自動化類旋轉(zhuǎn)led動態(tài)顯示屏畢業(yè)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計（論文）旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏的設(shè)計院（系）自動控制系專業(yè)班級自動化XXX學(xué)生姓名XXX學(xué)號090XXX指導(dǎo)教師XXXX評閱教師____20XX年1X月摘要進入新世紀，光電子產(chǎn)業(yè)得到社會廣泛的重視，LED顯示作為信息傳播的一種重要手段，已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外需要進行服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)宗旨宣傳的公眾場所。尤其在沒有投影儀的地方，旋轉(zhuǎn)LED的優(yōu)越性體現(xiàn)得非常明顯，在當(dāng)今高度發(fā)達的經(jīng)濟市場上，富有創(chuàng)意、應(yīng)用面廣的、挪移方便、具有吸引力的信息傳播系統(tǒng)顯得十分的重要！二十一世紀是數(shù)字傳播的時代，隨著LED技術(shù)的應(yīng)用和普及，數(shù)字LED顯示屏的應(yīng)用非常廣泛。傳統(tǒng)的LED顯示屏以平面效果居多，旋轉(zhuǎn)式LED環(huán)形顯示屏的設(shè)計，是利用人眼視覺暫留效應(yīng)，通過高速電機帶動LED陣列旋轉(zhuǎn)，形成360度環(huán)形顯示畫面，可站在任何角度觀看，完全無觀賞死角，給人們一種新的視覺體驗。本設(shè)計基于STC89C52單片機，采用獨立的LED，通過直流電機帶動旋轉(zhuǎn)，可形成立體效果，使其更加絢麗，更具有觀賞性，可廣泛應(yīng)用于家居，企業(yè)和公共場所。針對傳統(tǒng)LED顯示屏視角單一、體積較大、需要的發(fā)光二極管數(shù)目較多等特點，利用電機帶動LED顯示陣列高速旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)環(huán)形顯示，達到360全視角，在相同顯示信息量上降低產(chǎn)品體積，減少對發(fā)光二極管的使用，設(shè)計一個可以經(jīng)常方便變換內(nèi)容、能夠攜帶方便、信息容量大、價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單的信息播放系統(tǒng)，即旋轉(zhuǎn)LED顯示屏。關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)式LED陣列環(huán)形顯示屏STC89C52單片機ABSTRACTInthenewcentury,thephotoelectronindustrywideattentionbysociety,LEDdisplayasanimportantmeansofinformationdissemination,hasbeenwidelyusedinindoorandoutdoorservices,contentandservicesneededpublicitypurposesinpublicplaces.Inparticular,thereisnoprojectorinplace,rotatingLED'ssuperiorityreflectedveryclearlyintoday'shighlydevelopedeconomymarkets,creative,applicationwide,thediversionofconvenient,attractiveinformationdisseminationsystemisextremelyimportant!Thetwenty-firstcenturyistheeraofdigitalcommunication,withtheLEDtechnologyandthepopularityofdigitalLEDdisplayiswidelyused.TraditionalLEDdisplaytoeffectmostlyflat,circularrotatingLEDdisplaydesignistheuseoftemporarystayinthehumanvisualeffects,high-speedmotortodrivetheLEDarrayrotation,theformationof360-degreecirculardisplaycanstandonanypointofview,completewithoutviewingdead,togivepeopleanewvisualexperience.ThedesignisbasedonSTC89C52MCU,usingseparateLED,drivenbyDCmotorrotation,canformthree-dimensionaleffect,makeitmorecolorful,morespectator,canbewidelyusedinhomes,businessesandpublicplaces.ViewtraditionalLEDdisplaysingle,largerandlargernumberofrequiredcharacteristicsoflight-emittingdiode,LEDdisplayofmotordrivencirculararrayofhigh-speedrotationofthedisplay,to360fullview,inthesameamountofinformationdisplayedonthelowerproductvolumeandreduceontheuseofLEDs,thedesigncanoftenfacilitatethetransformationofacontent,canbeportable,highinformationcontent,lowcost,simplestructure,theinformationbroadcastsystem,therotatingLEDdisplay.Keywords:Rotary;LEDarray;circulardisplay;STC89C52SCM目錄中文摘要……………………II英文摘要…………………III第一章緒論………………31.1課題背景………………31.1.1此設(shè)計本身存在的作用……31.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀……….41.2.1國內(nèi)LED顯示屏研究現(xiàn)狀………41.2.2國外LED顯示屏研究現(xiàn)狀………41.2.3LED顯示屏制作方案比較…………41.2.4LED顯示屏研究現(xiàn)狀總結(jié)…………51.3本課題研究目的和意義以及來源………51.3.1本課題的設(shè)計思想來源……………51.3.2本課題的設(shè)計目的及意義…………5第二章系統(tǒng)方案選擇……62.1此設(shè)計涉及的主要技術(shù)……62.2方案選擇……….………62.2.1基于步進電機細分驅(qū)動技術(shù)的旋轉(zhuǎn)LED顯示屏設(shè)計………62.2.2嵌入式的LED點陣顯示屏設(shè)計…………………82.2.3普通電機（交流電機）旋轉(zhuǎn)LED顯示屏設(shè)計…82.2.4方案比較及確定…………………8第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計……103.1系統(tǒng)總體硬件框圖……103.2系統(tǒng)設(shè)計具體結(jié)構(gòu)…………………113.2.1系統(tǒng)前期設(shè)計具體結(jié)構(gòu)………113.2.2系統(tǒng)后期設(shè)計具體結(jié)構(gòu)………123.3系統(tǒng)整體設(shè)計原理圖…………………133.3.1系統(tǒng)前期整體設(shè)計原理圖……143.3.2系統(tǒng)后期整體設(shè)計原理圖……143.3.3系統(tǒng)設(shè)計下載模塊原理圖……143.4系統(tǒng)整體設(shè)計PCB電路板……………163.4.1系統(tǒng)前期整體設(shè)計PCB電路板（單層）………163.4.2系統(tǒng)后期整體設(shè)計PCB電路板（單層）………163.4.3系統(tǒng)設(shè)計下載模塊電路板（單層）………………183.5元器件選型……………18第四章旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏設(shè)計的控制思想…………204.1本課題的實現(xiàn)基本原理……………204.1.1成像基本原理……………………204.1.2漢子顯示原理…………………204.2字體、圖形具體顯示過程解析………214.2.1變量定義…………224.2.2習(xí)題、圖形顯示解析…………224.2.3部分計算及說明………………23第五章系統(tǒng)的安裝與調(diào)試……………275.1旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏的設(shè)計實物……………275.1.1旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏的前期設(shè)計實物……275.1.2旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏的后期設(shè)計實物……285.1.3旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏的下載模塊設(shè)計實物………………295.2系統(tǒng)設(shè)計存在的問題…………………295.2.1硬件設(shè)計不足……………………29軟件調(diào)試存在的問題……………30結(jié)論與展望…………………31致謝………….32參考文獻…………………….33附錄……….34系統(tǒng)設(shè)計原理圖…………….34第一章緒論1.1課題背景隨著信息化社會的到來，促進了現(xiàn)代信息顯示技術(shù)的發(fā)展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP等系列的信息顯示產(chǎn)品，縱觀各類顯示產(chǎn)品，各有其所長和適宜的市場應(yīng)用需求。但是隨著LED材料技術(shù)和工藝的提升，LED顯示屏以突出的優(yōu)勢成為平板顯示的主流產(chǎn)品之一，并在社會經(jīng)濟的許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要包括：①證券交易、金融信息顯示；②機場航班、汽車站動態(tài)信息顯示；③港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示；④體育場館信息顯示；⑤道路交通信息顯示；⑥調(diào)度指揮中心信息顯示；⑦郵政、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示；⑧廣告媒體新產(chǎn)品介紹；⑨大型演出和集會；⑩展覽會、宣講會。1.1.1此設(shè)計本身存在的作用進入新世紀，光電子產(chǎn)業(yè)得到社會廣泛的重視，信息顯示技術(shù)發(fā)展迅速，隨著LED器件材料性能的不斷提高，已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外需要進行服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)宗旨宣傳的公眾場所。尤其在沒有投影儀的地方,旋轉(zhuǎn)LED的優(yōu)越性體現(xiàn)得非常明顯，傳統(tǒng)的LED字屏相比價格高昂、操作麻煩，放置位置固定、應(yīng)用面狹窄、挪動不變；而傳統(tǒng)的平面顯示，信息量不大，互動性不強，顯得十分的不便。因此，設(shè)計一個可以經(jīng)常方便變換內(nèi)容、能夠攜帶方便、信息容量大、價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單的信息播放系統(tǒng)——旋轉(zhuǎn)LED顯示屏，具有十分重大的意義。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)LED顯示屏研究現(xiàn)狀

我國的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。在國內(nèi)市場上，國產(chǎn)LED顯示屏的市場占有率近100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有市場，LED所占的市場將會越來越大，影響也會越來越深遠。我國的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)已成較大規(guī)模，技術(shù)水平相對領(lǐng)先，應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛的特點。

2008年北京舉行的奧運盛會雖已順利閉幕，但所展現(xiàn)出的種種前所未有的規(guī)模已經(jīng)深深的烙在了全世界人的心中。特別是奧運盛會上所應(yīng)用的LED產(chǎn)品類型和數(shù)量規(guī)模都是空前的。LED顯示屏作為一種新型的顯示器件出現(xiàn)在2008年北京奧運會的開幕式、比賽場館、奧運文化廣場以及奧林匹克公園等LED項目中，國內(nèi)LED企業(yè)承接了主要的工程項目，提供了大量的LED產(chǎn)品,總體上展示了我國LED行業(yè)的技術(shù)產(chǎn)品優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。也體現(xiàn)了我國LED產(chǎn)業(yè)的力量和技術(shù)這也在一定程度上預(yù)示著LED產(chǎn)業(yè)必是未來的一種趨勢。1.2.2國外LED顯示屏研究現(xiàn)狀日本Hibino公司展示了新產(chǎn)品STEALTH，這是一款能透視背景的穿透式LED顯示屏，可呈現(xiàn)出一個綜合匯聚了影像、照明、舞臺道具、背景燈元素的立體影像空間。從可視性影像到體驗型影像，展示演出及舞臺設(shè)計創(chuàng)意空間得到擴展，視覺表現(xiàn)的世界無限延伸。隨著LED高性能材料的發(fā)展，LED顯示屏也必將得到發(fā)展，從而旋轉(zhuǎn)LED顯示屏也將隨之發(fā)展，并相信，旋轉(zhuǎn)LED顯示屏將會給人們的生活帶來更多的便利，造福于人類。1.2.3LED顯示屏制作方案比較生產(chǎn)LED顯示屏有多種方案，具體情況如下介紹：①點陣模塊方案：最早的設(shè)計方案，由室內(nèi)為彩點陣屏發(fā)展而來。

優(yōu)勢：原材料成本最有優(yōu)勢，且生產(chǎn)加工工藝簡單，質(zhì)量穩(wěn)定。

缺點：色彩一致性差，馬賽克現(xiàn)象較嚴重，顯示效果較差。

②單燈方案：為解決點陣屏色彩問題，借鑒戶外顯示屏技術(shù)的一種方案，同時將戶外的像素復(fù)用技術(shù)（又叫像素共享技術(shù)，虛擬像素技術(shù)）移植到了室內(nèi)顯示屏。優(yōu)勢：色彩一致性比點陣模塊方式的好。

缺點：混色效果不佳，視角不大，水平方向左右觀看有色差。加工較復(fù)雜，抗靜電要求高。實際像素分辨率做到10000點以上較難。

③貼片方案：采用貼片發(fā)光管為顯示元件的方案。

優(yōu)勢：色彩一致性，視角等重要顯示指標是現(xiàn)有方案里最好的一種，特別是三合一表貼的混色效果非常好。

缺點：加工工藝麻煩，成本太高。④亞表貼方案：實際上是單燈方案的一種改進，現(xiàn)在還在完善之中。

優(yōu)勢：在顯示色彩一致性，視角等首要指標和標貼方案差別不大了，但成本較低，顯示效果很好，分辨率理論上可以做到17200以上。

缺點：加工還是較復(fù)雜，抗靜電要求高。因此在進行方案選擇時，應(yīng)根據(jù)實際情況來加以選擇，如若選錯，或者選擇的方案不是最佳方案，輕則損失些許資金；重則，自身的品牌也將不保，從中可以看出科技的重要性是不可小覷的。1.2.4LED顯示屏研究現(xiàn)狀總結(jié)隨著LED高性能材料的發(fā)展，LED顯示屏也必將得到發(fā)展，從而旋轉(zhuǎn)LED顯示屏也將隨之發(fā)展，由于旋轉(zhuǎn)LED顯示屏制作起來，成本低廉，調(diào)試方便，并且擁有360度的可視范圍，觀賞完全無死角，給人們帶來一種新的視覺體驗。而且在顯示相同信息量上，旋轉(zhuǎn)式LED顯示屏使用的發(fā)光二極管數(shù)量更少，可有效降低能耗和維修成本。本設(shè)計無論是從觀賞性、實用性和成本上考慮，都具備傳統(tǒng)LED顯示屏無法比擬的優(yōu)越性。特別適合作為家居的一件藝術(shù)，也可以作為企業(yè)宣傳的一個平臺，更適合在人潮洶涌的公眾場所。其使用范圍非常廣，市場前景很好。相信未來旋轉(zhuǎn)式LED環(huán)形顯示屏將會迎來廣闊的市場空間，帶來無窮的商業(yè)價值。1.3本課題研究目的和意義以及來源1.3.1本課題的設(shè)計思想來源傳統(tǒng)的LED顯示屏以平面顯示效果為主，視角范圍受限、體積較大且搬運不便。而旋轉(zhuǎn)式LED環(huán)形顯示屏，可360度范圍內(nèi)觀看，不僅擴大了產(chǎn)品可視范圍，而且體積更小，設(shè)置方便，適合各種空間利用，給人們更加帶來了一種新的視覺體驗。相信不論是家居使用，還是企業(yè)或人潮洶涌的公眾場所，都會給人們帶來高質(zhì)感的享受，未來的旋轉(zhuǎn)式LED顯示屏必定具有廣闊的市場空間。1.3.2本課題的設(shè)計目的及意義設(shè)計一個可以經(jīng)常方便變換內(nèi)容、能夠攜帶方便、信息容量大、價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單的信息播放系統(tǒng)，即旋轉(zhuǎn)LED顯示屏。進入新世紀，光電子產(chǎn)業(yè)得到社會廣泛的重視，信息顯示技術(shù)發(fā)展迅速，隨著LED器件材料性能的不斷提高，已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外需要進行服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)宗旨宣傳的公眾場所。尤其在沒有投影儀的地方，旋轉(zhuǎn)LED的優(yōu)越性體現(xiàn)得非常明顯，傳統(tǒng)的LED字屏相比價格高昂、操作麻煩，放置位置固定、應(yīng)用面狹窄、挪動不變；而傳統(tǒng)的平面顯示，信息量不大，互動性不強，顯得十分的不便。因此，設(shè)計一個可以經(jīng)常方便變換內(nèi)容、能夠攜帶方便、信息容量大、價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單的信息播放系統(tǒng)——旋轉(zhuǎn)LED顯示屏，具有十分重大的意義。第二章系統(tǒng)方案選擇2.1此設(shè)計涉及的主要技術(shù)①單片機技術(shù)：當(dāng)某個LED在高速的旋轉(zhuǎn)情況之下，會以某個頻率在空間的某一點來回出現(xiàn)。所以需要通過定時器中斷，讓其在對應(yīng)時刻點亮或是熄滅，超過一定的頻率時，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，而無法分辨出是否在閃爍；因而可以通過單片機定時器的功能控制其的顯示內(nèi)容。②LED驅(qū)動電路：由于旋轉(zhuǎn)會降低LED顯示的亮度，為此我們選擇高亮度的發(fā)光二極管，并通過與單片機I/O口相連，對程序設(shè)定以達到控制LED閃爍的效果。③電源的供電方式：旋轉(zhuǎn)LED顯示屏的硬件難點既是電路板的供電問題，因為系統(tǒng)始終處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，在此我們將電機驅(qū)動和LED驅(qū)動供電部分分開，這樣雖然增加了硬件開銷，但使得系統(tǒng)更加簡單，大大降低的硬件設(shè)計難度。2.2方案選擇基于步進電機細分驅(qū)動技術(shù)的旋轉(zhuǎn)LED顯示屏設(shè)計為保證顯示屏在高速旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速運行穩(wěn)定，避免其他電動機在高速旋轉(zhuǎn)時存在的安全隱患甚至系統(tǒng)崩潰，該設(shè)計提出采用步進電機來控制顯示屏旋轉(zhuǎn)的方法，步進電機通過細分驅(qū)動器后，不僅使步距角變?yōu)槠涔逃胁骄嘟堑?/n，而且可完全消除電機的低頻振蕩，增大其驅(qū)動能力并且由于步進電機具有抗干擾能力強，控制簡單，步矩誤差不會長期積累等特點，從而大大增強了旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和精確性，保證了清晰的顯示效果。此設(shè)計除了以上三點主要涉及到的技術(shù)以外，還需對步進電機的驅(qū)動、調(diào)速進行了解：步進電機驅(qū)動：因為在不同的電機速度之下，產(chǎn)生的相應(yīng)的頻率是不同的，同時旋轉(zhuǎn)LED顯示屏所呈現(xiàn)出來的圖像不一樣，電機速度影響到單片機的定時器怎樣工作和定時的多少，還影響到程序的編寫。所以電機控制速度顯得極其的重要，常用的是采用PWM對直流電機調(diào)速，通過電壓的改變而得到不同的轉(zhuǎn)速，但直流電機調(diào)速困難，在此我們采用步進電機，通過L298芯片發(fā)脈沖，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，這樣步進電機速度更加穩(wěn)定。①此設(shè)計硬件設(shè)計方案旋轉(zhuǎn)LED整體硬件結(jié)構(gòu)圖詳見圖2所示②此設(shè)計軟件設(shè)計方案軟件流程圖，如下所示：主程序啟動電機主程序啟動電機按鍵是否啟動返回YN主程序去字模，刷新顯示返回Y啟動中斷定時時間是否到N圖2.1旋轉(zhuǎn)LED顯示屏軟件流程圖嵌入式的LED點陣顯示屏設(shè)計在以往的LED點陣系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)的控制核心是單片機，單片機負責(zé)數(shù)據(jù)的讀取，傳輸和顯示。由于單片機的存儲大小及多方面的限制，單片機作為控制核心時，在對顯示畫面不多，顯示畫面不大時是可以方便可行的。但是由于單片機執(zhí)行指令受時間的限制，當(dāng)顯示較大畫面時，單片機的速度難以滿足此要求，而結(jié)合嵌入式系統(tǒng)技術(shù)后，即采用嵌入式軟、硬件的集成方案來實現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能。該系統(tǒng)的設(shè)計采用了嵌入式芯片，在嵌入式開發(fā)中軟件編程使用了實時操作系統(tǒng)，使軟件層次更加清晰，維護性強，模塊化標準。①此硬件設(shè)計方案如圖2所示：只需將圖中的MCU控制器換成嵌入式芯片即可。②此軟件設(shè)計方案如圖1所示：軟件設(shè)計方案與以上設(shè)計思想基本類似，故圖1上所示即可。2.2.3普通電機（交流電機）旋轉(zhuǎn)LED顯示屏設(shè)計①此硬件設(shè)計方案如圖2所示：只需將圖中的MCU控制器換成STC89C52芯片，將步進電機換成普通的交流電機即可。②此軟件設(shè)計方案如圖1所示：軟件設(shè)計方案與上設(shè)計思想基本類似，故圖1上所示即可。2.2.4方案比較及確定以上三個方案各有及優(yōu)缺點，個人總結(jié)而言，總的歸結(jié)為：以結(jié)構(gòu)設(shè)計盡量簡單，易于操作，易于理解，成本低廉為主要設(shè)計需考慮因素。從方案一來看，主要區(qū)別在于使用了步進電機來帶動LED的旋轉(zhuǎn)，這里的難點就在于步進電機的調(diào)速問題上。必須對步進電機的工作原理，如何調(diào)速，進行充分的理解。因為在不同的電機速度之下，產(chǎn)生的相應(yīng)的頻率是不同的，同時旋轉(zhuǎn)LED顯示屏所呈現(xiàn)出來的圖像不一樣，電機速度影響到單片機的定時器怎樣工作和定時的多少，還影響到程序的編寫。當(dāng)然，此設(shè)計如果能明確的知道電機的速度大小對于編程而言是相當(dāng)有利的；但是同時也需要對步進電機進行脈沖的發(fā)放，對程序的編譯亦同時提高了難度；但是個人認為，最為重要的則是對成本的考慮上，由于此設(shè)計需要較高的速度，而較高速度的步進電機成本是相當(dāng)高的，如果僅作為實驗觀賞用，制作一個產(chǎn)品還可以考慮此方案的可行性，但是若作為商品來銷售，我認為就沒有設(shè)計此產(chǎn)品的必要了，故暫且不使用此方案。從方案二來講，主要區(qū)別在于使用了嵌入式芯片來代替單片機，在以往的LED點陣系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)的控制核心是單片機，單片機負責(zé)數(shù)據(jù)的讀取，傳輸和顯示。由于單片機的存儲大小及多方面的限制，單片機作為控制核心時，在對顯示畫面不多，顯示畫面不大時是可以方便可行的。但是由于單片機執(zhí)行指令受時間的限制，當(dāng)顯示較大畫面時，單片機的速度難以滿足此要求，而結(jié)合嵌入式系統(tǒng)技術(shù)后，即采用嵌入式軟、硬件的集成方案來實現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能。個人認為，此設(shè)計本身的宗旨就不需要顯示較大的畫面，也不需要太大的存儲空間，對于普通的文字顯示和圖案顯示，單片機完全可以達到此要求，而且成本很低（STC89C51成本在5￥左右），而且嵌入式芯片，掌握起來較為復(fù)雜，不適合普通的，沒有接觸過此方面知識的人群的使用，使用較難，故暫且不使用此方案。從方案三來講，主要區(qū)別在于使用了普通的交流電機來代替方案一所使用的步進電機，實際設(shè)計時購買了一個普通功率的風(fēng)扇將風(fēng)扇中電機拆分即可使用，成本相當(dāng)?shù)牡?，而且在電源上也可直接使用AC220V電壓，方便快捷，與使用直流電機相比，省卻了設(shè)計電源這個麻煩，同時也降低了設(shè)計成本，在此次設(shè)計時選用了此方案，最大的優(yōu)勢就在于成本很低。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)總體硬件框圖電機電機電源電機電機電源按鍵輸入LED驅(qū)動MCU控制器電源（DC5V）LED(16個)電源（DC5V）圖3.1旋轉(zhuǎn)LED整體硬件結(jié)構(gòu)圖通過對整個設(shè)計框圖的剖析，通過對整個框圖及設(shè)計流程的了解，設(shè)計出如上圖所示的硬件框圖；在此框圖中運用了兩個獨立的直流電源分別對MCU控制器和LED進行供電，這一方面大大降低了硬件設(shè)計難度，另一方面也提高了LED的發(fā)光亮度，可行性高；整個核心設(shè)計都將圍繞此框圖展開進行。3.2系統(tǒng)設(shè)計具體結(jié)構(gòu)3.2.1系統(tǒng)前期設(shè)計具體結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)LED（雙層）動態(tài)顯示屏結(jié)構(gòu)正視圖：注：R≠注：R≠rrR供電裝置交流電機固定臺以放置的16個LED為例，必須將其穩(wěn)定的固定好，避免旋轉(zhuǎn)時，發(fā)生掉落圖3.2旋轉(zhuǎn)LED（單排）動態(tài)顯示屏前期結(jié)構(gòu)正視圖如圖3所示，由于此項課題設(shè)計較早，在前期設(shè)計時考慮采用雙排LED（各16個）不同半徑設(shè)計一雙層旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏以達到雙層顯示效果；兩排LED所采用的原理完全相同，完全遵屬于圖2所示的硬件框圖進行拓展，并最終將其設(shè)計出來，但此裝置設(shè)計時考慮欠佳，缺陷較多，最終以失敗告終。3.2.2系統(tǒng)后期設(shè)計具體結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)LED（單層）動態(tài)顯示屏結(jié)構(gòu)正視圖：如圖4所示，由于此項課題設(shè)計較早，在前期設(shè)計時考慮的欠佳，導(dǎo)致電機燒毀，電路板損壞，既而加以改進?，F(xiàn)利用剩余器件材料制成一單排旋轉(zhuǎn)LED顯示屏，所采用的原理完全完全遵屬于圖2所示的硬件框圖，并最終將其設(shè)計出來，此裝置在許多方面（成本，阻力）加以優(yōu)化，并最終設(shè)計出來，得到較好的顯示效果。供電裝置供電裝置交流電機固定臺以放置的16個LED為例，必須將其穩(wěn)定的固定好，避免旋轉(zhuǎn)時，發(fā)生掉落RR圖3.3旋轉(zhuǎn)LED（單排）動態(tài)顯示屏后期結(jié)構(gòu)正視圖3.3系統(tǒng)整體設(shè)計原理圖圖3.4單片機（STC89C52）引腳圖STC89C52的內(nèi)核和AT51系列單片機一樣，故引腳也相同。STC89C52的引腳功能現(xiàn)說明如下：1-8：I/OP1口（P1.0-P1.7）；9：復(fù)位腳（RST/Vpd）；10-17：I/OP3口（P3.0=RXD，P3.1=TXD，P3.2=-INT0，P3.3=-INT1，P3.4=T0，P3.5=T1，P3.6=-WR，P3.7=-RD）18、19：晶振（18=XTAL2，19=XTAL1）；20:地（Vss）；21-28：I/OP2口（P2.0-P2.7)；29：-PSEN；30：ALE/-PROG；31：-EA/Vpp32-39：I/OP0口（P0.7-P0.0）；40：+5V電源。注：引腳功能前加“-”，說明其是低電平有效。如P3.2=-INT0。3.3.1系統(tǒng)前期整體設(shè)計原理圖原理圖詳見附錄I圖23所示。根據(jù)圖2所示的硬件框圖設(shè)計出圖23所示的原理圖，圖中所示的VCC運用了同一個直流電源，但是在實際調(diào)試中，在同一電源（5V）共同對單片機和LED（16個）進行供電時，在程序運行時，出現(xiàn)了電壓輸出不穩(wěn)定。對于單片機而言對電壓的要求則在3V以上，而VCC則為5V，此VCC若同時對二者進行供電則不能達到程序運行的要求。最終以分開供電（各5V）方式，并獲得成功。3.3.2系統(tǒng)后期整體設(shè)計原理圖利用Protel99SE軟件畫出相關(guān)原理圖，此原理圖詳見附錄I圖24所示后期設(shè)計原理同前期完全相同，只是在硬件設(shè)計上由雙排改為單排顯示，降低了運行負載和實驗成本，仍以獨立供電的方式運行，最終獲得較佳的實驗效果。3.3.3系統(tǒng)設(shè)計下載模塊原理圖由于調(diào)試時，需要對程序反復(fù)進行下載，需要制作一個下載通訊器，亦是為了下載程序的方便；在此運用RS232和MAX232可以簡單實現(xiàn)上位機和單片機的通信功能，可以輕松的對程序進行下載并運行。原理圖詳見附錄I圖25所示。eq\o\ac(○,1)DB9相關(guān)資料

圖3.5DB9引腳圖表3.1DB9引腳功能說明引腳123456789簡寫DCDRXDTXDDTRSGDSRRTSCTSRI功能說明載波偵測接收數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)終端準備信號地線數(shù)據(jù)準備好請求發(fā)送清除發(fā)送振鈴指示eq\o\ac(○,1)MAX232相關(guān)資料圖3.6MAX232引腳圖MAX232引腳功能說明：MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標準串口設(shè)計的接口電路,使用+5v單電源供電。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。在充分了解到原理之后，畫出原理圖，詳見附錄I圖25所示：制作出專用下載模塊，實驗證明，可以成功的對程序進行下載，并可以成功運行。3.4系統(tǒng)整體設(shè)計PCB電路板3.4.1系統(tǒng)前期整體設(shè)計PCB電路板（單層）此圖PCB詳見附錄II圖26所示：利用Protel99SE軟件根據(jù)附錄I圖23原理圖制成PCB電路板，考慮到成本因素，在PCB布線時均采用單層（頂層）布線，根據(jù)實際設(shè)計并在PCB中測量好尺寸大小，以便制作成實際集成電路板，所以實際尺寸大小的設(shè)計非常重要，不僅可以對成本進行合理控制，在PCB實際制作時，需注意對外形進行合理布局，盡量做到美觀，但是可行性依然需放在首要位置。此示意圖是利用Protel99SE軟件根據(jù)所繪出的原理圖制成PCB電路板，根據(jù)所制成的電路板，并在軟件中實際測量并計算出該電路板的實際尺寸大小。在Protel制作PCB時，所使用到的長度單位為：mil，在轉(zhuǎn)換成實際常見的長度是需注意，不能出錯。計量單位：1mil=0.0254mm。通過這一計量單位的轉(zhuǎn)換可以輕松的計算出該PCB板的實際尺寸。具體大小詳見圖8所示。3.4.2系統(tǒng)后期整體設(shè)計PCB電路板（單層）此圖PCB詳見附錄II圖27所示：根據(jù)附錄I圖24原理圖制成此PCB，與前期制作的PCB電路板原理完全相同，慮到成本因素，在PCB布線時均采用單層（頂層）布線，原理上對前期的雙排改動為單排，采用的原理均為圖2所示，在外形設(shè)計上有所改動，但在最終實際設(shè)計時有所改動，具體情況見實物分析。根據(jù)實際制作的PCB，根據(jù)計量轉(zhuǎn)換單位：1mil=0.0254mm。測量出此PCB大小，通過這一計量單位的轉(zhuǎn)換可以輕松的計算出該PCB板的實際尺寸。具體大小詳見圖9所示：1011014076112單位/mm4076112單位/mm5776577640101單位/mm圖3.8系統(tǒng)后期整體設(shè)計PCB電路板尺寸示意圖3.4.3系統(tǒng)設(shè)計下載模塊電路板（單層）根據(jù)附錄I圖25原理圖制成下載模塊PCB電路板，實際PCB詳見附錄II圖28所示。5959單位/mm單位/mm4141圖3.9系統(tǒng)設(shè)計下載模塊PCB電路板尺寸示意圖根據(jù)實際制作的PCB，根據(jù)計量轉(zhuǎn)換單位：1mil=0.0254mm。測量出此下載模塊PCB大小，通過這一計量單位的轉(zhuǎn)換可以輕松的計算出該PCB板的實際尺寸。具體大小詳見圖10所示：注：由于考慮到成本和實驗室實際條件等因素，系統(tǒng)設(shè)計的所有PCB電路板均未制成集成電路板；但雖如此，所有的電路圖均由人工手工焊接布線完成，并均制作成功，雖然布局美觀上是不如集成電路板，均但可用，獲得成功。3.5元器件選型①發(fā)光二極管（LED）外型：5mm大草帽外徑：5mm光色：綠色亮度：4000mcd電壓：3.0v—3.2v電流：17—20mA視角：120度壽命：100000小時以上②單片機型號：STC89C52引腳輸出電壓：5V數(shù)量：1片③晶振規(guī)格：11.0592MHz數(shù)量：1個④電阻：規(guī)格：470功率：1/2W精度：5%。數(shù)量：16個⑤交流電機電壓：AC220V轉(zhuǎn)速：900rad/min.其余參數(shù)：未知⑥電容（無源）規(guī)格：15p。數(shù)量：2片⑦電池(DXP型)規(guī)格：3V。數(shù)量：4片⑧MAX232EPE（DXP型）引腳：DIP-16電源：+5V外部通訊口：RS232外部電容（無源）：0.1uF數(shù)量：1片⑨RS232轉(zhuǎn)接頭DB9母轉(zhuǎn)接頭第四章旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏設(shè)計的控制思想4.1本課題的實現(xiàn)基本原理4.1.1成像基本原理實踐證明,人的大腦無法清晰辨識運動速度過快的物體。當(dāng)物體運動速度達到20~40轉(zhuǎn)/秒時，大腦無法辨別物體的運動。3rad/s的影像15rad/s時的影像3rad/s的影像15rad/s時的影像60rad/s時的影像圖4.1人眼暫留效應(yīng)示意圖所以在這種情況之下，由于人的眼睛存在視覺暫留現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)LED顯示器能夠很好地利用人眼的視覺暫留特性，利用高速旋轉(zhuǎn)電機帶動一排LED燈旋轉(zhuǎn)，通過控制LED燈的閃爍時間和頻率，就可呈現(xiàn)一幅完整的畫面，如顯示字符、圖片。4.1.2漢字顯示原理我們以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國標漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形。圖4.2漢字顯示原理圖4.2字體、圖形具體顯示過程解析此設(shè)計所需的字模，可視為一16*16的點陣字模，具體如下圖所示：1234567811091112131415161234567811091112131415161P1.71P1.72P1.62P1.63P1.53P1.54P1.44P1.45P1.35P1.36P1.26P1.27P1.17P1.18P1.08P1.09P2.79P2.710P2.610P2.611P2.511P2.512P2.412P2.413P2.313P2.314P2.214P2.215P2.115P2.116P2.016P2.0圖4.3字體顯示示意圖注：表示LED點亮；表示LED未點亮。4.2.1變量定義將圖12中的P0整個8位I/O端口替換為P1，I/O口即可，并且排序為：從上至下：P1.7--P1.0，與圖中有所差別；實際設(shè)計時上8位設(shè)計為P1，I/O端口。此設(shè)計8位的STC89C52單片機控制，由于單片機的總線為8位，一個字需要拆分為2個部分。一般我們把它拆分為上部和下部，上部由8*16點陣組成，下部也由8*16點陣組成。故變量定義為：16個LED所對應(yīng)的I/O接口為；eq\o\ac(○,1)上8位：從上至下對應(yīng)為:P1.7，P1.6，P1.5，P1.4，P1.3，P1.2，P1.1，P1.0；eq\o\ac(○,2)下8位：從上至下對應(yīng)為：P2.7，P2.6，P2.5，P2.4，P2.3，P2.2，P2.1，P2.0。實際設(shè)計I/O端口為低電平有效。如圖13所示。4.2.2字體、圖形顯示解析在本例中單片機首先顯示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的P10---P17口。方向為P17到P10,顯示漢字“大”時，P12點亮,由下往上排列，為P1.0滅，P1.1滅,P1.2亮P1.3滅,P1.4滅,P1.5滅,P1.6滅,P1.7滅。即二進制00000100，轉(zhuǎn)換為16進制為04h。上半部第一列完成后，繼續(xù)掃描下半部的第一列，為了接線的方便，我們設(shè)計成由上往下掃描，即從P27向P20方向掃描，從圖可以看到，這一列全部為不滅，即為00000000，16進制則為00h。然后單片機轉(zhuǎn)向上半部第二列，仍為P12點亮，為00000100，即16進制04h；這一列完成后繼續(xù)進行下半部分的掃描，P21點亮，為二進制00000010，即16進制02h.依照這個方法，繼續(xù)進行下面的掃描，一共掃描32個8位，可以得出漢字“大”的掃描代碼為：利用16*16點陣字模提取軟件將“大”字字模提?。ㄒ嗫僧嫳硗扑?，但速度較慢，不可?。?。如圖所示，取模時設(shè)置為豎向讀?。汗省按蟆弊?6進制字模為：0x04,0x00,0x04,0x02,0x04,0x02,0x04,0x040x04,0x08,0x04,0x30,0x05,0xC0,0xFE,0x000x05,0x80,0x04,0x60,0x04,0x10,0x04,0x080x04,0x04,0x0C,0x06,0x04,0x04,0x00,0x00注：由于實際設(shè)計為低電平輸出有效，故：在實際編程時需對所有的16進制字模進行取反操作?，F(xiàn)將此字模定義為一數(shù)組（以單獨顯示“大“字為例）：調(diào)試程序為:unsignedcharcodezimu[]={0x04,0x00,0x04,0x02,0x04,0x02,0x04,0x04，0x04,0x08,0x04,0x30,0x05,0xC0,0xFE,0x00，0x05,0x80,0x04,0x60,0x04,0x10,0x04,0x08，0x04,0x04,0x0C,0x06,0x04,0x04,0x00,0x00}voiddelay(unsignedt)//延時tms{ unsignedchari; while(t--) { for(i=0;i<125;i++); {;}; }}voidDISPLAY_OFF(){ P1=0xff; P2=0xff;}voidmain(){ while(1) { for(x=0;x<=60;x++) { for(j=0;j<=15;j++) { P1=~zimu[j*2];//由于此設(shè)計為低電平輸出有效，故在處理字模時需加以取反 P2=~zimu[j*2+1]; delay(t);//此T1時間的大小即為：第n列顯示到第n+1列顯示時的時間間隔；t的值與電機轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，取值非常重要；與圖像的成型及清晰度，穩(wěn)定度密切相關(guān)。模擬圖詳見圖14 } DISPLAY_OFF(); delay(y);//此; } }注：此程序為一單字調(diào)試程序，作為主程序參考所用。此程序?qū)崿F(xiàn)的功能為：此為調(diào)試單字程序，屏幕只顯示一個“大”字，并且在緩慢移動（電機運行不穩(wěn)，無法測得精確速度所致）。4.2.3部分計算及說明如圖14模擬圖所示，很形象的現(xiàn)實出單子運行的情況，假設(shè)電機轉(zhuǎn)速為n（rad/s），單字大小如圖所示，所占角度為（單位/度）；單字所占用的面積為S（單位/m2）；16個LED所占高度為h（單位/m）,旋轉(zhuǎn)半徑為R（單位/m）；y,t為未知參數(shù)（單位為ms）。故經(jīng)整理為：RLERLEDh圖4.4單字顯示模擬圖eq\o\ac(○,1)；(大小決定字體顯示大小，可調(diào)),（單位/s）.；eq\o\ac(○,2)；（單位/s）.；eq\o\ac(○,3)；(單位/m2)。如圖11所示，在公式eq\o\ac(○,1)中，結(jié)合以上程，在程序中delay(t)為第n列顯示到第n+1列顯示時的時間間隔；t值與電機轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，取值非常重要；與圖像的成型及清晰度，穩(wěn)定度密切相關(guān)。在公式eq\o\ac(○,2)中delay(y)為對一字模掃描完成后，P1，P2端口全置高電平（LED熄滅）所需時間。在公式eq\o\ac(○,3)中，S為單字顯示時所占用的面積，由于h為一定值，此面積則可根據(jù)的大小調(diào)整，為一可調(diào)值，其值的改變直接影響到字體大小的顯示，根據(jù)實際情況及美觀程度來調(diào)整，實為必要。以上所述則為電機運行一周時所需執(zhí)行的程序，由于電機運行速度非?？?，電機在每運行一周均執(zhí)行以上程序，又由于人的眼睛存在視覺暫留現(xiàn)象，故一個完整的“大”字將出現(xiàn)在綠色的屏幕上。注：此僅為一個字的調(diào)試程序，如需增加字數(shù)，則相應(yīng)的t，y大小都將改變，需要進行反復(fù)調(diào)試。第五章系統(tǒng)的安裝與調(diào)試5.1旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏的設(shè)計實物5.1.1旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏的前期設(shè)計實物圖5.1旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏后期設(shè)計實物545489895711257112單位/mm圖5.2旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏的設(shè)計前期實物實際尺寸示意圖如圖15所示，此為前期設(shè)計的實際實物，在此實物中前期設(shè)計的PCB電路板與實際設(shè)計實物有所誤差，經(jīng)過精密測量出實際尺寸大小，具體尺寸大小如圖16所示。5.1.2旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏的后期設(shè)計實物圖5.3旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏后期設(shè)計實物圖8013801327312362單位/mm圖5.4旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏的設(shè)計后期實物實際尺寸示意圖如圖17所示，此為后期設(shè)計的實際實物，在此實物中后期設(shè)計的PCB電路板與實際設(shè)計實物有所誤差，經(jīng)過精密測量出實際尺寸大小，具體尺寸大小如圖18所示。5.1.3旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏的下載模塊設(shè)計實物圖5.5下載模塊設(shè)計實物40403030單位/mm單位/mm圖5.6下載模塊實際尺寸示意圖如圖19所示，此為設(shè)計的實際實物，在此實物中后期設(shè)計的PCB電路板與實際設(shè)計實物有所誤差，經(jīng)過精密測量出實際尺寸大小，具體尺寸大小如圖20所示。5.2系統(tǒng)設(shè)計存在的問題5.2.1硬件設(shè)計不足①前期硬件設(shè)計由于前期，多方面的準備不足，及相關(guān)知識的了解不夠清晰，在硬件上設(shè)計時也出現(xiàn)了諸多的問題；從實物圖中可明顯的看出，此設(shè)計所占面積較大，勢必也加重了電機的運行負載，同時也需要打功率的電機才能達到需要的轉(zhuǎn)速要求，從而也加大了成本。在實際調(diào)試中，電機帶動是風(fēng)阻相當(dāng)大，且運行起來十分吃力，電機發(fā)熱快，難以達到穩(wěn)速運行，危險性實為相當(dāng)?shù)拇?，最后?dǎo)致了電機燒毀，電路板損壞的結(jié)果，這些都是在實際調(diào)試中所遇到的，相當(dāng)?shù)牟豢扇?。②后期硬件設(shè)計由于吸取了前期失敗的經(jīng)驗（板子損壞，電機燒毀），根據(jù)剩余的材料重新加以制作，減小了設(shè)計面積、阻力，電機功率，從而大大的降低了成本，與前期相比改進許多。由于時間所致就暫且制成如圖所示的實物，如有時間，完全可以制作一個自認為超低阻力，超低成本的旋轉(zhuǎn)LED動態(tài)顯示屏出來。5.2.2軟件調(diào)試存在的問題①前期軟件調(diào)試結(jié)果由于前期，多方面的準備不足，及相關(guān)知識的了解不夠清晰，在對C語言的了解有所遺忘，且知識掌握不夠扎實，導(dǎo)致在編程時，出現(xiàn)了諸多的問題；此設(shè)計的硬件設(shè)計直接決定了軟件的編寫，對軟件中相關(guān)時間的確定起著決定性的作用，比如在程序中由于硬件上設(shè)計本身