2010年春晚LED背景显示技术方案解析

第一篇：2010年春晚LED背景显示技术方案解析

2010年春晚LED背景显示技术方案解析

时间：2010-03-11 浏览4258 次 【字体：大 中 小】

每年一度的春晚盛宴, 带给我们视觉感官的冲击外,还同时展示了视频显示技术的不断进步, 2010年春晚背景显示与演员有机融合为一体的精彩过程,让10多亿观众耳目一新.带给大家震撼的同时,大家都在困惑,如此完美的显示方案是如何实现的?公开的资料已经告诉行内人士,成就如此绚丽效果的秘密演播厅所采用的LED显示屏幕、led彩幕和LED视频条。外行人看热闹,内行人看门道, 在此对春晚

LED背景显示做详细的技术解析。

春晚的现场的演播大厅几乎全部被不同规格的LED屏幕所铺满，根据其安装位置和不同的规格，划分为5个不同的部分。

1． A屏，核心背景LED大屏幕，正对观众的超大LED高清背景墙。该LED 背景墙屏幕尺寸高达18 x 9 米，物理分辨率高达2952 x

1440 像素，由 820个 LED 箱体构成。点距较密。

2．B屏，LED彩幕，形状，在A区的外面一层，点距比A区的核心 背景显示屏大。具体面积不祥。

3．C屏，比B屏大的LED彩幕，也是形状，在B区外面一层，采用于B区一样的LED箱体。B、C屏幕层叠。

4．D屏，位于舞台上方，由500根2米长的立体LED视频柱，每个侧面都是LED屏幕，舞台前上方呈现45度的坡形设计，使得舞台前后有立体的呼应效果从演出现场可以看到，这些LED视频柱可以上下移动，拼出各种造型根据不同的演出内容变幻不同的形状，构

成立体化的舞台显示效果。

5．E屏，位于舞台的最外面，估计采用于B屏一样的LED箱体，由于现场的摄像镜头大部分贴近舞台里面，大部分的画面里面，通

过电视观看的观众感觉不到这个屏幕的存在。只有在现场全景画面时才能展现。

整个舞台除地面外，全面被LED屏幕所包围，其中ABCE层层套叠，加上舞台上方的移动LED视频柱构成的D屏幕，配合专门制作的播放内容，整个舞台根据演出内容变换背景图片和形状外，构成一个立体的展示环境。

5块显示屏采用5台Encore处理器分别控制上述的5个部分的显示内容。从公开的资料看，这5台LED图像处理器是同时但是分别

工作的。从现场背景画面显示的情况分析，这5块屏幕大致构成2种基本的显示模式。

A．把BCDE屏幕作为A屏幕的显示外延，或者BCE作为A屏幕的外延，D屏幕播放独立的内容。这种情况下，只需要在相应的图像控制器上同时播放相同的内容。LED箱体的显示对应部位的内容，构成一幅画面，如下图所示，BCD屏幕显示的是A屏幕的一部分，细心的读者可以通过查找相同的部分从而得出BCD屏幕在此种模式下对应显示的是A屏幕的哪部分的内容，并通过其他场景画面进行验证。

B．ABCDE屏作为独立的显示屏幕，播放相同或者不同的内容，如下图所示，除BC屏幕显示相同的内容外，ADE屏幕显示的是完全不

同的内容：

现场的显示效果非常明显，震撼，一体，完美。实施该方案的技术系统，显示的内容不需要特别的制作，只需要配合演出场景做简单的配合显示内容就可以了。目前国内也有完全可以替换的的技术，可以达到春晚的显示效果。在创凯电子提供给国内厂家的舞美解决

方案中，已经实施的某些案例中，于春晚的方案类似，而且显示效果不亚于春晚。

国家大剧院正在进行的历时半年的<<复兴之路>>大型演出，整个LED视频显示解决方案就是由创凯电子提供的。主屏为P8.5分辨率为2048*896的全彩LED屏幕,采用4张发射卡支持的椭圆型背景墙.由P12 全彩LED搭建台阶分别由6张不同的发射卡采用不同的分辨

率点阵构成.如下图:

现场采用2台创凯电子的LED拼接图像控制器CK4L6000-0104 和CK4L6000-0106,.CK4L6000-0104控制主屏显示, CK4L6000-0106控制LED台阶彩幕显示,通过普通电脑播放针对演出现场制作的视频源播放输出给CK4L6000型图像控制器.采用LED台阶构成的空中彩虹

形状,既可以播放演出配合的内容,还可以有演员在上面表演,形成一上下立体的演出场景.如下图:

而且整个舞台融为一体的显示效果更令人惊叹。

在创凯电子提供的另外一个LED舞美解决方案中, 为体现”黄河之水天上来”的创意,演出台面需要部分铺上LED屏幕,背景LED屏幕,并需要对某些LED屏幕倒立卷曲吊挂,当播放黄河水流动,才能出现流水从天上流到背景LED屏幕再到舞台地面的感觉.如下图

:

现场整套系统物理点阵分辨率达到：3744*2104,其中大屏LED采用P6点阵，物理分辨率为3744*880,地转LED采用P20点阵，物理分辨率数为：864*1224，要求整个画面实现拼接，显示一副画面或者背景显示与演出相配合的画面, 现场采用CK4L6000-0206同时控

制主屏幕的横向4张发射卡和地转LED屏幕的纵向2张发射卡，从而达到内容由里到外向主屏幕延伸的效果！

纵观整个春晚演出,我们在感受科技进步带给的整体美感和视觉冲击外, 我们也能发现春晚所采用的方案的细微不足, 也就是发射

卡和LED箱体的视频画面不同步现象,这个现象在横向移动的影像上尤其明细, 以<荷塘莲语>演出时最为明细,如下图:

这个不足，一般的观众是感受不到，而且在整个晚会中稍现即逝，不影响整体系统的运行和效果.

第二篇：2010年CCTV春晚LED背景显示技术方案解析

2010年CCTV春晚LED背景显示技术方案解析

2010年春晚背景显示与演员有机融合为一体的精彩过程,让10多亿观众耳目一新.带给大家震撼的同时,大家都在困惑,如此完美的显示方案是如何实现的?公开的资料已经告诉行内人士,成就如此绚丽效果的秘密演播厅所采用的LED显示屏幕、LED彩幕和LED视频条。外行人看热闹,内行人看门道, 在此对春晚LED背景显示做详细的技术解析。

春晚的现场的演播大厅几乎全部被不同规格的LED屏幕所铺满，根据其安装位置和不同的规格，划分为5个不同的部分。

1． A屏，核心背景LED大屏幕，正对观众的超大LED高清背景墙。该LED 背景墙屏幕尺寸高达18 x 9米，物理分辨率高达2952 x 1440 像素，由820个 LED 箱体构成。点距较密。2．B屏，LED彩幕，积不祥。

3．C屏，比B屏大的LED彩幕，也是B、C屏幕层叠。

4．D屏，位于舞台上方，由500根2米长的立体LED视频柱，每个侧面都是LED屏幕，舞台前上方呈现45度的坡形设计，使得舞台前后有立体的呼应效果从演出现场可以看到，这些LED视频柱可以上下移动，拼出各种造型根据不同的演出内容变幻不同的形状，构成立体化的舞台显示效果。

5．E屏，位于舞台的最外面，估计采用于B屏一样的LED箱体，由于现场的摄像镜头大部分贴近舞台里面，大部分的画面里面，通过电视观看的观众感觉不到这个屏幕的存在。只有在现场全景画面时才能展现。整个舞台除地面外，全面被LED屏幕所包围，其中ABCE层层套叠，加上舞台上方的移动LED视频柱构成的D屏幕，配合专门制作的播放内容，整个舞台根据演出内容变换背景图片和形状外，构成一个立体的展示环境。

5块显示屏采用5台Encore处理器分别控制上述的5个部分的显示内容。从公开的资料看，这5台LED图像处理器是同时但是分别工作的。从现场背景画面显示的情况分析，这5块屏幕大致构成2种基本的显示模式。

A．把BCDE屏幕作为A屏幕的显示外延，或者BCE作为A屏幕的外延，D屏幕播放独立的内容。这种情况下，只需要在相应的图像控制器上同时播放相同的内容。LED箱体的显示对应部位的内容，构成一幅画面，如下图所示，BCD屏幕显示的是A屏幕的一部分，细心的读者可以通过查找相同的部分从而得出BCD屏幕在此种模式下对应显示的是A屏幕的哪部分的内容，并通过其他场景画面进行验证。

形状，在B区外面一层，采用于B区一样的LED箱体。

形状，在A区的外面一层，点距比A区的核心 背景显示屏大。具体面

B．ABCDE屏作为独立的显示屏幕，播放相同或者不同的内容，如下图所示，除BC屏幕显示相同的内容外，ADE屏幕显示的是完全不同的内容：

现场的显示效果非常明显，震撼，一体，完美。实施该方案的技术系统，显示的内容不需要特别的制作，只需要配合演出场景做简单的配合显示内容就可以了。目前国内也有完全可以替换的的技术，可以达到春晚的显示效果。在创凯电子提供给国内厂家的舞美解决方案中，已经实施的某些案例中，于春晚的方案类似，而且显示效果不亚于春晚。

在国家大剧院正在进行的历时半年的<<复兴之路>>大型演出，整个LED视频显示解决方案就是由创凯电子提供的。主屏为P8.5分辨率为2048*896的全彩LED屏幕,采用4张发射卡支持的椭圆型背景墙.由P12 全彩LED搭建台阶分别由6张不同的发射卡采用不同的分辨率点阵构成.如下图:

现场采用2台创凯电子的LED拼接图像控制器CK4L6000-0104 和CK4L6000-0106,.CK4L6000-0104控制主屏显示, CK4L6000-0106控制LED台阶彩幕显示,通过普通电脑播放针对演出现场制作的视频源播放输出给CK4L6000型图像控制器.采用LED台阶构成的空中彩虹形状,既可以播放演出配合的内容,还可以有演员在上面表演,形成一上下立体的演出场景.如下图:

而且整个舞台融为一体的显示效果更令人惊叹。

在创凯电子提供的另外一个LED舞美解决方案中, 为体现”黄河之水天上来”的创意,演出台面需要部分铺上LED屏幕,背景LED屏幕,并需要对某些LED屏幕倒立卷曲吊挂,当播放黄河水流动,才能出现流水从天上流到背景LED屏幕再到舞台地面的感觉.如下图:

现场整套系统物理点阵分辨率达到：3744*2104,其中大屏LED采用P6点阵，物理分辨率为3744*880,地转LED采用P20点阵，物理分辨率数为：864*1224，要求整个画面实现拼接，显示一副画面或者背景显示与演出相配合的画面, 现场采用CK4L6000-0206同时控制主屏幕的横向4张发射卡和地转LED屏幕的纵向2张发射卡，从而达到内容由里到外向主屏幕延伸的效果！

纵观整个春晚演出,我们在感受科技进步带给的整体美感和视觉冲击外, 我们也能发现春晚所采用的方案的细微不足, 也就是发射卡和LED箱体的视频画面不同步现象,这个现象在横向移动的影像上尤其明细, 以<荷塘莲语>演出时最为明细,如下图:

这个不足，一般的观众是感受不到，而且在整个晚会中稍现即逝，不影响整体系统的运行和效果

第三篇：24. 8X8 LED点阵显示技术（精选）

24． 8X8 LED点阵显示技术

1． 实验任务

在8X8 LED点阵上显示柱形，让其先从左到右平滑移动三次，其次从右到左平滑移动三次，再次从上到下平滑移动三次，最后从下到上平滑移动三次，如此循环下去。2． 电路原理图

图4.24.1 3． 硬件电路连线

(1)． 把“单片机系统”区域中的P1端口用8芯排芯连接到“点阵模块”区域中的“DR1－DR8”端口上；(2)． 把“单片机系统”区域中的P3端口用8芯排芯连接到“点阵模块”区域中的“DC1－DC8”端口上； 4． 程序设计内容(1)． 8X8 点阵LED工作原理说明 8X8点阵LED结构如下图所示

图4.24.2 从图4.24.2中可以看出，8X8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，如图49所示，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述：

一根竖柱：对应的列置1，而行则采用扫描的方法来实现。一根横柱：对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现。

6． C语言源程序

#include

unsigned char code taba[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};unsigned char code tabb[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};

void delay(void){ unsigned char i,j;

for(i=10;i>0;i--)for(j=248;j>0;j--);}

void delay1(void){ unsigned char i,j,k;

for(k=10;k>0;k--)for(i=20;i>0;i--)for(j=248;j>0;j--);}

void main(void){ unsigned char i,j;

while(1){ for(j=0;j<3;j++)//from left to right 3 time { for(i=0;i<8;i++){ P3=taba[i];P1=0xff;delay1();} }

for(j=0;j<3;j++)//from right to left 3 time { for(i=0;i<8;i++){ P3=taba[7-i];P1=0xff;delay1();} }

for(j=0;j<3;j++)//from top to bottom 3 time { for(i=0;i<8;i++){ P3=0x00;P1=tabb[7-i];delay1();} }

for(j=0;j<3;j++){ for(i=0;i<8;i++){ P3=0x00;P1=tabb[i];delay1();} } } } //from bottom to top 3 time

第四篇：LED发光显示材料

LED发光显示材料

摘 要

LED因其能耗低、色彩还原性好、绿色环保以及寿命长等众多优势，已经在照明与显示领域得到了广泛应用。本文介绍了LED的原理、发展历史、优点以及应用，并进一步阐述了LED今后的发展趋势

关键词：LED，发光原理，发展现状，发展前景

一、LED的简介及发展历史

 LED(Light-Emitting-Diode中文意思为发光二极管)是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。1907 年Henry Joseph Round 第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。由于其发出的黄光太暗，不适合实际应用；更难处在于碳化硅与电致发光不能很好的适应，研究被摒弃了。

 二十年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光。再一次因发光暗淡而停止。

 1936 年,George Destiau出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电流的应用和广泛的认识，最终出现了“电致发光”这个术语。二十世纪50 年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60 年代面世。据说在早期的试验中，LED 需要放置在液化氮里，更需要进一步的操作与突破以便能高效率的在室温下工作。

 第一个商用LED 仅仅只能发出不可视的红外光，但迅速应用于感应与光电领域。60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED。磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。 到70 年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。LED 采用双层磷化镓蕊片（一个红色另一个是绿色）能够发出黄色光。就在此时，俄国科学家利用金刚砂制造出发出黄光的LED。尽管它不如欧洲的LED 高效。但在70 年代末，它能发出纯绿色的光。 80 年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED 的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。到20 世纪90 年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。第一个有历史意义的蓝光LED 也出现在90 年代早期，再一次利用金钢砂—早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去衡量，它与俄国以前的黄光LED 一样光源暗淡。

 90 年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓Led。超亮度蓝光蕊片是白光LED 的核心，在这个发光蕊片上抹上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。今天在LED 市场上就能看到生产出来的新奇颜色，如浅绿色和粉红色。随着人类在LED超亮度的领域的技术进步，LED在消费电子的运用也越来越广泛。

二、发光原理

LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着 在一个支架上，是负极，另一端连接电源的正极，整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。

三、LED分类

1.按发光管发光颜色分

按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。

根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。2.按发光管出光面特征分

按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）。

由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：

（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。

（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。

（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。3.按发光二极管的结构分

按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

4.按发光强度和工作电流分

按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。

除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。

四、LED的优点

随着行业的继续发展，技术的飞跃突破，应用的大力推广，LED的光效也在不断提高，价格不断走低。新的组合式管芯的出现，也让单个LED管(模块)的功率不断提高。通过同业的不断努力研发，新型光学设计的突破，新灯种的开发，产品单一的局面也有望在进一步扭转。控制软件的改进，也使得LED照明使用更加便利。这些逐步的改变，都体现出了LED发光二极管在照明应用的前景广阔。

LED被称为第四代光源，具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。

LED之所以得到人们的重视是因为它具有许多优点：(1)发光效率高

消耗能量较同光效的白炽灯减少80%左右，较节能灯减少40%左右。一般白炽灯的发光效率只能达到15lm/W，而LED电光转化效率高，发光效率高达40甚至50lm/W，所以节能效果十分明显。（接近60%，绿色环保、工作电压低（3V左右））

(2)使用寿命长

反复开关无损寿命，稳定性好。一般LED的寿命高达几万小时，10万小时光衰为初始的50%。

(3)价格低廉

LED的价格越来越平民化，因LED省电的特性，也许不久的将来，人们都会把白炽灯换成LED灯。我国部分城市公路、学校、厂区等场所已换装完LED路灯、节能灯等。

(4)适用性

体积小，可以做成各种形状，重量轻，抗振性能好。

(5)环保

LED是由无毒的材料构成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用，不辐射红外线和紫外线，无频闪。

(6)安全

LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。

相比之下，各种传统照明存在一定的缺陷：

白炽灯电光转化效率低（10%左右）、寿命短（1000小时左右）、发热温度高、颜色单一且色温低。

荧光灯电光转化效率不高（30%左右）、危害环境、不可调亮度（低电压无法启辉发光）、紫外辐射、闪烁现象、启动较慢、稀土原料涨价（荧光粉占成本比重由10%上升到60~70%）、反复开关影响寿命；体积大。

高压气体放电灯耗电量大、使用不安全、寿命短、散热问题，多用于室外照明。

五、LED的应用

(1)用作指示灯。

六十年代末红色LED问世时由于发光强度不高，被用作指示灯和电平指示，并一直沿用至今。如今的电子产品、仪器的工作状态指示大部分都是用红、绿色LED。现在各种光色的LED在交通信号灯上得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于LED响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。(2)用作显示屏。

将普通的LED按要求排列、控制，即能具有显示字符、图形的功能，称为数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等，如图8。这些不同的显示屏中的每个发光单元都是一个发光二极管。

(3)照明光源。

这是目前最热门的应用，市场上已经大量出现高亮LED电筒（如图9），不久将进入生活照明和液晶显示器背光源领域。另外各种颜色的高亮度二极管还可用于做景观照明，美化环境。

六、LED发光材料的前景

LED技术虽然取得了长足的发展，但在家庭照明和显示领域还没有大批量的投入商业生产，最主要的原因是成本太高。如果成本问题解决，LED大量投入使用，带来的技术革新和能源节约是巨大的。比如在液晶显示器上，LED背光源可以提高亮度，降低能耗，光的均匀性、漏光和色彩显示能力也都将得到较大幅度的改善。用在家庭照明上，LED的优势是大幅度降低能耗，其耗电量是同等照明亮度白炽灯的1/8，是日光灯的1/2。另外LED寿命长，也可以节约大量的材料，保护了环境。

发光材料的其他应用领域更是有巨大的发展潜力。同样在显示技术领域，有机发光显示器（OLED）已经研制成功。这是一种比LCD显示器更先进的显示技术，拥有比无机半导体电致发光材料更好的电热稳定性和器件的可机械加工性，更好的显示特性，以及一些特殊性能，是未来的发展趋势之一。另外发光材料在交通、医学、光电子等方面也将得到更广泛的应用。

第五篇：《一位LED数码管显示0-9》

成都理工大学工程技术学院

单片微机原理及应用课程设计

《一位LED数码管显示0-9》

学生姓名：

学

号：

专

业：

班

级：

指导教师：

完成日期：

目

录

一 实验目的与任务…………………………………2 二 实验要求…………………………………………2 三 实验内容…………………………...……………2 四 元器件清单………………………………………2 五 LED数码管的结构及工作原理…………………2 六 关于PLC控制LDE介绍………………………4 七 原理图绘制说明…………………………………5 八 流程图绘制以及说明……………………………9 九 电路原理图与仿真………………………………10 十 源程序……………………………………………12 十一 心得体会………………………………………12 十二 参考文献………………………………………13

一、实验与任务

结合实际情况，编程设计、布线、程序调试、检查与运行，完成一个与接近实际工程项目的课题，以培养学生的实际操作能力，适应生产一线工作的需要。做到能检查出错误，熟练解决问题；对设备进行全面维修。通过实训对PLC的组成、工作原理、现场调试以及基于网络化工作模式的基本配置与应用等有一个一系列的认识和提高。

利用51单片机、1个独立按键及1位7段数码管等器件，设计一个单片机输入显示系统，要求每按一下独立按键数码管显示数据加1（数码管初始值设为0，计到9后再加1，则数码管显示0）。

本次设计采用12MHz的晶体振荡器为单片机提供振荡周期，外加独立按键，复位电路和显示电路组成。

二、实验要求

1、了解七段LED数码管的结构、分类以及数码管的显示码。

2、学习1位LED数码管静态显示与动态显示的编程方法。

3、掌握可编程序控制器技术应用过程中的一些基本技能。

4、了解可编程控制器的装备、调试的全过程。

三、实验内容

1、练习设计、连接、调试控制电路；

2、学习PLC程序编程；

四、元器件清单

从PROTUES库中选择元器件（1）AT89C51;单片机。（2）RES、RX8;电阻、8排阻。

（3）7SEG-COM-CAT-BLUE;带公共端共阴极七段蓝色数码管。（4）CAP/CAP-ELEC;电容、电解电容。（5）CRYSTAL:晶振。

五、LED数码管的结构及工作原理 led数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位0，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。下面将介绍常用LED数码管内部引脚图1

图1 10引脚的LED数码管

图2 LED数码管引脚定义

LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

A、静态显示驱动：

静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位*器*进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O口才32个呢。故实际应用时必须增加*驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。B、动态显示驱动：

数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp ”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。

六、关于PLC控制LED介绍

PLC可编程控制器：它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算数操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

用PLC控制LED直接进行数据显示，可以降低成本，使得数据显示直观。传统数显有两种方法：

1、由PLC编制程序进行译码，来控制显示a-g段；

2、利用 译码组合电路产生a-g各段译码信号实现LED数码管显示。前一种方法逻辑译码关系复杂，后一种方法译码电路冗长，都不利于显示的实现。传统数显逻辑译码关系复杂,而用PLC的位组合元件和译码功能指令方法来实现LED数显.前一种方法将表示十进制数的4位BCD码的位元件成组使用,形成位组合元件数显;后一种方法用7段译码指令把指定元件的低4位对应的十六进制数译码后,驱动数显.这两种方法逻辑简单,易于理解,便于实现。

设计任务：LED数码管显示：0到9

七、原理图绘制说明

本次设计主要用到单片机AT89C51、晶振时序电路。AT89C51是一种带4KB闪烁可编程可擦出只读存储器的低电压、高性能CMOS微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微处理器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案，AT89C51的管脚分配（如图1）。

图1 AT89C51芯片及管脚图

AT89C51单片机主要由4个输入输出端口（P0口、P1口、P2口、P3口）及个控制引脚组成的，本次设计用到P1、P2的部分引脚，及18、19脚外接晶振电容为单片机提供时钟，9管脚为复位引脚，外接复位电路。

晶振时序电路：XTAL1和XTAL2分别为片内反相放大器的输入和输出端，当单片机采用外部时钟信号时，前者接地，后者引入外部输入信号，本次设计采用12M的石英晶体振荡器为单片机提供时钟（如图2）。

图2 AT89C51的晶振时序电路图

本次设计的原理图是在PROTEUS ISIS中绘制的，其工作界面分为原理图编辑窗口（Editing window）、预览窗口（Overview window）和工具栏。

1、新建*.dsn 打开绘图界面后，首先新建一个绘图文件，选择“【文件】——【新建设计】”，并保存成.dsn型文件。

2、绘制原理图

6（1）添加元器件：元件拾取共有两种办法，一种是按类别查找和拾取元件，另一种是直接查找和拾取元件。我采用的是前一种方法，元件通常以其英文名称或器件代号在库中存放。我们在取一个元件时，首先要清楚它属于哪一大类，然后还要知道它归属哪一子类，这样就缩小了查找范围，然后在子类所列出的元件中逐个查找，根据显示的元件符号、参数来判断是否找到了所需要的元件。双击找到的元件名，该元件便拾取到编辑界面中了。右侧列表中自上而下分别为元件图形和元件封装。具体如图3所示：

图3 分类拾取元件示意图

（2）元件的放置

在原理图编辑区的蓝色方框内，单击鼠标左键即完成元件的释放。具体如图4所示：

图4 元件的放置示意图

（3）电路连线

PROTEUS的连线是非常智能的，它会判断你下一步的操作是否想连线从而自动连线，而不需要选择连线的操作，只需用鼠标左键单击编辑区元件的一个端点拖动到要连接的另外一个元件的端点，先松开左键后再单击鼠标左键，即完成一根连线。如果要删除一根连线，右键双击连线即可。根据设计完成连线后即可得到完整的电路原理图，具体如图5：

图5 连线后的完整电路原理图

八、流程图绘制以及说明

主程序设计说明

主程序主要分为四部分，包括复位电路部分、独立按键的判别部分、单片机控制主程序部分和译码显示部分，模块流程图如图6所示：

图6 数码管显示程序流程图

九、电路原理图与仿真

1、Hex文件的导入过程

在仿真前，须先在KEIL4中生成.HEX文件。编译完源程序并且没有错误后，选择“Project-Options for Target ‘Target1’-Output”,在“Create HEX File”前面的空挑勾，再“确定”，即可生成HEX文件，如图7所示 ：

图7 生成HEX文件示意图

在进入PROTEUS ISIS中，双击AT89C51芯片，出现如图8所示的对话框。在“Program File”一项中查找“seg.hex”文件的路径并加上该文件即可开始仿真，如图8所示：

图8 keil的seg.hex文件载入单片机的示意图

2.在导入hex文件后，便可运行该设计系统，打开仿真开关，显示如图

十、源程序清单

org 0000h

sjmp main

org 000bh

sjmp t0_isr

org 0030h main:clr a

mov dptr,#table

movc a,@a+dptr

mov p0,a

mov tmod,#01h

mov th0,#0d8h

mov tl0,#0efh

setb et0

setb ea

setb tr0 pd: cjne r0,#100,$

inc dptr

clr a

movc a,@a+dptr

cjne a,#00h,aaa

mov dptr,#table

;如果花样数据完应重新循环

clr a

movc a,@a+dptr aaa: mov p0,a

mov r0,#00h

sjmp pd t0_isr:

clr tr0

mov th0,#0d8h

mov tl0,#0efh

inc r0

setb tr0

reti table:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00h

end

十一、心得体会

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关单片机知识，用汇编语言在KEIL4中编程，在PROTEUS中绘制原理图并进行仿真，通过对这两个软件的学习，了解了其功能的强大，掌握了AT89C51的内部结构及工作原理，对于我们以后的 学习和实践有很大的指导意义，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。此次设计也让我明白了团队精神的重要性，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

十一、参考文献

[1]高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京:人民邮电出版社，2004 [2]虞鹤松编.可编程序控制器原理及应用.南京：东南大学出版社，1995 [3]田庭主编.常用可编程序控制器编程器及编程软件使用手册.北京：机械工业出版社，1994