 年以后，出现了双基色灰度级为 256 的视频显示屏，之后又出现了由红、绿、蓝三原色 LED 所生产的全彩色 LED 显示屏，它的颜色非常丰富，图像清晰，画面逼真，这使得 LED 显示屏的应用领域越来越为广泛。随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，对时间的要求越来越高，精准数字计时的消费需求也是越来越多。 二十一世纪的今天，最具代表性的计时产品就是电子时钟，它是近代世界钟表业界的第三次革命。第一次是摆和摆轮游丝的发明，相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级
11、缩小到秒级，代表性的产品就是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。第二次革命是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表，使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。第三 次革命就是单片机数码计时技术的应用，使计时产品的走时日差从分级缩小到 1/600 万秒，从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，直观明了，并增加了全自动日期、星期的显示功能，它更符合消费者的生活需求！因此，电子时钟的出现带来了钟表计时业界跨跃性的进步 我国生产的电子时钟有很多种，总体上来说以研究多功能电子时钟为主，使万年历除了原有的显示时间，日期等基本功能外，还具有闹铃，报警等功能。商家生产的电子万年历更
12、从质量，价格，实用上考虑，不断的改进电子时钟的设计，使其更加的具有市场 。 华北理工大学轻工学院 -2- 本设计为软件，硬件相结合的一组设计。在软件设计过程中，应对硬件部分有相关了解，这样有助于对设计题目的更深了解，有助于软件设计。基本的要了解一些主要器件的基本功能和作用。除了采用集成化的时钟芯片外，还有采用MCU 的方案，利用 STC89 系列单片微机制成电子电路，采用软件和硬件结合的方法，控制 LED 数码管输出，分别用来显示年、月、日、时、分、秒，其最大特点是 :硬件电路简单，安装方便易于实现，软件设计独特 ,可靠。 STC89C52 是由 ATMEL公司推出的一种小型单片机。 95 年
13、出现在中国市场。其主要特点为采用 Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与 MCS-51 完全兼容，可以很快被中国广大用户接受。 本文介绍了基于 STC89C52 单片机设计的电子时钟。首先我们在绪论中简单介绍了单片机的发展与其在中低端领域中的优势以及课题的开发意义；接着介绍了 STC89C52 单片机的硬件结构和本毕业设计所要外扩的 LED显示及其驱动方法，并在此基础上实现了时钟基本电路的设计；然后使用单片机C语言进行时钟程序的设计，程序采用模块化结构，使得逻辑关系简单明了，维护方便。 1.1.1 LED 显示屏的发展趋势 自从上世纪 90 年代 以来，我国 LED 显示屏的产品
14、工艺及设计技术都在稳步地发展。自从高亮度、全彩化蓝色及纯绿色 LED 产品出现以来， LED 显示屏的基础材料产业化， LED 显示屏的制造成本也随之降低，这使 LED 显示屏的应用领域更为广泛。 随着 LED 产品各项技术指标的提高，其亮度、色彩、白平衡也呈现了比较完美的效果完全可以满足户外全天候环境条件的要求，加上 LED 彩色显示屏性价比高这样的特点，传统户外所用的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品会被逐渐被 LED 彩色显示屏所取代。在交通路口、繁华商业街等，都能看到用来做广告载体 LED 显示屏，轮流 播放着商业广告和部分公益广告，广告形式层出不穷，变化多端，内容极其丰富。如今各省市体育场馆
15、也大量采用了 LED 彩色的显示产品，在四十三届世乒赛主场地天津体育中心就采用了国产的 LED 显示屏，随后一些其它的国内重要体育场馆如上海体育中心、大连体育场等都采用了 LED 显示屏作为信息发布的主要途径。 LED 显示屏产品正在走向规范化、标准化。我国 LED 显示屏产业通过十余年的发展，已经形成了一批具有较大规模且具有核心设计技术的企业，它们已经在开始实施 ISO9001 质量标准体系。有第 1 章 论文研究的现状及意义 -3- 了行业规范和质量体系就意味着能够使用统 一的判定标准对产品进行检测。如果生产条件不好、技术性不强的企业将受到淘汰，在以后的几年内通过淘汰一些小规模 LED 显
16、示屏生产厂商， LED 显示屏行业的发展将趋于有序。 据统计， 2010 年中国 LED 芯片行业总产值达 1500 亿元人民币，同比增长100%。特别在体育、户外广告、交通等诸多领域的市场将有进一步的增加。专家预测认为：在国内，全彩色 LED 显示屏的市场需求量的增长率将超过 50%。 我国全彩色 LED 显示屏的技术水平相对来说还是比较先进的，主要的 LED平板显示产品的技术水平与国际同行业的先进水平相差不大 ，但在 LED 显示屏的制造工艺以及 LED 屏的检测方面与其它国家还存在一定差距。 1.2 LED 的分类 LED 显示屏按显示颜色可分为三类： 1)单色显示屏系统 该系统是指 L
17、ED 点阵只显示一种颜色， LED 器件只有亮和灭两种状态，不存在灰度控制，故不能控制亮度。这种显示屏通常用于显示纯文字信息。 2)双基色显示屏系统 该系统显示红绿两种颜色，能够进行灰度控制，画面显示较生动。 3)全彩色显示屏系统 该系统是由红、绿、蓝三种颜色的 LED 点阵组成，它的显示颜色非常丰富， 画面生动而逼真，显示屏能接收视频信 号并且可以显示出全彩色的运动图像。 1.3 发光二极管的特性 发光二极管，英文全称是 Light Emitting Diode，简称 LED，是一种能将电能 转化成光能的器件，当有正向电流通过时，会产生发光现象，如图 1.1 所示。 图 1.1 发光二极管
18、华北理工大学轻工学院 -4- 用于描述 LED 特性的参数有许多，这些参数之间为非线性关系。因此，可用 特性曲线来描述这种关系。下面就针对其主要的特性曲线作简单的介绍： (1)发光强度 I 与正向电流 If 的关系曲线 图 1.2 LED 发光强度与正向电流的关系 图 1.2 中描述了由三 种不同半导体材料制成的黄、绿、红 LED 器件的 Iv 和 If 的关系曲线，这三种材料分别是： A-GaAsP(N)、 B-GaP（ N)和 C-GaP(Zn-O)。从图中可知看， Iv 是随着 If 的增加而增加的，但变化的规律有所不同。 (2)LED 器件的伏安特性 流过 LED 器件的电流和加在 LED 上的电压之间的关系称为伏安特性，如图1.3 所示，图中描述了 A、 B 两个器件的正向伏安特性曲线， LED 器件与普通二极管在伏安特性上基本上相似，略微不同的是 LED 器件开始导通的正向电压较大，大概在 1.6V3.0V 之间，这是由不同的半导体材料来决定的。 图 1.3 发光二极管正向伏安特性 第 1 章 论文研究的现状及意义 -5- 1.4 本章小结 本章简单介绍了 LED 显示屏的发展趋势、发光二极管的分类及特性、 LED 器件的驱动方式，阐释了 LED 点阵屏存在的现实意义，为制作点阵屏电子钟奠定理论基础。 .
