搖搖棒課程設(shè)計(jì)報(bào)告講解

1、江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院微型計(jì)算機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課 設(shè)： LED搖搖棒姓 名： 宋璐迪 學(xué) 號(hào)： 08060113209 專業(yè)班級(jí)： 電氣132班 指導(dǎo)教師： 李振凱 完成時(shí)間： 2016年6月13日設(shè)計(jì)報(bào)告綜合測試平時(shí)總評(píng)格式（10分）內(nèi)容（10分）圖表（5分）功能測試（35分）答辯（20分）考勤（20分）指導(dǎo)教師簽名：1目錄目錄1一、緒論2二、設(shè)計(jì)方案3三、預(yù)備知識(shí)33.1元件簡介33.1.1、STC89C5233.1.2、晶振33.1.3、水銀開關(guān)43.2其他4四、硬件原理介紹54.1原理總述54.2硬件詳解54.2.1 電源電路：54.2.2 時(shí)鐘電路：64.2.

2、3 復(fù)位電路：64.2.4 水銀開關(guān)與按鍵切換電路：74.2.5 LED顯示電路：7五、程序功能解析85.1程序流程圖85.2程序解析85.2.1主函數(shù)95.2.2中斷函數(shù)95.2.3顯示子程序95.2.4延時(shí)子程序10六、原料清單11七、設(shè)計(jì)心得體會(huì)12八、參考文獻(xiàn)13九、附錄14一、緒論本次設(shè)計(jì)主體是LED搖搖棒。LED搖搖棒是利用人眼的視覺暫留特性，通過搖晃過程中LED的有規(guī)律變換，給人呈現(xiàn)出不同畫面。這是其理論要求。而為了實(shí)現(xiàn)這樣的要去，在LED的控制上我們采用單片機(jī)的程序控制，輔助以水銀開關(guān)的抖動(dòng)觸發(fā)，以實(shí)現(xiàn)搖搖棒在搖晃中的有規(guī)律顯示。在拓展功能上以按鍵次數(shù)的累積對(duì)畫面進(jìn)行切換。之所

3、以選擇這樣一個(gè)課題，源于以下幾點(diǎn)：一、富有趣味性的工作原理。二、軟硬件的高度結(jié)合有利于對(duì)學(xué)業(yè)成果的檢測，且在實(shí)際操作中能顯著提升我們對(duì)電子設(shè)備的認(rèn)知。三、該物件的經(jīng)驗(yàn)積累足夠豐富，對(duì)初學(xué)者而言有更多的借鑒資源。二、設(shè)計(jì)方案在本次設(shè)計(jì)中，以單片機(jī)I/O口的高低電平的輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的控制；以外部中斷的形式觸發(fā)圖形顯示程序的運(yùn)行，因該外部中斷的要求并不是很高，所以選用水銀開關(guān)實(shí)現(xiàn)該功能；第三部分也就是如何實(shí)現(xiàn)圖形的切換，我們以對(duì)某一I/O口的輸入計(jì)數(shù)方式已選擇不同程序段的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)圖形的切換。三、預(yù)備知識(shí)3.1元件簡介3.1.1、STC89C52P89V51RB2是一款微處理器，以80C51為核心處

4、理單元，其正常工作電壓為5V，操作頻率在在40MHZ以下。有40個(gè)引腳（引腳分布如下），在引腳功能和指令操作上與STC89C51完全兼容。因此，在此不做更多詳解。3.1.2、晶振全稱石英晶體振蕩器，是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片，在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器。晶振在電氣上可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)3.1.3、水銀開關(guān)水銀開關(guān)，又稱傾側(cè)開關(guān)，是電路開關(guān)的一種，以一接著電極的小巧容器儲(chǔ)存著一小滴水銀，

5、容器中多數(shù)為真空或注入惰性氣體。因?yàn)橹亓Φ年P(guān)系，水銀水珠會(huì)向容器中較低的地方流去，如果同時(shí)接觸到兩個(gè)電極的話，開關(guān)便會(huì)將電路閉合，開啟開關(guān)。3.2其他最小系統(tǒng)：所謂的最小系統(tǒng)，顧名思義就是維持單片機(jī)工作的最簡單的，所需設(shè)備最少的電路系統(tǒng)。對(duì)于一般的單片機(jī)而言最小系統(tǒng)都包含電源電路（用電設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)條件）、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、存儲(chǔ)器電路。對(duì)于每個(gè)電路的具體構(gòu)造在硬件原理中有詳細(xì)介紹，在此不過多陳述。四、硬件原理介紹4.1原理總述其實(shí)前文已經(jīng)多次提到我們的原理設(shè)計(jì)，但在此還需再次對(duì)該原理進(jìn)行解說。首先我們要明確我們的目的：即使多個(gè)LED在搖晃過程中發(fā)生有規(guī)律變換，而控制其發(fā)生變換的是單片機(jī)，但單

6、片機(jī)自身是不能完成這樣的任務(wù)的，需要相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，也因此我們的硬件原理介紹即為介紹各部分電路的原理和功能，以及與其他部件的關(guān)系。詳情如下?？傇韴D見附錄。4.2硬件詳解4.2.1 電源電路：對(duì)于任何一款電子產(chǎn)品而言其工作的基礎(chǔ)就是電，也因此一個(gè)穩(wěn)點(diǎn)的電源輸出是多么的至關(guān)重要。而單片機(jī)系統(tǒng)所用電源通常有兩種方式：獨(dú)立電源，通過直流穩(wěn)壓電路產(chǎn)生的穩(wěn)壓電源。本次設(shè)計(jì)因產(chǎn)品情況所以采用的是三節(jié)干電池構(gòu)成的獨(dú)立電源，故沒有什么原理可介紹的，個(gè)人覺得有必要簡單介紹一下穩(wěn)壓電路電源，因?yàn)樗膽?yīng)用挺多的。（1）獨(dú)立電源：顧名思義脫離于電網(wǎng)系統(tǒng)的自成一體的電源，在單片機(jī)系統(tǒng)中通常為電池電源。（2）直流穩(wěn)壓電路

7、：如圖所示首先通過變壓器將220V電壓降壓至1620 V，經(jīng)四個(gè)二極管構(gòu)成的橋式電路將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)閱蝹?cè)波形，再經(jīng)C8、C9、C11兩個(gè)電解電容和一個(gè)瓷片電容的濾波電壓已基本穩(wěn)定在15V，后續(xù)加上7805和相應(yīng)的電解電容即可得到穩(wěn)定5V電源。4.2.2 時(shí)鐘電路：談到時(shí)鐘電路，首先我們要了解什么是時(shí)鐘。當(dāng)今的數(shù)字系統(tǒng)大都以一步一步處理信號(hào)進(jìn)行的。而時(shí)鐘電路就是為這一步一步的工作提供一個(gè)基準(zhǔn)，一個(gè)參考信息。而時(shí)鐘信號(hào)的獲得通常有兩種一種為外部時(shí)鐘源，一種為外接晶體和片內(nèi)振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘。本次選用的是后者，其元器件連接如下圖紅線部分：通過晶振產(chǎn)生固定頻率的正選波形，再配以適當(dāng)參數(shù)的瓷片電容（在此選用

8、30pF）對(duì)波形加以整定，配合芯片內(nèi)部的反饋電阻即構(gòu)成完整的時(shí)鐘源。4.2.3 復(fù)位電路：前文提到單片機(jī)最小系統(tǒng)共有四項(xiàng)，其后兩項(xiàng)分別為復(fù)位電路和外部存儲(chǔ)電路。從設(shè)計(jì)上而言我們的產(chǎn)品只需要一個(gè)上電復(fù)位另外沒有用到外部存儲(chǔ)器，所以在線路連接上如下：將EA引腳接高電平，RST引腳串電容接高電平并接電阻接地，通過電容的通斷特性實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位功能。4.2.4 水銀開關(guān)與按鍵切換電路：在本次的設(shè)計(jì)中我們采用中斷的方式運(yùn)行顯示程序因此在硬件連接上將水銀開關(guān)與外部中斷P3.2連接作為中斷觸發(fā)。而對(duì)于圖像切換則是控制按鍵的開合對(duì)P3.0做出輸出，然后通過程序?qū)3.0的檢測做出相應(yīng)改變。4.2.5 LED顯示電

9、路：在LED的顯示部分我們將LED的正極接高電壓另一端與單片機(jī)的I/O口連接，通過單片機(jī)控制I/O口輸出低電平使發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光。在此有兩項(xiàng)注意：一、因電源電壓為三節(jié)干電池構(gòu)成的4.5V電壓，而發(fā)光二極管的額定電壓為3V左右，因此串聯(lián)一二極管D17進(jìn)行降壓保護(hù)。二、因STC89C52的引腳特性，及P0、P1在通常情況下為高阻態(tài)因此需要通串聯(lián)一電阻接將其拉為高電平。 五、程序功能解析5.1程序流程圖5.2程序解析本次所編程序分為以下幾部分：主函數(shù)、中斷函數(shù)、顯示程序、顯示數(shù)據(jù)庫、延時(shí)子程序。5.2.1主函數(shù)主函數(shù)是一個(gè)完整程序的根本，有且只能有一個(gè)為了使程序可讀性高切便于修改，通常不會(huì)賦予主函

10、數(shù)過多功能，本次依然。前文已經(jīng)提到我們采用中斷的方式進(jìn)行圖像顯示，所以在主函數(shù)中的第一步也就是開中斷設(shè)置中斷方式。void main(void)IT0=1;EX0=1; EA=1 ; KY=0;為了盡量減少主函數(shù)的工作量，我們只賦予其按鍵檢測的功能，并對(duì)按鍵次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，因本次設(shè)計(jì)一共有五種顯示圖案，因此當(dāng)檢檢測到按鍵累積五次后則統(tǒng)計(jì)清零。while(1) if(KEY=0) delay(20); if(KEY=0);pic+;while(!KEY);if(pic5)pic=0; P0=0xff;P2=0xff;5.2.2中斷函數(shù)在程序初始以對(duì)中斷響應(yīng)進(jìn)行變量匹配即KY，通過對(duì)KY程序控制使搖

11、搖棒在來回?fù)u動(dòng)中只有單方向顯示。void intersvr0(void) interrupt 0 using 1KY=KY;if(KY=0)對(duì)于顯示程序的輸出，采用switch語句加按鍵次數(shù)的統(tǒng)計(jì)選擇出要顯現(xiàn)的圖案。num+;switch(pic) case 0:display1();break;case 1:display2();break;case 2:display3();break;case 3:display4();break;case 4:display5();break;case 5:display6();break;default:break; 5.2.3顯示子程序在顯示程序的

12、處理上我們采用一種比較偷懶的設(shè)置，即根據(jù)對(duì)人體手臂擺動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)值換算出LED顯示切換的時(shí)間。然后每隔該固定時(shí)間即從對(duì)應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)集中提取相應(yīng)的顯示參數(shù)，依次呈現(xiàn)需要的顯示畫面void display1(void)uchar i;DelayUs(7000); for(i=0;i0;jj-)for(ii=110;ii0;ii-);六、原料清單材料名稱編號(hào)型號(hào)規(guī)格數(shù)量芯片1AT89S521晶振2SMD 50321排阻3A09-1031色環(huán)電阻410K3電解電容510uF1瓷片電容630PF2按鍵開關(guān)76*6*5直插式1水銀開關(guān)83mm1發(fā)光二極管93mm16二極管101N40071插針11電木板125

13、*7cm1電木板139*15cm1單片機(jī)座1440腳1導(dǎo)線15150mm20三節(jié)電池盒165號(hào)電池1七、設(shè)計(jì)心得體會(huì)從某種程度上來說本次設(shè)計(jì)是我第一次全身心投入的設(shè)計(jì)，收獲確實(shí)挺多的，無論是搜集資料還是實(shí)物制作以及之后的論文書寫。好的廢話不多說，以下簡要的敘述一下制作過程，遇到的問題和相應(yīng)的收獲。課題確定之后，開始搜索相關(guān)資料，這個(gè)過并沒有遇到太多的麻煩?；纠砬逶O(shè)計(jì)思路后開始著手實(shí)物的制作，這一過程開始遇到了一些小問題，首先在元器件采購上因考慮不完善，以至于多次采購才得到了所有原材料，也是因此致使半天的實(shí)物制作延遲了兩天才完成，同時(shí)也消耗了額外的資金。這是課設(shè)進(jìn)行中遇到的第一個(gè)問題。在材料準(zhǔn)

14、備齊全后開始了實(shí)物的制作，成品初成后進(jìn)行了簡單調(diào)試，另所有二極管發(fā)光以檢驗(yàn)電路連接是否無誤。該過程出現(xiàn)了一個(gè)二極管閃爍現(xiàn)象后，經(jīng)電壓檢測確定是二極管損壞更換一個(gè)新的后即恢復(fù)正常，所有二極管都能發(fā)光，檢驗(yàn)成功。之后開始了完整程序的編寫，并在編寫完成后導(dǎo)入單片機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)，此時(shí)問題出現(xiàn)了，搖搖棒在顯示上字跡出現(xiàn)紊亂，多次驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)是LED與單片機(jī)I/O口的連接錯(cuò)誤。（在此加以聲明，因所用漢字的十六進(jìn)制代碼是從一個(gè)字庫軟件提取的，而如果不采用這種方式人工編寫每個(gè)漢字的各列十六進(jìn)制代碼，工作量將急劇上升，很不劃算）因線路連接問題拆除重做基本不用考慮，而因材料問題另起爐灶也可以放棄。最后只能從程序入手，幾經(jīng)嘗試（也因自身水平有限）最后通過單片機(jī)上另外一組空閑I/O口的中轉(zhuǎn)使錯(cuò)誤的信號(hào)輸出得到了矯正。至此實(shí)物制作算是在磕磕絆絆中完成了，但是依然存在一些問題，例如外形的不美觀，電源的過于龐大，以及按鍵的工作不穩(wěn)定。對(duì)于前兩個(gè)有待優(yōu)化不過在此不過多研究，而對(duì)于第三個(gè)應(yīng)該是程序的相關(guān)參數(shù)設(shè)定不夠合理造成的，可惜至今沒有調(diào)試出最優(yōu)參數(shù)。除此之外也可以使搖搖棒的顯示更加智能化，而不是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)置相關(guān)參數(shù)，畢竟那樣的顯示對(duì)于不同的使用者而言效果不一定是最好的?；疽簿瓦@些了，因?yàn)閱栴}所以成長。八、參考文獻(xiàn) 1 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版），清華大