大學生課外學術科技作品競賽基于LED的夢幻搖搖棒的設計

1、序號： 編碼： 燕山大學第十一屆“共創(chuàng)杯”大學生課外學術科技作品競賽作品申報書 作品名稱： 基于led的夢幻搖搖棒的設計 所屬學院： 燕山大學里仁學院電氣工程系 申報者姓名(集體名稱)： 韓林松 類別： 自然科學類學術論文 哲學社會科學類社會調查報告和學術論文 科技發(fā)明制作a類n 科技發(fā)明制作b類共青團燕山大學委員會2011年3月申報者情況申報者代表情況姓名性別男出生年月學院里仁學院專業(yè)電氣工程及其自動化年級二年級作品名稱基于led的夢幻搖搖棒的設計論文題目基于led的夢幻搖搖棒的設計宿舍地址4b-114手舍電話電子郵箱其他作者情況姓 名

2、性別年齡學院專業(yè)年級電話朱波男23里仁學院電氣工程及其自動化二年悅男22里仁學院電氣工程及其自動化二年報作品情況（科技發(fā)明類學術論文）說明： 1作品分類請按作品的學術方向或所涉及的主要學科領域填寫；作品全稱作品分類（ b ）a機械與控制（包括機械、儀器儀表、自動化控 制、工程、交通、建筑等） b信息技術（包括計算機、電信、通訊、電子等） c數理（包括數學、物理、地球與空間科學等） d生命科學（包括生物、農學、藥學、醫(yī)學、健 康、衛(wèi)生、食品等） e能源化工（包括能源、材料、石油、化學、化 工、生態(tài)、環(huán)保等）作品撰寫的目的和基本思路 在各種聚會、

3、節(jié)日活動中均能見到搖搖棒的身影，作為一種娛樂性的玩具其中卻包含了許多的科學知識。在原有的基礎上進行開發(fā)，利用單片機對其進行控制從而產生不同的圖像以滿足不同場所的需求，增強其商業(yè)價值。作品的科學性、先進性及獨特之處 1.裝置的巧妙設計 2. 通信下載功能，考慮大家的起點不同上位機軟件不加分，上位機軟件可以用串口助手等類似軟件代替，通信協(xié)議部分作為加分項目。3. 顯示動畫，如沙漏、吃豆等等 4. 時鐘芯片（rtc）使用及文字圖像的存儲 作品的實際應用價值和現(xiàn)實意義 作為一種流行的玩具，各種聚會、節(jié)日活動中均能見到搖搖棒的身影。所以其具有廣闊的商業(yè)前景。在原有的基礎上進行開發(fā)設計增強了其實用價值及其

4、商業(yè)價值。學術論文摘要夢幻搖搖棒是如今流行的一種玩具，在各種聚會、節(jié)日中均見得到它的身影。本設計也追隨著搖搖棒的原理，在此基礎上進行開發(fā)。通過單片機對其進行控制，進而產生不同的圖像，使其更具有使用價值及商用價值。 作品在何時、何地、何種機構舉行的會議上或報刊上發(fā)表及所獲獎勵無請?zhí)峁τ诶斫?、審查、評價所申報作品具有參考價值的現(xiàn)有技術及技術文獻的檢索目錄1 高吉祥主編.全國大學生電子設計競賽培訓系列教程.北京:電子工業(yè)出版社，20072 李廣弟主編.單片機基礎.北京:北京航空航天大學出版社，2008參賽作品打印處基于led的夢幻搖搖棒的設計摘要：夢幻搖搖棒是如今流行的一種玩具，在各種聚會、節(jié)日中

5、均見得到它的身影。本設計也追隨著搖搖棒的原理，在此基礎上進行開發(fā)。通過單片機對其進行控制，進而產生不同的圖像，使其更具使用價值及商業(yè)價值 關鍵詞：搖搖棒 玩具 單片機 圖像1系統(tǒng)設計 1.1整體方案比較與論證 根據題目要求設計一個循環(huán)的led 顯示，要利用人的視覺滯留產生靜態(tài)顯示的現(xiàn)象，這就要求延時部分做的比較小，所以采用石英晶體振蕩器。而目前能夠實現(xiàn)這種功能的器件有很多種，不同的類型的器件也能夠很好的完成。 綜上所述，提出來兩種切實可行的技術方案。 方案一：使用單片機控制。由慣性開關的閉合對單片機產生外部中斷， 從而對中斷進行采集。到達一定數量便進行圖象的轉換。整個 系統(tǒng)由單片機控制模塊，開

6、關及電源模塊和輸出顯示模塊三個 部分構成。系統(tǒng)框圖如下：輸出顯示led慣性開關單片機 方案二：使用fpga控制。過altera 公司生產的fpga 芯片及sopc 上可編程嵌入式系統(tǒng)方式，可以實現(xiàn)強大的功能。 上述兩種方案均可行，但方案一方便，且價格低廉，故選方案一。1.2、主要部件原理及參數計算 1.2.1、單片機控制模塊 那么如何用單片機實現(xiàn)對led 的控制呢？led又是如何轉換的呢？下面 將回答這些問題。 用單片機想要控制led 顯示只需要定時輸出就可以，但每個人搖動的速 度不一樣，如何準確的并穩(wěn)定的變換圖案呢？這就需要用到外部中斷。將慣 性開關的兩個金屬片一端接vcc，一端接gnd，這

7、樣的話，當搖棒向一邊運 動時led 按照程序編輯好的規(guī)律顯示，而向另一邊運動時led 全滅，此時一 個周期就會產生一個下跳沿的信號，信號傳遞給單片機的nint0 產生中斷， 對中斷的數量計數，當計到10 時便轉換顯示的圖案，當依次顯示完后便回 到初始狀態(tài)進行循環(huán)。 由于人的視覺滯留時間長達0.1s，所以在每顯示完一列l(wèi)ed 后加入一 段合適的延時，如5ms，每個字之間加入延時如15ms，這樣，我們就能看到 靜態(tài)的穩(wěn)定的字，并且每個字之間是有空隙的。為了讓字能夠在空間的中部 顯示，在啟動中斷顯示后延時一段合適的時間，使棒在半圓軌跡的大約1/4處開始顯示，這樣看到的文字方向才比較正。1.2.2 慣

8、性開關下圖是慣性開關的示意圖1.3、系統(tǒng)設計 本系統(tǒng)包括單片機控制模塊，開關及電源模塊和輸出顯示模塊三個部分。單片機控制模塊由keil c 進行編寫，實現(xiàn)起來簡單，主要有兩部分， 一個是中斷服務部分一個是字符點陣。開關及電源模塊采用兩至三節(jié)電池供電并配合慣性開關使用。輸出顯示模塊采用16 個led 燈,在版上一字排開。 1.3.1、硬件設計 硬件連接上用慣性開關產生的電平轉換引發(fā)中斷，傳遞給單片機，再由單片機調用點陣文件輸出到led 上。下面是電路圖（protel dxp）。1.3.2、軟件設計 軟件部分原分為 5 個文件，hanzi.c 顯示“電子工程師之家”字樣 eehome_cn.c 顯

9、示“”字樣，china.c 顯示“中國行！”字樣heart_smile.c 顯示笑臉圖案和動畫心，wave.c 是主函數文件，包括中斷服務程序。后來為了編譯方便全改在一個wave.c 中。軟件設計流程如下：2、系統(tǒng)測試 2.1、測試組成 主要測試單片機的工作情況，能否正常用led 顯示出各圖案，并 且記錄各圖案持續(xù)的時間和穩(wěn)定顯示度以及一個循環(huán)周期所用的時 間。并且檢查led 的發(fā)光亮度，使之可以明顯的分辯出來。用秒表記錄。2.2測試方法與數據2.3、測試結果 經過測試，我們看到前兩個因為字多，擺動幅度不夠大或延時不夠短的原因，出現(xiàn)的圖案不是準確的靜態(tài)，不過可以明顯的顯示出來

10、。其它的可以 比較好的顯示出來。 整體來說，本方案設計成功，基本達到要求。附錄：附圖一：eehome附圖二 電子工程師之家附圖三 中國行附圖四 笑臉 附圖五 心跳附圖六 實物附圖六 kile軟件程序源代碼： #include #define uchar unsigned char /-兩邊加0x0000 是為了兩個字之間延時時不出現(xiàn)字的”拖尾“現(xiàn) 象- uchar code ee198 = /-e- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xf8,0x01,0xfc,0x01,0x44,0x01,0x44,0x01,0 x44,0x01,0xcc,0x00,0xc8,0x00,0x

11、00,0x00,0x00, /-e- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xf8,0x01,0xfc,0x01,0x44,0x01,0x44,0x01,0 x44,0x01,0xcc,0x00,0xc8,0x00,0x00,0x00,0x00, /-h- 0x00,0x00,0x10,0x04,0x1f,0xfc,0x1f,0xfc,0x01,0x84,0x01,0x00,0x01,0 x04,0x01,0xfc,0x00,0xfc,0x00,0x04,0x00,0x00, /-o- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xf8,0x01,0xfc,0x01,0x

12、04,0x01,0x04,0x01,0 x04,0x01,0xf8,0x00,0xf8,0x00,0x00,0x00,0x00, /-m- 0x00,0x00,0x01,0x04,0x01,0xfc,0x01,0xfc,0x01,0x00,0x01,0xfc,0x01,0 xfc,0x01,0x00,0x01,0xfc,0x00,0xfc,0x00,0x00, /-e- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xf8,0x01,0xfc,0x01,0x44,0x01,0x44,0x01,0 x44,0x01,0xcc,0x00,0xc8,0x00,0x00,0x00,0x00, /

13、-.- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0c,0x00,0x0c,0x00,0x0c,0x00,0x00,0x00,0 x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, /-c- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x70,0x00,0xf8,0x01,0x8c,0x01,0x04,0x01,0 x04,0x01,0x8c,0x00,0x88,0x00,0x00,0x00,0x00, /-n- 0x00,0x00,0x01,0x04,0x01,0xfc,0x01,0xfc,0x01,0x84,0x01,0x00,0x

14、01,0x04,0x01,0xfc,0x00,0xfc,0x00,0x00,0x00,0x00 ; /-兩邊加0x0000 是為了兩個字之間延時時不出現(xiàn)字的”拖尾“現(xiàn) 象- uchar code hanzi252 = /-電- 0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1f,0xf0,0x1f,0xf0,0x12,0x20,0x12,0x20,0 x12,0x20,0xff,0xfc, 0xff,0xfe,0x12,0x22,0x12,0x22,0x12,0x22,0x1f,0xf2,0x1f,0xf2,0x00,0 x0e,0x00,0x0e, 0x00,0x00,

15、/-子- 0x00, 0x00,0x00,0x80,0x00,0x80,0x40,0x80,0x40,0x80,0x40,0x80,0x40,0x82,0 x40,0x83,0x47,0xff, 0x4f,0xfe,0x58,0x80,0x70,0x80,0x60,0x80,0x40,0x80,0x01,0x80,0x01,0 x80,0x00,0x80, 0x00, 0x00, /-工- 0x00, 0x00,0x00,0x04,0x00,0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0 x40,0x04,0x7f,0xfc, 0x7f,0xfc,

16、0x40,0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40,0 x04,0x00,0x04, 0x00, 0x00, /-程- 0x00, 0x00,0x08,0x20,0x48,0xe0,0x4b,0xc0,0x7f,0xff,0xff,0xff,0x89,0x82,0 x89,0xa2,0xfd,0x22, 0xfd,0x22,0x85,0xfe,0x85,0xfe,0x85,0x22,0xfd,0x22,0xfd,0x22,0x01,0 x22,0x00,0x02, 0x00, 0x00, /-師- 0x00, 0x00,0x00,0x0

17、2,0x3f,0xe6,0x3f,0xec,0x00,0x78,0xff,0xf0,0xff,0x80,0 x4f,0xf0,0x4f,0xf0, 0x48,0x00,0x48,0x00,0x7f,0xff,0x7f,0xff,0x48,0x20,0x48,0x30,0x4f,0 xf0,0x4f,0xe0, 0x00, 0x00, /-之- 0x00, 0x00,0x00,0x04,0x10,0x06,0x10,0x0e,0x10,0x1c,0x10,0x18,0x10,0x3c,0 x90,0x24,0xd0,0x64, 0x70,0xc6,0x31,0x82,0x13,0x02,0x16

18、,0x02,0x3c,0x02,0x38,0x02,0x10,0 x02,0x00,0x02, 0x00, 0x00, /-家- 0x00, 0x00,0x00,0x00,0x18,0x94,0x38,0x94,0x28,0xbc,0x29,0xa8,0x29,0x7a,0 xab,0xd3,0xef,0xb3, 0x6d,0xfe,0x28,0xfc,0x29,0xf0,0x29,0x90,0x28,0x98,0x38,0x0c,0x30,0 x0c,0x20,0x08,0x00, 0x00 ; /-兩邊加0x0000 是為了兩個字之間延時時不出現(xiàn)字的”拖尾“現(xiàn) 象-/*-小心圖-*/ uc

19、har code small_heart36 = 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xc0,0x07,0xe0,0x07,0 xf0,0x07,0xf0,0x03,0xf8, 0x03,0xf8,0x07,0xf0,0x07,0xf0,0x07,0xe0,0x03,0xc0,0x00,0x00,0x00,0 x00,0x00,0x00,0x00,0x00 ; /*-大心圖-*/ uchar code big_heart36= 0x00,0x00,0x00,0x00,0x0f,0x80,0x1f,0xc0,0x1f,0xe0,0x1f,0

20、xe0,0x1f,0 xf0,0x0f,0xf8,0x07,0xfc, 0x07,0xfc,0x0f,0xf8,0x1f,0xf0,0x1f,0xe0,0x1f,0xe0,0x1f,0xc0,0x0f,0 x80,0x00,0x00,0x00,0x00 ; /*-笑臉圖-*/ uchar code smile36= 0x00,0x00,0x03,0x80,0x0c,0x60,0x10,0x18,0x20,0xc4,0x4c,0x24,0x4c,0 x12,0x4c,0x12,0x40,0x12, 0x40,0x12,0x4c,0x12,0x4c,0x12,0x4c,0x24,0x20,0xc4

21、,0x10,0x18,0x0c,0 x60,0x03,0x80,0x00,0x00 ; /-兩邊加0x0000 是為了兩個字之間延時時不出現(xiàn)字的”拖尾“現(xiàn)象- uchar code china144 = /-中- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3f,0xe0,0x3f,0xe0,0x10,0x40,0x10,0 x40,0x10,0x40,0xff,0xff, 0xff,0xff,0x10,0x40,0x10,0x40,0x10,0x40,0x3f,0xe0,0x3f,0xe0,0x10,0 x00,0x00,0x00,0x00,0x00, /-國- 0x00

22、,0x00,0x00,0x00,0x7f,0xff,0x7f,0xff,0x50,0x12,0x51,0x12,0x51,0 x12,0x51,0x12,0x5f,0xf2, 0x5f,0xf2,0x51,0x92,0x51,0xf2,0x51,0x72,0x50,0x12,0x7f,0xff,0x7f,0 xff,0x00,0x00,0x00,0x00, /-行- 0x00,0x00,0x08,0x40,0x18,0xc0,0x31,0x80,0x63,0xff,0xef,0xff,0xce,0 x00,0x46,0x00,0x22,0x00, 0x22,0x02,0x22,0x03,0x2

23、3,0xff,0x23,0xfe,0x22,0x00,0x22,0x00,0x22,0 x00,0x02,0x00,0x00,0x00, /-!- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x0f,0xfa,0x0f,0xfa,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0 x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0 x00,0x00,0x00,0x00,0x00 ; uchar wave_time = 0; uchar state = 10; /

24、無效狀態(tài) uchar flag = 0; / 顯示過一遍則置1 /-延時- void delay(uchar time); void main() signed int i; it0 = 1; ie0 = 0; ex0 = 1; ea = 1;/-p1 接上面八位，p0 接下面八位- p1 = 0xff; p0 = 0xff; while(1) /-如果沒有中斷產生則不顯示- if(!flag) ie0 = 0;/-中斷請求置0- ea = 0;/-關中斷- /-狀態(tài)轉換- switch(state) /-- case 0: delay(10); / 使圖形在中央附近顯示 f

25、or(i = sizeof(ee)-1;i = 0;i-) p1 = eei; p0 = ee-i; delay(2); flag = 1; break; /-電子工程師之家- case 1: delay(10); / 使圖形在中央附近顯示 for(i = sizeof(hanzi)-1;i = 0;i-) p1 = hanzii; p0 = hanzi-i; delay(2); flag = 1; break; /-中國行！- case 2: delay(15); / 使圖形在中央附近顯示 for(i = sizeof(china)-1;i = 0;i-) p1 = chinai; p0 = china-i; delay(2); flag = 1; break; /-笑臉- case 3: delay(30); / 使圖形在中央附近顯示 for(i = sizeof(smile)-1;i = 0;i-) p1 = smilei; p0 = sm