基于單片機(jī)的搖搖棒課程設(shè)計(jì)

1、鄭州科技學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)1 課程設(shè)計(jì)的目的12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求22.1 設(shè)計(jì)目的22.2 設(shè)計(jì)要求23 設(shè)計(jì)方案與論證33.1 LED燈的選擇33.2 外部中斷信號(hào)產(chǎn)生方式33.3 抗重影方案的選擇33.4 單元電路設(shè)計(jì)53.5 主程序流程圖64 硬件電路設(shè)計(jì)84.1 基本原理圖84.2 各部分功能94.3 系統(tǒng)硬件104.4 傳感器系統(tǒng)105 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)115.1 軟件設(shè)計(jì)思路115.2 主程序流程125.3 軟件實(shí)現(xiàn)功能的完善136 試驗(yàn)與仿真136.1 硬件調(diào)試方法136.2 軟件調(diào)試方法147 結(jié)論16參考文獻(xiàn)18附錄1：總體電路原理圖19附錄2：源程序201 課程

2、設(shè)計(jì)的目的單片機(jī)是隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)極其發(fā)展，將計(jì)算機(jī)的CPU，RAM，ROM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成了芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，因此單片機(jī)早期的含義稱為單片微型計(jì)算機(jī).它擁有優(yōu)異的性價(jià)比、集成度高、體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)、低電壓、低功耗的顯著優(yōu)點(diǎn).主要應(yīng)用于智能儀器儀表、工業(yè)檢測(cè)控制、機(jī)電一體化等方面,并且取得了顯著的成果.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可以分為:（1）最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡(jiǎn)單配置的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)成本低廉,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常構(gòu)成一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，如開關(guān)狀態(tài)的輸入/輸出控制等。片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，其最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶振，復(fù)位電路，電源

3、的單個(gè)單片機(jī)。片內(nèi)無ROM/EPROM的單片機(jī)，其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了外部配置晶振，復(fù)位電路，電源外，還應(yīng)外接EPROM或EEPROM作為程序存儲(chǔ)器用。（2）最小功耗應(yīng)用系統(tǒng)是指為了保證正常運(yùn)行，系統(tǒng)的功耗最小。（3）典型應(yīng)用系統(tǒng)是指單片機(jī)要完成工業(yè)測(cè)控功能所必須的硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。本文將使用單片機(jī)對(duì)搖動(dòng)顯示進(jìn)行實(shí)例化，設(shè)計(jì)一個(gè)LED搖動(dòng)顯示器來顯示文字、圖像等信息。掌握利用8051型單片機(jī)對(duì)發(fā)光二極管陣列進(jìn)行搖動(dòng)控制的方法。輸出信號(hào)頻率的控制通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，用搖動(dòng)傳感器檢測(cè)當(dāng)前搖動(dòng)狀態(tài)，用16個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行不同頻率的亮滅刷新，通過手動(dòng)搖動(dòng)可顯示輸出文字及圖案等信息。當(dāng)進(jìn)行搖動(dòng)時(shí)，由于人的視覺暫留

4、原理，會(huì)在發(fā)光二極管搖動(dòng)區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)視覺平面，在視覺平面內(nèi)的二極管通過不同頻率的刷新，會(huì)在搖動(dòng)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生圖像，從而達(dá)到在該視覺平面上傳達(dá)信息的作用。LED顯示棒，又稱搖搖棒，是一種利用視覺暫留效應(yīng)制作的“高科技”玩具?？梢杂谩办o如處子，動(dòng)如脫兔”來形容它，即當(dāng)靜止時(shí)，它只是幾個(gè)LED發(fā)光二極管（后簡(jiǎn)稱LED），而一旦按照一定的頻率去搖晃它，它就會(huì)隨著位置的變化而變化（亮或滅），最終顯示一幅圖片或字符串。隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，人們對(duì)精神生活的追求也愈加強(qiáng)烈，對(duì)信息的渴求已成為了人們必不可少的需要，更加簡(jiǎn)捷與新穎的信息傳遞方式無疑會(huì)給人們帶來耳目一新的感受。而現(xiàn)代工具務(wù)求簡(jiǎn)捷化、便攜化，因此

5、，搖動(dòng)顯示裝置的到來，必將會(huì)給人們帶來一種新的方便的文化傳遞方式。讓你的心聲閃爍在夜空LED搖搖棒橫空出世！LED搖搖棒又叫搖搖棒、魔棒、閃光棒、閃字棒、閃圖棒、星光棒。LED搖搖棒的誕生是閃光系列產(chǎn)品中的一大革命，它最大的神奇之處，是在手中左右搖晃LED搖搖棒，就會(huì)在棒子劃過的軌跡上留下清析的文字或圖案。目前市場(chǎng)上，這是最新，價(jià)格最低，可遠(yuǎn)距離觀看的一款電子產(chǎn)品。設(shè)計(jì)具有市場(chǎng)前景，可滿足各種大型演出、集會(huì)、游行等宣傳需要，為人們的生活提供便利。2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2.1 設(shè)計(jì)目的本次設(shè)計(jì)制作的是一個(gè)顯示棒，基本要求就是要小巧、輕便，所以要將單片機(jī)的系統(tǒng)板簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。通過本次設(shè)計(jì)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)

6、MCS-51單片機(jī)的深刻理解，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力。2.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)16只高亮度LED發(fā)光二極管構(gòu)成的搖搖棒，通過單片機(jī)編程配合手的左右搖晃就可呈現(xiàn)一幅完整的畫面，可以顯示字符、圖片。3 設(shè)計(jì)方案與論證3.1 LED燈的選擇方案一：傳統(tǒng)LED發(fā)光二極管。顏色多樣，在可以同樣顯示圖案的前提下使用它更為經(jīng)濟(jì)，但是顏色較為黯淡，不鮮亮。方案二：高亮LED發(fā)光二極管。正如其名，它的亮度比傳統(tǒng)二極管要亮，而且同樣也有很多顏色，但是高亮LED的工作電流也要大于傳統(tǒng)二極管。為了使顯示的圖案清晰、明了，我們選擇方案二，經(jīng)過比較，使用紅色的LED使得顯示畫面更為明顯、突出，使用兩片CR2032紐

7、扣電池為其供電，提供足夠的電流。3.2 外部中斷信號(hào)產(chǎn)生方式通過外部中斷可以控制數(shù)據(jù)開始傳輸?shù)臅r(shí)刻。選擇好外部中斷來源是本次制作的難點(diǎn)及重點(diǎn)。方案一：使用水銀開關(guān)。通過搖晃使得水銀開關(guān)與焊接的左右兩個(gè)觸點(diǎn)接觸，利用這種接觸產(chǎn)生的電平變化來觸發(fā)中斷，結(jié)合軟件控制顯示，制作簡(jiǎn)單，使用方便。方案二：使用光遮斷器。在棒上裝一個(gè)可以擺動(dòng)的用來遮擋光遮斷器光線的細(xì)桿，細(xì)桿每左右擺動(dòng)一次這個(gè)桿就會(huì)通過一次光遮斷器，發(fā)生電平變化。同樣通過這種電平變化，結(jié)合軟件控制顯示。本次設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的中斷是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的單程傳輸。如果使用光遮斷器，其觸發(fā)單片機(jī)的時(shí)刻處于正中間，不能解決畫面因?yàn)榉祷嘏c原來圖片重疊的現(xiàn)象。而使用

8、水銀開關(guān)，因?yàn)樵谧笥叶加杏|點(diǎn)，所以很容易的在往返途中產(chǎn)生兩次中斷，方便指令控制，所以選擇使用方案一。3.3 抗重影方案的選擇方案一：使用外部中斷控制數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻。外部中斷信號(hào)由慣性開關(guān)產(chǎn)生，觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。水銀開關(guān)左右兩邊的觸點(diǎn)分別與單片機(jī)兩個(gè)外部中斷接口相連，默認(rèn)為高電平，搖動(dòng)的擺桿接地。水銀開關(guān)處于不同位置進(jìn)入不同的中斷，從而決定何時(shí)送數(shù)據(jù)。該方案簡(jiǎn)單易行，可以保證數(shù)據(jù)是單程傳輸?shù)?，避免了重影。慣性開關(guān)左右兩邊的觸點(diǎn)分別與單片機(jī)兩個(gè)外部中斷接口相連，默認(rèn)為高電平，搖動(dòng)的擺桿接地。慣性開關(guān)處于不同位置進(jìn)入不同的中斷，從而決定何時(shí)送數(shù)據(jù)。該方案簡(jiǎn)單易行，可以保證數(shù)據(jù)是單程傳輸?shù)?，避免了?/p>

9、影。不搖動(dòng)時(shí)把慣性開關(guān)處在左邊就可以使LED棒熄滅，可以達(dá)到省電的效果。 方案二：使用定時(shí)器與外部中斷。當(dāng)我們?cè)跀[動(dòng)手臂的時(shí)候，短時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)位置和左右幅度不會(huì)有太大變化，利用我們手臂的這個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只要能得到棒從一側(cè)擺動(dòng)到另一側(cè)的時(shí)間，然后把這個(gè)時(shí)間分成N份，在每一份的時(shí)間里顯示不同的花樣就能實(shí)現(xiàn)圖形的顯示。設(shè)計(jì)中搖動(dòng)的擺子與左右兩個(gè)觸點(diǎn)接觸各一次的時(shí)間可以通過外部中斷和定時(shí)器計(jì)算出來，然后用單片機(jī)的另一個(gè)定時(shí)器T1，其定時(shí)時(shí)間是T0 的N 分之一，每次中斷依次顯示一列，就可以得到預(yù)期顯示的圖案了。該方法可以控制搖動(dòng)頻率低的時(shí)候不顯示圖形。但程序的穩(wěn)定性不高，圖形之間的間隔不易確定，只要電源開

10、關(guān)開著LED始終是點(diǎn)亮的。本次設(shè)計(jì)要求顯示的字符長(zhǎng)度較短，使用方案一中的外部中斷方法只要控制好延時(shí)就可以達(dá)到完整顯示圖案的目的，而且方案一中只使用了外部中斷，它所占用的內(nèi)存比方案二中既使用外部中斷又使用兩個(gè)定時(shí)器所占用的單片機(jī)資源要少，所以選擇使用方案一。具體地說，已知搖搖棒從一側(cè)擺動(dòng)到另一側(cè)所需的時(shí)間是0.8秒，把0.8秒分成64份，則每一列的圖形顯示時(shí)間為0.0125秒。每一列對(duì)應(yīng)兩個(gè)八位的字節(jié)，16位字節(jié)對(duì)應(yīng)16個(gè)LED發(fā)光二極管，然后在這每一份的時(shí)間里顯示圖形的相應(yīng)一列，則可以得到完整的圖形顯示。(1) LED顯示部分由：16個(gè)高亮度的發(fā)光二極管，16個(gè)270歐姆的電阻以及水銀開關(guān)組成

11、。其中水銀開關(guān)的作用：棒在搖動(dòng)時(shí)，只能在朝某一方向搖動(dòng)時(shí)顯示，否則會(huì)出現(xiàn)鏡像字或鏡像畫面，所以通過接一只水銀開關(guān)來控制，使搖搖棒從左向右搖動(dòng)時(shí)將內(nèi)容顯示出來。圖3-1 水銀開關(guān)(2) 單片機(jī)部分由：一個(gè)11.059MHz的晶振以及兩個(gè)30pf的電容構(gòu)成的晶振電路、一個(gè)23uF的電容，10K的電阻以及復(fù)位開關(guān)構(gòu)成的復(fù)位電路、芯片AT89s52構(gòu)成。3.4 單元電路設(shè)計(jì) 圖3-2 復(fù)位電路 圖3-3 時(shí)鐘電路單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)

12、定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期24個(gè)振蕩周期以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平（如圖4-1）。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振

13、蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。時(shí)鐘在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式（如圖4-2）。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖所示。外部振蕩方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適宜用來使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。外部振蕩方式的外部電路如圖所示。圖4-2中，電容器C01，C02起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般

14、在5-30pF。晶振頻率的典型值為12MHz，采用6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘情號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。3.5 主程序流程圖通過軟件設(shè)計(jì)思路分析，得到該系統(tǒng)的主程序流程圖如3-4所示開始系統(tǒng)初始化開關(guān)在左邊嗎？外部中斷T1外部中斷T0送數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)LED燈熄滅NY圖3-4 主程序流程圖系統(tǒng)開始運(yùn)行，內(nèi)部進(jìn)行初始化后，等待外部中斷。當(dāng)搖動(dòng)到指定位置時(shí)，由滾珠開關(guān)出觸發(fā)外部中斷，再經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)后開始顯示。顯示完成返回主程序，等待下一個(gè)搖動(dòng)周期的到來。4 硬件電路設(shè)計(jì)4.1 基本原理圖圖4-1 基本原理圖與硬件電路設(shè)計(jì)16只LED發(fā)光管作為畫面每一列的顯示，左右搖晃起到

15、了掃描的作用，人眼的視覺暫留現(xiàn)象看到的是一幅完整的畫面。與LED點(diǎn)陣的顯示有幾分相仿。其硬件電路如圖4.1所示：系統(tǒng)電源VCC為5V，下載程序和調(diào)試時(shí)一定要保證5V電壓，MCS-51單片機(jī)作為控制器，在它的P1，P2口接有16只以共陽的方式連接的高亮度LED,由單片機(jī)輸出低電平點(diǎn)亮。P1口，P2口的上拉電阻不能少。串在LED公共端的二極管D1會(huì)產(chǎn)生一定的壓降，用來保護(hù)LED,經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試LED點(diǎn)亮?xí)r兩端電壓為3V左右，在LED的安全承受范圍之內(nèi)。4.2 各部分功能(1) 按鍵模塊使用一個(gè)按鍵對(duì)顯示的所有內(nèi)容進(jìn)行切換，通過按鈕按下的次數(shù)確定顯示的內(nèi)容。S1：水銀開關(guān)功能為棒在搖動(dòng)時(shí)，只能在朝某一方

16、向搖動(dòng)時(shí)顯示，否則會(huì)出現(xiàn)鏡像字或鏡像畫面，所以通過接一支水銀開關(guān)來控制，使搖搖棒從左向右搖動(dòng)時(shí)將內(nèi)容顯示出來。S2：畫面切換開關(guān)功能為用于切換顯示不同內(nèi)容。S3：手動(dòng)復(fù)位開關(guān)功能為可以控制系統(tǒng)的啟停(2) LED顯示模塊首先，我們根據(jù)LED點(diǎn)陣屏的顯示原理：點(diǎn)陣屏的顯示分為行掃描與列掃描兩種，列掃描是將我們的字模數(shù)組通過點(diǎn)陣屏的行驅(qū)動(dòng)進(jìn)行輸入，然后通過列對(duì)每一行進(jìn)行掃描，當(dāng)列為低（高）電平、行為高（低）電平時(shí)則表示該點(diǎn)為圖案的一部分，將其讀出、顯示。它的順序可以總結(jié)為：行不斷的送數(shù)據(jù)，每送完設(shè)置的信息后列進(jìn)行讀取，然后行再次送數(shù)據(jù)，列再次讀取依次循環(huán)下去，一幅完整的圖案就顯示在了顯示屏上。而本

17、次設(shè)計(jì)的LED顯示棒數(shù)據(jù)傳輸原理與LED點(diǎn)陣屏相似?？梢园袻ED顯示棒看成是LED點(diǎn)陣屏中的一列。為了使顯示的圖案清晰，我們使用了16個(gè)LED管將它們排成一列，整個(gè)屏在靜止時(shí)也就相當(dāng)于16行10×1列。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)我們同樣使用行送數(shù)據(jù)、列掃描。在擺動(dòng)過程中，應(yīng)用視覺暫留原理，我們點(diǎn)亮的列不會(huì)很快的消失，而是隨著擺動(dòng)的方向繼續(xù)向前移動(dòng)，只要移動(dòng)的速度高于視覺暫留的最短時(shí)間顯示內(nèi)容就不會(huì)熄滅，至此，一幅圖案也就可以這樣被“擺動(dòng)”出來了。4.3 系統(tǒng)硬件(1) 單片機(jī)控制（STC89C051）本裝置采用了STC12C2051單片機(jī)，它支持直接通過串口線下載程，對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，顯示文字需經(jīng)常改

18、變，STC12C2051方便許多，因此選擇STC12C2051作為本設(shè)計(jì)所用的單片機(jī)。(2) 顯示功能。（D1D16）信息傳遞主要由顯示來完成，本設(shè)計(jì)顯示功能由16個(gè)發(fā)光二極管來完成。16個(gè)發(fā)光二極管分為4組，以共陽的方式連接，共用P1口和P2口作為輸出口。4.4 傳感器系統(tǒng)硬件傳感器主要為搖動(dòng)傳感器，本設(shè)計(jì)的搖動(dòng)傳感器由滾珠開關(guān)構(gòu)成?？蛇x搖動(dòng)開關(guān)有水銀搖動(dòng)開關(guān)和滾珠開關(guān)兩種。水銀搖動(dòng)開關(guān)穩(wěn)定性較高，但容易發(fā)生破裂，水銀外泄，安全性較差。滾珠開關(guān)穩(wěn)定性稍差，但不容易損壞，安全度很高?？紤]到實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，故選用滾珠開關(guān)作為系統(tǒng)的搖動(dòng)傳感器。由滾珠開關(guān)帶來的不穩(wěn)定性可以通過軟件進(jìn)行彌補(bǔ)。經(jīng)過分析論

19、證，我們決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案，流程圖如下：圖4-2 傳感器系統(tǒng)流程圖整套系統(tǒng)以STC12C2051單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)，使用16只LED燈作為顯示屏，其中16只直接與單片機(jī)I/O口相連。當(dāng)慣性開關(guān)觸發(fā)中斷T1時(shí)，單片機(jī)向16只LED傳送數(shù)據(jù)，依據(jù)人體的視覺暫留原理，隨著顯示棒的擺動(dòng)前進(jìn)，輸出數(shù)據(jù)的列也不會(huì)立刻消失而是隨著擺動(dòng)逐漸顯示在了形成的扇形區(qū)域。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 軟件設(shè)計(jì)思路在搖動(dòng)LED棒的時(shí)候單片機(jī)必須單程傳送數(shù)據(jù)否則顯示的圖形會(huì)產(chǎn)生重影，影響視覺效果。因此當(dāng)系統(tǒng)開始工作后通過慣性開關(guān)的位置來使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)單程傳送數(shù)據(jù)給LED。如果慣性開關(guān)位于右邊，則進(jìn)入外部中斷1并將一變量

20、置1,。在變量為1期間讓單片機(jī)以一定的頻率將數(shù)據(jù)傳送給LED。如果慣性開關(guān)位于左邊，則進(jìn)入外部中斷0并將變量置0,。在這期間單片機(jī)不會(huì)傳送數(shù)據(jù)給LED。在送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)送完后應(yīng)延時(shí)一段時(shí)間來使搖動(dòng)時(shí)顯示的每個(gè)字不會(huì)太擁擠。之后再立刻熄滅LED并開始重新判斷慣性開關(guān)的位置。5.2 主程序流程通過軟件設(shè)計(jì)思路分析，得到該系統(tǒng)的主程序流程圖3.1如下：圖4-1 主程序流程圖系統(tǒng)開始運(yùn)行，內(nèi)部進(jìn)行初始化后，等待外部中斷。當(dāng)搖動(dòng)到指定位置時(shí)，由滾珠開關(guān)出觸發(fā)外部中斷，再經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)后開始顯示。顯示完成返回主程序，等待下一個(gè)搖動(dòng)周期的到來。經(jīng)過文字取模后，系統(tǒng)的源程序編制參考附錄2：5.3 軟件實(shí)現(xiàn)功

21、能的完善本次設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)是去除重影，我們的解決方法是使用外部中斷讓數(shù)據(jù)單程傳輸。第二個(gè)難點(diǎn)是當(dāng)顯示較長(zhǎng)字符時(shí)不能完整的顯示在一次搖擺的扇形區(qū)域內(nèi)。通過反復(fù)試驗(yàn)，我們改變了送數(shù)據(jù)方式：由一個(gè)字符接一個(gè)字符傳送改為一組字符一起傳送，傳送結(jié)束后再延時(shí)，通過不斷調(diào)試實(shí)現(xiàn)了完整顯示的功能，同時(shí)也解決了畫面連續(xù)出現(xiàn)沒有間斷的問題。綜上，只要控制好數(shù)據(jù)傳輸方式以及每次傳輸數(shù)據(jù)間的延時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的顯示方法。6 試驗(yàn)與仿真單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不可的，許多硬件故障是在調(diào)試軟件時(shí)才發(fā)現(xiàn)的。但通常是先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障后才和軟件結(jié)合起來調(diào)試的。其一般的調(diào)試過程如下：6.1 硬件調(diào)試方

22、法脫機(jī)調(diào)試是在電路板加電之前，先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電氣原理圖和裝配圖仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性，并核對(duì)元器件的型號(hào)，規(guī)格和安裝是否符合要求。應(yīng)特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查拓展系統(tǒng)總線是否存在相互間的短路或其他信號(hào)線的短路。對(duì)于樣機(jī)所用的電源事先必須單獨(dú)調(diào)試，調(diào)試好后，檢查其電壓值，負(fù)載能力，極性等均符合要求，才能加到系統(tǒng)的各個(gè)部件上。在不插片子的情況下，加電檢查各插件上引腳的電位，仔細(xì)檢查各地點(diǎn)電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機(jī)插座上的各點(diǎn)電位是否正常，若有高壓，聯(lián)機(jī)時(shí)將會(huì)損壞開發(fā)機(jī)。聯(lián)機(jī)調(diào)試通過脫機(jī)調(diào)試可排除一些明顯的硬件故障。有些硬件故障還是要通過聯(lián)機(jī)調(diào)試才

23、能發(fā)現(xiàn)和排除。聯(lián)機(jī)前先斷電，把開發(fā)系統(tǒng)的仿真插頭插到樣機(jī)的單片機(jī)插座上，檢查一下開發(fā)機(jī)與樣機(jī)之間的電源、接地是否良好。一切正常，即可打開電源。通電后執(zhí)行開發(fā)機(jī)讀寫指令，對(duì)用戶機(jī)的存儲(chǔ)器、I/O端口進(jìn)行讀寫操作、邏輯檢查，若有故障，可用示波器觀察波形。通過對(duì)波形的觀察分析，尋找故障原因，并進(jìn)一步排除故障?？赡艿墓收嫌校壕€路連接上的邏輯錯(cuò)誤、有斷線或短路現(xiàn)象、集成電路失效等。6.2 軟件調(diào)試方法軟件調(diào)試與所選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)技術(shù)有關(guān)。如果采用模塊程序設(shè)計(jì)技術(shù)，則逐個(gè)模塊調(diào)試好以后，再進(jìn)行系統(tǒng)程序總調(diào)試。如果采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，一般是逐個(gè)任務(wù)，下面進(jìn)一步予以說明。對(duì)于模塊結(jié)構(gòu)程序，要一個(gè)個(gè)

24、子程序分別調(diào)試。調(diào)試子程序時(shí)，一定要符合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，即入口條件和出口條件。調(diào)試的手段可采用單步運(yùn)行方式和斷點(diǎn)運(yùn)行方式，通過檢查用戶系統(tǒng)CPU的現(xiàn)場(chǎng)、RAM的內(nèi)容和I/O口的狀態(tài)，檢測(cè)程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。通過檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)錯(cuò)誤、機(jī)器碼錯(cuò)誤及轉(zhuǎn)移地址的錯(cuò)誤，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)中的硬件故障、軟件算法及硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。在調(diào)試過程中不斷調(diào)整用戶系統(tǒng)的軟件和硬件，逐步通過一個(gè)個(gè)程序模塊。各程序模塊通過后，可以把各功能塊聯(lián)系起來一起進(jìn)行整體程序綜合調(diào)試。在這階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運(yùn)行時(shí)是否破壞現(xiàn)場(chǎng)，緩沖單元是否發(fā)生沖突，零位的建立和清除在設(shè)計(jì)上有否失誤，堆棧區(qū)域有否溢出，

25、輸入設(shè)備的狀態(tài)是否正常，等等。若用戶系統(tǒng)是在開發(fā)系統(tǒng)的監(jiān)控程序下運(yùn)行時(shí)，還要考慮用戶緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。單步和斷點(diǎn)調(diào)試后，還應(yīng)進(jìn)行連續(xù)調(diào)試，這是因?yàn)閱尾竭\(yùn)行只能驗(yàn)證程序的正確與否，而不能確定定時(shí)精度、CPU的實(shí)時(shí)響應(yīng)等問題。待全部完成后，應(yīng)反復(fù)運(yùn)行多次，除了觀察穩(wěn)定性之外，還要觀察用戶系統(tǒng)的操作是否符合原始設(shè)計(jì)要求、安排的用戶操作是否合理等，必要時(shí)還要做適當(dāng)修正。對(duì)于實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序是由若干個(gè)任務(wù)程序組成，一般是逐個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試某一個(gè)任務(wù)時(shí)，同時(shí)也調(diào)試相關(guān)的子程序、中斷服務(wù)程序和一些操作系統(tǒng)的程序。逐個(gè)任務(wù)調(diào)試好以后，再使各個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行，如果操作系統(tǒng)

26、中沒有錯(cuò)誤，一般情況下系統(tǒng)就能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在全部調(diào)試修改完成后，將用戶軟件固化于EPROM中，插入用戶樣機(jī)后，用戶系統(tǒng)即能離開發(fā)機(jī)獨(dú)立工作，至此系統(tǒng)研制完成。在開始實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)前，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，分析實(shí)驗(yàn)所涉及的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，查閱身邊的資料，并根據(jù)自己以前所學(xué)的理論知識(shí)，有了大概設(shè)計(jì)框圖后，在PROTEL中畫出原理圖，然后根據(jù)原理圖分析模塊焊出電路板，并對(duì)模塊進(jìn)行測(cè)試。 第一步，測(cè)試LED顯示電路和C51單片機(jī)最小系統(tǒng)。首先測(cè)試LED，輸入一個(gè)簡(jiǎn)單程序（#include<reg51.h>main()p1=0*00;p2=0*00;）,發(fā)現(xiàn)有一個(gè)LED不亮，于是檢查該LED的引腳，發(fā)現(xiàn)線路斷了

27、，接好后LED亮了。于是輸入搖搖棒程序，但LED燈不閃，猜測(cè)是數(shù)碼管芯片與插槽接觸不良的問題，就把插槽重新焊接，之后，再次檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有時(shí)閃爍有時(shí)燈不亮。說明不是插槽的問題，于是反復(fù)檢查最小系統(tǒng)模塊，通過用電壓表最數(shù)碼管的每個(gè)引腳進(jìn)行高低電平測(cè)試，最總發(fā)現(xiàn)原來是接線問題，即是一根線忘了連接。使得硬件與軟件的設(shè)置不匹配，從而導(dǎo)致了LED顯示不正常。改正后重新測(cè)試。手動(dòng)搖晃可呈現(xiàn)圖像。第二步，測(cè)試驅(qū)動(dòng)電路，該模塊完好。第三步，軟件測(cè)試。在軟件方面，改部分主要調(diào)延時(shí)函數(shù)，調(diào)試過程簡(jiǎn)單但費(fèi)時(shí)。于是，多次耐心嘗試后軟件調(diào)試才成功，能夠完整并較為清晰地完整圖像。最終，實(shí)現(xiàn)搖搖棒功能7 結(jié)論在王老師的指導(dǎo)下

28、，通過一段時(shí)間完成了搖搖棒的設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)以水銀開關(guān)和單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用為背景，介紹了以單片機(jī)為核心顯示設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和基本原理。本次將使用單片機(jī)對(duì)搖動(dòng)顯示進(jìn)行實(shí)例化，設(shè)計(jì)一個(gè)LED搖動(dòng)顯示器來顯示文字、圖像等信息。掌握利用8051型單片機(jī)對(duì)發(fā)光二極管陣列進(jìn)行搖動(dòng)控制的方法。輸出信號(hào)頻率的控制通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，用水銀開關(guān)擺動(dòng)狀態(tài)和16個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行不同頻率的亮滅刷新，通過手動(dòng)搖動(dòng)可顯示輸出文字及圖案等信息。當(dāng)進(jìn)行搖動(dòng)時(shí)，由于人的視覺暫留原理，會(huì)在發(fā)光二極管搖動(dòng)區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)視覺平面，在視覺平面內(nèi)的二極管通過不同頻率的刷新，會(huì)在搖動(dòng)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生圖像，從而達(dá)到在該視覺平面上傳達(dá)信息的作用。設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用

29、了字模轉(zhuǎn)換軟件。同時(shí)查閱了大量相關(guān)資料，包括查閱相關(guān)書籍和網(wǎng)上的資料，獲得了一些相關(guān)信息。在設(shè)計(jì)方面，采用了在變量自加的原理，在經(jīng)過逐個(gè)讀取的方法來顯示要顯示的內(nèi)容。最后還得出以下幾點(diǎn)：準(zhǔn)備越充分，實(shí)做越順利在做設(shè)計(jì)前了解相關(guān)知識(shí)、材料、方法可以避免許多沒有必要的麻煩，一步一個(gè)腳印就不必“從頭再來”。最不能容忍的是在開始的幾步偷懶，造成后面總有一些無法排除的障礙。溫故而知新課程設(shè)計(jì)發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對(duì)于理論知識(shí)學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)的我深感知識(shí)的不夠，便重拾教材對(duì)知識(shí)系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，終于熟練掌握了基本理論知識(shí)，而且領(lǐng)悟諸多平時(shí)學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識(shí)。思路即出路當(dāng)初沒有思路，誠如舉步

30、維艱，茫茫大地，不見道路。在對(duì)理論知識(shí)梳理掌握之后，茅塞頓開，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“條條大路通羅馬”。頓悟，沒有思路便無出路，原來思路即出路。設(shè)計(jì)具有市場(chǎng)前景，可滿足各種大型演出、集會(huì)、游行等宣傳需要，為人們的生活提供便利，通過這次課程設(shè)計(jì)，使我學(xué)會(huì)了編寫程序，焊接電路板，增強(qiáng)了我的動(dòng)手能力，為以后打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！通過這次課程設(shè)計(jì)，使我學(xué)會(huì)了編寫程序，焊接電路板，增強(qiáng)了我的動(dòng)手能力，為以后參加工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 鄒逢興，陳立剛，計(jì)算機(jī)意見技術(shù)基礎(chǔ)（第二版），高等教育出版社，2003.2 余錫存，曹國華，單片機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版），西安電子科技大學(xué)出版社，2007.3

31、馮博琴，吳寧，微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（第三版），清華大學(xué)出版社，2004.4 張毅剛，MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.1 楊振江，馮軍.單片機(jī)原理與實(shí)踐指導(dǎo)，中國電力出版社，2008,8.2 姜志海. 單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2007，3.3 陳桂友，柴遠(yuǎn)彬. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2008,1.4 馮先成. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，北京航空大學(xué)出版社，2009.5 何宏. 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)，西安電子科技大學(xué)出版社，2009,4.6 劉海成.單片機(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐，北京航空大學(xué)出版社，2009,8.7 金杰. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)

32、基本功，人民郵電出版社，2009.8 韓志軍. 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例，機(jī)械工業(yè)出版社，2010.9 李廣弟. 單片機(jī)基礎(chǔ)，北京航空大學(xué)出版社，2007.10 劉同法，陳忠平，眭仁武. 單片機(jī)基礎(chǔ)與最小系統(tǒng)實(shí)踐，北京航空大學(xué)出版社，2007.11 李群芳. 單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，2005.12 嚴(yán)天峰. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試，北京航空航天大學(xué)出版社，2005.13 廖雷. C語言程序設(shè)計(jì)，高等教育出版社，2008.附錄1：總體電路原理圖附錄2：源程序#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#defi

33、ne uint unsigned int /宏定義sbit KEY=P34; /定義畫面切換按鍵uchar KY; /KY作用在后面說明 uchar disp; /顯示漢字指針uchar pic=0,num=0; /pic為按鍵次數(shù)；num為中斷次數(shù)/*顯示編碼部分*/uchar code love = 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0x3F,0x00,0x20,0x00,0x

34、20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF8,0x0F,0x04,0x10,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0x04,0x10,0xF8,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0x07,0x00,0x08,0x00,0x10,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x10,0x00,0x08,0xFE,0x07,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x

35、00,0xFE,0x3F,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*LOVE*/;/LOVE圖案的編碼 uchar code loveyou = 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

36、x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x78,0x00,0xFC,0x00,0xFE,0x01,0xFE,0x03,0xFE,0x07,0xFE,0x0F,0xFE,0x1F,0xFC,0x3F,0xF8,0x7F,0xFC,0x3F,0xFE,0x1F,0xFE,0x0F,0xFE,0

37、x07,0xFE,0x03,0xFE,0x01,0xFC,0x00,0x78,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00/*心形圖案*/;/心形圖案的編碼uchar code

38、 hehe = 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xC0,0x01,0x40,0x01,0xC0,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x0F,0x08,0x10,0x04,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x3F,0x08,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x08,0x00,0xF0,0x3F,0x00,0x00,0x

39、00,0x00,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x3F,0x08,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x08,0x00,0xF0,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x04,0x20,0x08,0x10,0xF0,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0xC0,0x01,0x40,0x01,0xC0,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x

40、00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00/*呵呵o(_)o圖案*/;/笑臉圖案的編碼unsigned char code hanzi = 0x80,0x40,0x40,0x40,0x30,0x42,0x1E,0x42,0x10,0x42,0x10,0x42,0x10,0x42,0xFF,0x7F,0x10,0x42,0x10,0x42,0x10,0x42,0x10,0x42,0x10,0x42,0x10,0x40,0x00,0x40,0x00,0x00,/*"生",0*/* (16 X 16 , 宋體 ) */0x00,

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42、x0D,0x08,0x31,0xF8,0x41,0x00,0x81,0x00,0x81,0x00,0x00,/*"快",2*/* (16 X 16 , 宋體 ) */0x00,0x00,0x00,0x20,0xE0,0x10,0x9C,0x08,0x84,0x06,0x84,0x40,0x84,0x80,0xF4,0x7F,0x82,0x00,0x82,0x00,0x83,0x02,0x82,0x04,0x80,0x08,0x80,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,/*"樂",3*/* (16 X 16 , 宋體 ) */0x20,0x0

43、0,0x24,0x08,0x24,0x48,0x24,0x84,0xFE,0x7F,0x23,0x02,0x22,0x41,0x20,0x40,0x20,0x20,0xFF,0x13,0x20,0x0C,0x22,0x14,0x2C,0x22,0xA0,0x41,0x20,0xF8,0x00,0x00,/*"我",4*/* (16 X 16 , 宋體 ) */0x80,0x00,0x64,0x41,0x2C,0x21,0x34,0x91,0x24,0x89,0x24,0x87,0xEC,0x4D,0x32,0x55,0x22,0x25,0x22,0x25,0x32,0x55

44、,0x2E,0x4D,0x23,0x81,0xA2,0x80,0x60,0x80,0x00,0x00,/*"愛",5*/* (16 X 16 , 宋體 ) */0x00,0x01,0x80,0x00,0x60,0x00,0xF8,0xFF,0x07,0x00,0x40,0x10,0x20,0x0C,0x18,0x03,0x0F,0x40,0x08,0x80,0xC8,0x7F,0x08,0x00,0x08,0x01,0x28,0x06,0x18,0x18,0x00,0x00,/*"你",6*/* (16 X 16 , 宋體 ) */0x00,0x00,0x00,0x0