旋轉(zhuǎn)LED設(shè)計報告

1、 單 片 機 課 程 設(shè) 計 報 告班級：13應(yīng)電2班 學(xué)號：1305220145 1305220107 1305220111 姓名：陳麗云 組員：郭榮 雷肖鋒 指導(dǎo)老師：鄭曉青 時間：2015年06月10日 目錄一、設(shè)計目的、設(shè)計題目31 設(shè)計目的32 課程設(shè)計題目：旋轉(zhuǎn)LED31 設(shè)計的任務(wù)32 功能描述4三、總體設(shè)計41 方案論證41）系統(tǒng)總體方案設(shè)計42）電路結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計63）電路原理圖的設(shè)計6四、硬件原理分析71硬件設(shè)計.72 端口應(yīng)用與分配83 硬件模塊的分析說明及原理介紹84 原理圖及PCB105 實物圖12五、軟件設(shè)計141 地址空間分配：142 軟件整體架構(gòu)分析：14六、設(shè)計

2、心得16七、 器件清單17附錄1 源程序20一、設(shè)計目的、設(shè)計題目1 設(shè)計目的課程設(shè)計是繼“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”及“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”理論學(xué)習(xí)和實驗教學(xué)之后又一重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它的任務(wù)是在學(xué)生掌握和具備電子技術(shù)基礎(chǔ)知識與單元電路的設(shè)計能力之后，綜合所學(xué)知識進一步學(xué)習(xí)電子電路系統(tǒng)的設(shè)計方法和實驗方法，為今后從事電子技術(shù)領(lǐng)域的工程設(shè)計打好基礎(chǔ)基本要求。通過課程設(shè)計，培養(yǎng)綜合運用本門課程及有關(guān)課程的基本知識去解決某一實際問題的實際本領(lǐng)，加深對該課程知識的理解；鞏固、深化和擴展學(xué)生的理論知識與初步的專業(yè)技能。2 課程設(shè)計題目：旋轉(zhuǎn)LED二、設(shè)計的任務(wù)及功能描述1 設(shè)計的任務(wù)主要培養(yǎng)以下能力:查閱資

3、料：搜集與本設(shè)計有關(guān)部門的資料(包括從已發(fā)表的文獻中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集)的能力。方案的選擇：樹立既考慮技術(shù)上的先進性與可行性,又考慮經(jīng)濟上的合理性。提高分析和解決實際問題的能力：迅速準(zhǔn)確的進行工程計算的能力。計算機應(yīng)用能力：熟練使用protel2014軟件、Keil uVision4、stc-isp-15xx-v6.84、Altium Designer等軟件為以后的畢業(yè)設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。2 功能描述1)基本要求：（1） 利用單片機控制顯示文字；（2） 用5V電壓直接給電機供電；（3） 利用無線供電技術(shù)，設(shè)計并制作無線供電模塊為旋轉(zhuǎn)電路板供電；2）發(fā)揮部分：（1） 設(shè)計立體回轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)LED顯示

4、漢字和任意圖形； （2） 自制為系統(tǒng)供電的電源。三、總體設(shè)計1 方案論證人眼在觀察景物時，光信號傳人大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失，這種殘留的視覺稱“后像”，視覺的這一現(xiàn)象則被稱為“視覺暫留”，其原因是由視神經(jīng)的反應(yīng)速度造成的，其時值是二十四分之一秒，通常情況下，視覺殘留會保持0.10.4秒，也就是說以0.10.4秒間隔閃爍的圖像，被人眼觀察，會被認(rèn)為是連續(xù)的圖像。視覺殘留是動畫、電影等視覺媒體形成和傳播的根據(jù)。本次旋轉(zhuǎn)LED可以歸納為動態(tài)掃描和機械旋轉(zhuǎn)兩部分，其實質(zhì)就是與機械轉(zhuǎn)動配合起來的動態(tài)掃描顯示技術(shù)。1）系統(tǒng)總體方案設(shè)計旋轉(zhuǎn)LED顯示屏是通過一個旋

5、轉(zhuǎn)的電路板，電路板上排列的16個LED燈受單片機控制在特定的位置（紅外感應(yīng)位置）亮或滅，從而顯示出特定的字符或圖形。本作品主要是根據(jù)人的視覺暫留原理設(shè)計的。采用高速旋轉(zhuǎn)的電機帶動電路板高速旋轉(zhuǎn)，從視覺效果上就會產(chǎn)生一種圓盤狀的LED顯示屏的狀態(tài)。 旋轉(zhuǎn)顯示屏是利用機械轉(zhuǎn)動動態(tài)掃描代替?zhèn)鹘y(tǒng)逐行掃描方式，是一種新型的顯示屏，具有成本低，可視范圍大的特點，是LED顯示屏的一個新的發(fā)展方向。其實質(zhì)就是與機械轉(zhuǎn)動配合起來的動態(tài)掃描顯示技術(shù)。本次“旋轉(zhuǎn)LED顯示屏”的制作用于提高我們的實踐能力和創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)及培養(yǎng)創(chuàng)新能力、協(xié)作精神、工程實踐素質(zhì)。本設(shè)計利用高速旋轉(zhuǎn)中控制LED的

6、亮滅，進行字符的顯示，控制器采用單片機，完成顯示內(nèi)容的傳輸、字庫的轉(zhuǎn)換、顯示等功能。 旋轉(zhuǎn)掃描采用了不同的形式，其顯示器件只有一列，由機械旋轉(zhuǎn)運行到某一位置時就顯示該位置的狀態(tài)，到下一位置后又顯示下一位置的狀態(tài)，即一列圖像要完成全部圖像的顯示，掃描過程由機械轉(zhuǎn)動更換位置來實現(xiàn)的。旋轉(zhuǎn)LED顯示的旋轉(zhuǎn)顯示，可采用機械旋轉(zhuǎn)的掃描方式。2）電路結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計開始 手機充電器供電電機通電無線供電單片機接通紅外接受管感應(yīng)電機帶動電路板旋轉(zhuǎn)LED燈顯示紅外發(fā)射管接通顯示圖像圖3.2.1 電路結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計3）電路原理圖的設(shè)計圖3.3.1 總電路圖四、硬件原理分析1硬件設(shè)計 電路板使用單面板，自己設(shè)計PCB，單

7、面板上有一排高亮的貼片LED，是旋轉(zhuǎn)時鐘的關(guān)鍵部分，負(fù)責(zé)顯示功能。它們就是顯示部件了，亮點所在，為了看起來美觀，使電路板更精巧，我把單片機、發(fā)光二極管、一體化紅外接收頭燈器件以及無線供電模塊焊接在設(shè)計好單面板的電路板上，這樣可以使旋轉(zhuǎn)的電路成為一個獨立的系統(tǒng)，只需要外部送電進來就可以正常運作。電路板中心鉆一個電機軸的插孔，插孔為半圈并且半徑與電機軸相等，電機軸插入其中帶動指針板旋轉(zhuǎn)。該電路板越輕越好，元件全部采用貼片式。LED燈數(shù)目平面為16個、柱面16個?？偣?2支LED燈，也足夠用來顯示漢字和英文。也就是說每一列上可以分辨的顯示點有16個點。當(dāng)然，這只是視覺上的顯示效果。通過之前的設(shè)計方案

8、，利用編程可實現(xiàn)平面時鐘顯示和柱面顯示文字效果。除了以上幾點外，需要考慮的還有顯示穩(wěn)定問題：比如主面板旋轉(zhuǎn)掃描一圈完成了數(shù)字的顯示，如果電機速度因為各種原因而不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)下一圈所用的時間多于（或少于）上一圈的，那么數(shù)字“12”將會移到上一次顯示位置的左側(cè)（或右側(cè)）。為了解決這個問題，在板上加裝一個紅外接收管，如圖3.3.1所示。當(dāng)接收到與之配對的紅外發(fā)光二極管（紅外發(fā)光二極管安裝在電機外殼上，并與接收管對齊）發(fā)出的紅外線后，就會反向?qū)ǎ拥絾纹瑱CP4口，將會觸發(fā)單片機并寫入編程表示轉(zhuǎn)過了一圈。有了這個信號，單片機就可以在指針板旋轉(zhuǎn)過程中實時檢測計算指針版的角度位置，并根據(jù)顯示內(nèi)容保持穩(wěn)定。2

9、端口應(yīng)用與分配旋轉(zhuǎn)時鐘的核心部件單片機，對程序存儲量和控制能力要求并不高，選擇STC89C52RC單片機綽綽有余。本設(shè)計充分運用89C52的各個接口：首先是32支LED燈，主面板的貼片LED取P3口和P2口，主要是為了方便布板；柱面的LED則分配在P1口和P0口。紅外接收接在P4.2口，用來判斷位置；使用一個8550三極管用來控制LED光亮；其次X1、X2引腳接12MHz晶振。3 硬件模塊的分析說明及原理介紹1） 旋轉(zhuǎn)主面板采用無線電磁感應(yīng)供電：利用公式計算出初次級線圈匝數(shù)、銅線直徑、線圈直徑，次級線圈匝數(shù)越多，互感后得到的電壓也就越大，故在這兒去到5V左右。因為線圈過來是交流電，所以采用整流

10、橋電路，外加5V穩(wěn)壓管和鉭電容。得到穩(wěn)定的5V輸出電壓為旋轉(zhuǎn)面板供電。2） 紅外對管：紅外對管是一種常用的光電器件所謂對管就是由一支紅外線發(fā)射管和紅外線接收管組成。當(dāng)發(fā)射管與接收管的發(fā)射與接收靠近對齊時，即紅外線照射到接收管上，則接收管導(dǎo)通，其中導(dǎo)通特性與普通二極管相似，當(dāng)然我用在旋轉(zhuǎn)LED上就不用考慮距離問題，兩管的距離完全可以在幾厘米之內(nèi)。3） 電源基座：考慮到成本，采用NE555和MOS管組成多諧振蕩電路，只要外加幾個電阻和電容就可以實現(xiàn)，外部再初級線圈。4） 電源基座供電部分：直接使用5V手機充電器為電源基座、電機供電。5）電機的選擇：采用12V直流電機，5V供電時，2300轉(zhuǎn)/分，故

11、滿足電路視覺暫留現(xiàn)象。6）外部框架固定部分：除了電機外還需要一個支架將電機固定起來，由于電機在帶動指針板轉(zhuǎn)動過程中速度比較快，旋轉(zhuǎn)面板又有一定重量，而且配重也不一定做得很好，轉(zhuǎn)起來更是會是電機晃動，所以必須要穩(wěn)重的支架來牢牢固定住電機。這里采用兩片亞歷克黑玻璃和銅柱制作骨架。4 原理圖及PCB旋轉(zhuǎn)面板原理圖旋轉(zhuǎn)主面板PCB圖電源基座原理圖電源基座PCB圖5 實物圖文字效果圖主面板實物圖電源供電及頻率振蕩部分實物圖整體框圖五、軟件設(shè)計1 地址空間分配：1） 平面16個LED地址分配：P1.0-P1.7、P0.0-P0.72） 側(cè)面16個LED地址分配：P2.0-P2.7、P3.0-P3.73）

12、4腳接RST復(fù)位4） 14腳、15腳接12M晶振5） 16腳GND6） P4.2接紅外接收7） P4.0接三極管控制平面LED電平2 軟件整體架構(gòu)分析：l 總體架構(gòu)說明：設(shè)計思路程序以縱列向上掃描，利用延時函數(shù)增加文字的寬度（視覺暫留），同時使用取模軟件，計算16進制的掃描碼。首先判斷紅外的對接，以紅外的端口為起點，逆時針旋轉(zhuǎn)以及掃描并且顯示出文字。l 主程序功能描述及分析、主程序流程圖主循環(huán)無電平,則等待紅外接收判斷低電平觸發(fā)縱列從下往上掃描暫留10us更改字形LED顯示方式l 各子程序功能描述及子程序入口出口、各程序流程圖開始申明變量、子函數(shù)沒有電平則停止操作，進入等待0紅外接收P42端口

13、每觸發(fā)一次掃描一次數(shù)組,縱列從下往上掃描，并且點亮對應(yīng)LEDLED顯示方式六、設(shè)計心得經(jīng)歷了星期的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的創(chuàng)新性試驗終于落下了帷幕。回想這段日子的經(jīng)歷和感受，感慨萬千，這次創(chuàng)新性設(shè)計過程中，我們組擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。在制作過程中遇到困難我們組通過在寢室上網(wǎng)查資料，自己調(diào)試，找同學(xué)幫忙，問老師，在大家的努力下，困難一個接一個解決了，作品也慢慢成型了。腳踏實地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度不怕困難，堅持不懈，吃苦耐勞的精神是我們組在這次設(shè)計中最大的收益，這是一次意志的磨練，是對我們實際能力的一次提升。在制作旋轉(zhuǎn)過程時鐘過程中，我們組面臨著許多問題的挑戰(zhàn)。第一，參考資料后加裝了紅

14、外對管來同步轉(zhuǎn)速，時間畫面能否重復(fù)穩(wěn)定地顯示取決于LED旋轉(zhuǎn)的速度，要求電機轉(zhuǎn)速一定要很穩(wěn)定。第二，在制板的過程中，PCB的測量與實物有稍許的誤差，元件的參數(shù)也不夠穩(wěn)定，最終調(diào)試成功。第三，也是最重要的一點，就是上位機的問題，最終無法解決，采用取模軟件，以縱列掃描的方式逐個取模，通過時達兩天的時間，最終調(diào)試成功程序，雖然有點抖動?？偨Y(jié)一句，最難的不是硬件，而是程序的設(shè)計，文字效果的展示，需要很清晰的邏輯思維能力。但是我們相信，在老師的指導(dǎo)下，我們一定會越來越好，做出更好的作品。7、 器件清單元件名稱型號數(shù)量貼片LED 高亮紅色 紅光發(fā)光二極管 080516貼片LED 亮翠綠色 翠綠光發(fā)光二極管

15、08052貼片LED 高亮藍色 蘭光發(fā)光二極管120616貼片電阻 220080532貼片電阻 1k08055貼片 原裝 串口編程（程序下載）單片機STC89C52RC-40C-LQFP441貼片鉭電容 16V 10UF A型 精度±20%12062貼片鋁電解電容 16V 220UF 體積6.3*7.7MM2貼片電容 3UF 精度±10% 08052100V 高壓貼片電容 10NF 103PF 精度±10% 08051100V 高壓貼片電容 100NF (104 0.1UF) 精度±10% 08051貼片 IRF3205SPBF 場效應(yīng)管 MOSFET

16、N D2-PAK 55V 110A TO-2631貼片無源晶振49SMD型 12MHz1單排排針 單排針 插針間距2.54MM 32單排座 單排母座 插座 間距2.54MM 1*40P1間距 單排彎針 單排針（彎）2.54MM 4貼片 S8550LT1 SOT-2313MM發(fā)射管 940nm紅外發(fā)射管13MM接收管 940nm紅外接收管1貼片 NE555 時鐘/計時/可編程計時器和振蕩器 SOP-81ZMM 5.1V貼片穩(wěn)壓管1206封裝 1/2W 3銅柱 M3*50mm+64銅柱 M3x10mm+64銅柱 M3*6mm+64雙通 M3x5mm 銅柱 六角銅4旋轉(zhuǎn)LED固定塑料件 RF370電

17、機固定件 線圈固定件1十字旋轉(zhuǎn)LED電機  RF370電機 RF-370CA-15370電機14148貼片整流二極管4附錄1 源程序/*時間:2015年6月18日 19:22:35項目:旋轉(zhuǎn)點陣LED的側(cè)面顯示總結(jié):第一次寫這樣的程序，所以很復(fù)雜，以后多努力*/#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/*P0上側(cè)面LED /側(cè)面P.0點從下到上P1下側(cè)面LEDP2.P3為平面LED*/uchar code zimo = 0x02,0x00,0x42,0x00,0x33,0x

18、FC,0x00,0x08,0x00,0x10,0x00,0x44,0x7F,0x48,0x49,0x50,0x49,0x60,0x7F,0xFF,0x49,0x60,0x49,0x50,0x7F,0x48,0x00,0x44,0x00,0x04,0x00,0x00,/*"課",0*/* (16 X 16 , 宋體 ) */0x24,0x10,0x24,0x60,0x25,0x80,0x7F,0xFF,0xC4,0x80,0x44,0x60,0x00,0x02,0x7C,0x92,0x44,0x92,0x44,0x92,0x44,0xFE,0x44,0x92,0x44,0x9

19、2,0x7C,0x92,0x00,0x82,0x00,0x00,/*"程",1*/* (16 X 16 , 宋體 ) */0x02,0x00,0x02,0x00,0x42,0x00,0x33,0xFC,0x00,0x09,0x02,0x11,0x05,0x02,0x79,0xC2,0x41,0x34,0x41,0x08,0x41,0x14,0x79,0x62,0x05,0x82,0x04,0x01,0x04,0x01,0x00,0x00,/*"設(shè)",2*/* (16 X 16 , 宋體 ) */0x02,0x00,0x02,0x00,0x42,0x00,

20、0x33,0xFE,0x00,0x04,0x02,0x08,0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x00,0xFF,0xFF,0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x00,0x00,0x00,/*"計",3*/* (16 X 16 , 宋體 ) */;/*端口定義*/sfr P4 = 0xe8;sbit KEY = P42;/*定義變量及賦值*/uint jishu = 0;uchar shuzi = 0;uchar flag = 0;/*調(diào)用函數(shù)定義*/void Delayus(uint n);void Display_0();v