重庆理工大学毕业论文设计 基于单片机的16*16LED点阵显示屏设计
第一章 绪论
1.1 单片机的发展阶段
单片机作为微型计算机（microcontroller unit）的一个重要研究领域，速度非常快，应用广泛。单片机发展到现在，已经有成千上万个机种。单片机进过几年飞速的发展，可以分为以下几个阶段：
第一阶段（1973-1976）：单片机的初级阶段。受时代工艺发展的限制，此阶段的单片机功能简单，初级阶段的单片机应用领域相对窄，处理器速度慢，而且都采用的是双片的形式。
第二阶段（1976-1979）：低性能的单片机阶段。
第三阶段（1979-1982）：高性能的单片机阶段。此阶段的单片机大多有多级中断处理系统、片内ROM、RAM容量大，16位位定时系统，有的单片机还内置有A/D转换器而且寻址范围可达64KB，此阶段的单片机普遍带有串行I/O口，串行I/O口方便与外界进行数据交换。
第四阶段（1982至今）：早期的8位或4位微型处理器的发展以及16、32位单片机的退出阶段。此阶段的主要特征是：一方面因为单片机结构和系统更加完善，功能更加强大，能满足各种微控制要求。另一方面发展16位、32位微型处理器以及专用型计算机用来解决各种问题。16位单片机的产品有Intel公司生产的MCS-96系列单片机。其中32位单片机其震荡频率已达20MHz，除了具有很高的振荡频率而且具有更高的集成度，更高的震荡平率使得32位单片机的数据处理速度比16位单片机更快，性能以及处理速度同8位，16位单片机相比，具有优越性。
1.2 单片机的发展趋势
目前，单片机正在朝着多品种方向和高性能方向发展，并且进一步向着生产工艺CMOS化、功耗低、价格低、性能高、体积更小和外围电路内装化多个方向发展。以下是单片机的主要发展方向。
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CMOS化。近些年， CHMOS技术的不断发展促进了单片机的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性外，还有功耗可控性，采用的是CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）使单片机的工作状态在功耗精细管理之内。这也是8051被80C51取代为标准微处理器芯片的原因。CMOS电路的主要特点是低价格、低功耗、低速度、高密度。因此单片机多数芯片采用的是金属栅氧化物半导体生产工艺。随着生产工艺的提高。HMOS和CHMOS工艺出现，使得CHMOS电路处理器的速度已经达到LSTTL的运算速度。因而CMOS电路将是未来主要的发展方向。
低电压化。低电压化指得是大部分单片机都有省电运行模式WAIT、STOP。当单片机处于待机状态时，运行模式为WAIT、STOP，耗能更低，发热更小。目前单片机压工作范围越来越宽，一般工作电压在3~6V范围。甚至有的单片机的工作电压的下线已经达到1~2V。目前0.8V供电的单片机已经产生。
高可靠性和低噪声。高可靠性和低噪声值得是单片机能在恶劣的环境条件下工作，电磁抗干扰能力强，噪声低。各大单片机生产公司改进微处理器内部电路采用新技术来改善芯片的可靠性和噪声。
串行扩展技术。近些年，单片机的半导体芯片技术迅速发展，单片机采用更多的串行拓展技术，串行拓展技术的目的是为了节约单片机的I/O口资源，用更少的数据线传输数据，使系统更加简洁，体积小可靠性高采用的技术。8051单片机的URAT既能作通用异步接受和发送器，又能作同步移位寄存器，接口电路能同时接收数据和发送数据。因此在单片机在构成多级应用系统的时候，单片机的I/O资源是不够用的，在实际开发中，我们要结合实际有效的采用串行通信和并行通信，其中各自有优缺点。
高性能化。单片机的高性能主要是指单片机的很高的运算速度以及系统的控制的可靠性。改进了单片机的中断和定时控制功能。
大容量化。大容量化指的是需要单片机ROM和RAM容量更大，能存储更多的数据。在很多工业控制领域，这些低存储容量是远远不够的，必须对单片机的容量进行扩充。为了扩大单片机的容量，采用新的技术新的工艺是单片机大容量化。
外围电路内装化。单片机集成度的不断提高，把众多的单片机的外围电路集成在一块很小的芯片内，使系统体积更小。一般的单片机除了具有CPU、定时器/计数器、ROM、RAM、中断等功能外，数模转换功能，声音发生器、液晶显示驱
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动器、录像机用的锁相电路、DMA控制器等也将集成在单片机芯片内部是未来的发展方向。
单片机从出现发展到现在，已经走过了将近几十年的发展历史。单片机的发展是以微处理器技术发展为先导，推动电子技术的发展，小到冰箱空调大到工业控制领域的大型机器都离不开单片机。单片机的发展速度是以时钟频率的快慢为标志。单片机在提高时钟频率追求处理速度的同时，单片机的低噪声、抗干扰能力也是单片机技术发展所追求的。在不提高时钟频率的条件下，一些单片机的生产商改善了单片机的内部时序，使用变频技术提高处理器的运算速度。在单片机的众多家族中，80C51单片机已经成为单片机的发展主流。虽然世界上微处理器的种类繁多，内部装置不兼容，但是客观事实表明，80C51可能事实上标准的单片机芯片。
1.3 单片机的特点
单片机作为微型机的一个重要分支，单片机把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度非常高，体积非常小。按照功能和组成而言，单片机芯片就是一台计算机。单片机主要有以下几个特点：
（1）有优异的性能价格比。
（2）集成度高、可靠性高、体积小。单片机尽可能把各个功能部件集成在一块体积小的晶体芯片上，实现了高集成度。体积小有利于抗电磁干扰能力和抗干扰能力增强。芯片本身的设计按工业要求设计的，抗干扰能力都由于一般的CPU，这种优势是其他一般CPU无法相比的。
（3）控制功能强、易于拓展。单片机的逻辑功能强，单片机有丰富的逻辑指令系统，可以对I/O口进行拓展，可以对比较复杂的系统进行控制，非常适用专门的控制功能。
（4）低功耗、低电压、便携式的产品。
（5）具有通信功能，很容易实现分布式和多机控制，形成远程控制和控制网络。
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1.4 LED简介
LED是放光二极管的简称，发光二极管应用领域非常广泛，人类生活已经离不开LED。LED发光能产生绿，红，兰三种颜色，根据光的分解合成原理，这种三原色的色光加以不同比例相加，从而可以混合成所有的颜色，到后期发展成为一种半导体显示器件。已经着生产工艺的提高，以及半导体材料合成技术的研究发展，这种半导体显示器件已经随成为最广泛的显示器件，小到冰箱洗衣机LED显示屏、大到电脑、电视机以及广场的大型LED显示屏，人类生活中已经LED显示屏。LED显示屏是根据半导体放光二极管像素点阵排列，点亮LED的方式是通过单片机控制的，通过编写程序，烧进单片机，从而就可以得到我们想要的显示效果，可以显示文字、图像、图形、动画、视频等各种视觉信息，形成丰富多彩的视频。
LED显示屏是集计算机技术、光电子技术、信息处理技术等各种电子技术于一体的高技术的屏幕产品。采用动态扫描技术，显示效果好，图像效果清晰，无杂点，画面稳定，动画效果逼真；显示内容丰富，可显示文字、图像、视频等各种视觉信息；显示方式灵活，可以由用户采取任意编排方式显示；显示的信息量大，显示的信息不受限制。维修方便、稳定可靠、稳定可靠这些都是其他显示屏无法比拟的优势，因此使之应用的到社会经济等各个领域，主要包括证券交易金融信息显示、机场航班动态显示、港口、车站旅客引导信息显示、体育场馆信息显示、道路交通信息、显示广告媒体新产品等诸多领域。
通过单片机控制点阵的行列可以显示所需要的图形和文字，显示方式灵活。可以根据需要设计程序，将设计好的程序烧到单片机里，就可以得到满意的显示效果。在对单片机进行设计的时候，可以对点阵进行动态显示也可以进行静态显示，静态显示可以克服占用单片机I/O资源多的问题。随着技术的发展，单片机的时钟速度已经达到20M，由于人眼的视觉暂留，使用动态扫描可以克服占用I/O口资源较多的问题。
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1.5 LED的特点
LED电子显示屏具有亮度高、视角大、绿色环保、安全系数高等众多优点。应用于家庭，银行，医院，饭店等各种公共场所长时间照明以及视觉信息传递工具。LED发光二极管众多优点满足各种不同应用场景的需求，发展前景非常广阔，因此得到了广泛的应用。
（1）亮度高：LED显示屏的亮度可调，有户外的LED显示屏便于在白天人们接受显示屏信息，相比于其他显示屏，LED显示屏是目前唯一能够在户外适用全天候的大型显示屏幕，而户内LED显示屏的亮度则大于2000md/m2就可以达到要求便于人们接受视觉信息。
（2）视角大：人在注视显示屏的时候，可以从各个角度观看显示屏，不影响人接受显示屏显示的画面质量，户外视角范围可大于160°。而视角范围的大小取决于发光二极管的形状。
（3）绿色环保：不含汞氙等对环境有污染的元素，有利于回收利用处理，而且抗电磁干扰能力强。
（4）安全系数高：由于所需电压低，发光效率高，发热小，不产生安全隐患，适用于煤矿等危险地方。
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