搖搖棒課程設(shè)計報告講解

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)院微型計算機課程設(shè)計報告課 設(shè)： LED搖搖棒姓 名： 宋璐迪 學(xué) 號： 08060113209 專業(yè)班級： 電氣132班 指導(dǎo)教師： 李振凱 完成時間： 2016年6月13日設(shè)計報告綜合測試平時總評格式（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)計方案3三、預(yù)備知識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延時子程序10六、原料清單11七、設(shè)計心得體會12八、參考文獻13九、附錄14一、緒論本次設(shè)計主體是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。而為了實現(xiàn)這樣的要去，在LED的控制上我們采用單片機的程序控制，輔助以水銀開關(guān)的抖動觸發(fā)，以實現(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)的累積對畫面進行切換。之所

3、以選擇這樣一個課題，源于以下幾點：一、富有趣味性的工作原理。二、軟硬件的高度結(jié)合有利于對學(xué)業(yè)成果的檢測，且在實際操作中能顯著提升我們對電子設(shè)備的認知。三、該物件的經(jīng)驗積累足夠豐富，對初學(xué)者而言有更多的借鑒資源。二、設(shè)計方案在本次設(shè)計中，以單片機I/O口的高低電平的輸出實現(xiàn)對LED的控制；以外部中斷的形式觸發(fā)圖形顯示程序的運行，因該外部中斷的要求并不是很高，所以選用水銀開關(guān)實現(xiàn)該功能；第三部分也就是如何實現(xiàn)圖形的切換，我們以對某一I/O口的輸入計數(shù)方式已選擇不同程序段的運行實現(xiàn)圖形的切換。三、預(yù)備知識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，在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個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電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(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。因為重力的關(guān)系，水銀水珠會向容器中較低的地方流去，如果同時接觸到兩個電極的話，開關(guān)便會將電路閉合，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工作的最簡單的，所需設(shè)備最少的電路系統(tǒng)。對于一般的單片機而言最小系統(tǒng)都包含電源電路（用電設(shè)備運行的基礎(chǔ)條件）、時鐘電路、復(fù)位電路、存儲器電路。對于每個電路的具體構(gòu)造在硬件原理中有詳細介紹，在此不過多陳述。四、硬件原理介紹4.1原理總述其實前文已經(jīng)多次提到我們的原理設(shè)計，但在此還需再次對該原理進行解說。首先我們要明確我們的目的：即使多個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，但單

6、片機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，也因此一個穩(wěn)點的電源輸出是多么的至關(guān)重要。而單片機系統(tǒng)所用電源通常有兩種方式：獨立電源，通過直流穩(wěn)壓電路產(chǎn)生的穩(wěn)壓電源。本次設(shè)計因產(chǎn)品情況所以采用的是三節(jié)干電池構(gòu)成的獨立電源，故沒有什么原理可介紹的，個人覺得有必要簡單介紹一下穩(wěn)壓電路電源，因為它的應(yīng)用挺多的。（1）獨立電源：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、C11兩個電解電容和一個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 時鐘電路：談到時鐘電路，首先我們要了解什么是時鐘。當(dāng)今的數(shù)字系統(tǒng)大都以一步一步處理信號進行的。而時鐘電路就是為這一步一步的工作提供一個基準(zhǔn)，一個參考信息。而時鐘信號的獲得通常有兩種一種為外部時鐘源，一種為外接晶體和片內(nèi)振蕩電路產(chǎn)生時鐘。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)成完整的時鐘源。4.2.3 復(fù)位電路：前文提到單片機最小系統(tǒng)共有四項，其后兩項分別為復(fù)位電路和外部存儲電路。從設(shè)計上而言我們的產(chǎn)品只需要一個上電復(fù)位另外沒有用到外部存儲器，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)計中我們采用中斷的方式運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)。而對于圖像切換則是控制按鍵的開合對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的I/O口連接，通過單片機控制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進行降壓保護。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、延時子程序。5.2.1主函數(shù)主函數(shù)是一個完整程序的根本，有且只能有一個為了使程序可讀性高切便于修改，通常不會賦予主函

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，并對按鍵次數(shù)進行統(tǒng)計，因本次設(shè)計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)在程序初始以對中斷響應(yīng)進行變量匹配即KY，通過對KY程序控制使搖

11、搖棒在來回搖動中只有單方向顯示。void intersvr0(void) interrupt 0 using 1KY=KY;if(KY=0)對于顯示程序的輸出，采用switch語句加按鍵次數(shù)的統(tǒng)計選擇出要顯現(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)對人體手臂擺動的經(jīng)驗值換算出LED顯示切換的時間。然后每隔該固定時間即從對應(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型號規(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單片機座1440腳1導(dǎo)線15150mm20三節(jié)電池盒165號電池1七、設(shè)計心得體會從某種程度上來說本次設(shè)計是我第一次全身心投入的設(shè)計，收獲確實挺多的，無論是搜集資料還是實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，這個過并沒有遇到太多的麻煩。基本理清設(shè)計思路后開始著手實物的制作，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物制作延遲了兩天才完成，同時也消耗了額外的資金。這是課設(shè)進行中遇到的第一個問題。在材料準(zhǔn)

14、備齊全后開始了實物的制作，成品初成后進行了簡單調(diào)試，另所有二極管發(fā)光以檢驗電路連接是否無誤。該過程出現(xiàn)了一個二極管閃爍現(xiàn)象后，經(jīng)電壓檢測確定是二極管損壞更換一個新的后即恢復(fù)正常，所有二極管都能發(fā)光，檢驗成功。之后開始了完整程序的編寫，并在編寫完成后導(dǎo)入單片機進行校驗，此時問題出現(xiàn)了，搖搖棒在顯示上字跡出現(xiàn)紊亂，多次驗證后發(fā)現(xiàn)是LED與單片機I/O口的連接錯誤。（在此加以聲明，因所用漢字的十六進制代碼是從一個字庫軟件提取的，而如果不采用這種方式人工編寫每個漢字的各列十六進制代碼，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）最后通過單片機上另外一組空閑I/O口的中轉(zhuǎn)使錯誤的信號輸出得到了矯正。至此實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。對于前兩個有待優(yōu)化不過在此不過多研究，而對于第三個應(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)驗值設(shè)置相關(guān)參數(shù)，畢竟那樣的顯示對于不同的使用者而言效果不一定是最好的。基本也就這些了，因為問題所以成長。八、參考文獻 1 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版），清華大