旋轉(zhuǎn)LED設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 單 片 機(jī) 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告班級(jí)：13應(yīng)電2班 學(xué)號(hào)：1305220145 1305220107 1305220111 姓名：陳麗云 組員：郭榮 雷肖鋒 指導(dǎo)老師：鄭曉青 時(shí)間：2015年06月10日 目錄一、設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)題目31 設(shè)計(jì)目的32 課程設(shè)計(jì)題目：旋轉(zhuǎn)LED31 設(shè)計(jì)的任務(wù)32 功能描述4三、總體設(shè)計(jì)41 方案論證41）系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)42）電路結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)63）電路原理圖的設(shè)計(jì)6四、硬件原理分析71硬件設(shè)計(jì).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(shí)物圖12五、軟件設(shè)計(jì)141 地址空間分配：142 軟件整體架構(gòu)分析：14六、設(shè)計(jì)

2、心得16七、 器件清單17附錄1 源程序20一、設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)題目1 設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)之后又一重要的實(shí)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(shí)與單元電路的設(shè)計(jì)能力之后，綜合所學(xué)知識(shí)進(jìn)一步學(xué)習(xí)電子電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)方法，為今后從事電子技術(shù)領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)基本要求。通過課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)課程的基本知識(shí)去解決某一實(shí)際問題的實(shí)際本領(lǐng)，加深對(duì)該課程知識(shí)的理解；鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識(shí)與初步的專業(yè)技能。2 課程設(shè)計(jì)題目：旋轉(zhuǎn)LED二、設(shè)計(jì)的任務(wù)及功能描述1 設(shè)計(jì)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(jì)有關(guān)部門的資料(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力。方案的選擇：樹立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性,又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性。提高分析和解決實(shí)際問題的能力：迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力。計(jì)算機(jī)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(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2 功能描述1)基本要求：（1） 利用單片機(jī)控制顯示文字；（2） 用5V電壓直接給電機(jī)供電；（3） 利用無線供電技術(shù)，設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)1 方案論證人眼在觀察景物時(shí)，光信號(hào)傳人大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時(shí)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(shí)值是二十四分之一秒，通常情況下，視覺殘留會(huì)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(huì)被認(rèn)為是連續(xù)的圖像。視覺殘留是動(dòng)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(dòng)態(tài)掃描和機(jī)械旋轉(zhuǎn)兩部分，其實(shí)質(zhì)就是與機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)配合起來的動(dòng)態(tài)掃描顯示技術(shù)。1）系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)LED顯示屏是通過一個(gè)旋

5、轉(zhuǎn)的電路板，電路板上排列的16個(gè)LED燈受單片機(jī)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(jì)的。采用高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)帶動(dòng)電路板高速旋轉(zhuǎn)，從視覺效果上就會(huì)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(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)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(diǎn)，是LED顯示屏的一個(gè)新的發(fā)展方向。其實(shí)質(zhì)就是與機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)配合起來的動(dòng)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(shí)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(shí)踐素質(zhì)。本設(shè)計(jì)利用高速旋轉(zhuǎn)中控制LED的

6、亮滅，進(jìn)行字符的顯示，控制器采用單片機(jī)，完成顯示內(nèi)容的傳輸、字庫(kù)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(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)行到某一位置時(shí)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(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)更換位置來實(shí)現(xiàn)的。旋轉(zhuǎn)LED顯示的旋轉(zhuǎn)顯示，可采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)的掃描方式。2）電路結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)開始 手機(jī)充電器供電電機(jī)通電無線供電單片機(jī)接通紅外接受管感應(yīng)電機(jī)帶動(dòng)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(jì)3）電路原理圖的設(shè)計(jì)圖3.3.1 總電路圖四、硬件原理分析1硬件設(shè)計(jì) 電路板使用單面板，自己設(shè)計(jì)PCB，單

7、面板上有一排高亮的貼片LED，是旋轉(zhuǎn)時(shí)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(diǎn)所在，為了看起來美觀，使電路板更精巧，我把單片機(jī)、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(jì)好單面板的電路板上，這樣可以使旋轉(zhuǎn)的電路成為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，只需要外部送電進(jìn)來就可以正常運(yùn)作。電路板中心鉆一個(gè)電機(jī)軸的插孔，插孔為半圈并且半徑與電機(jī)軸相等，電機(jī)軸插入其中帶動(dòng)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(gè)、柱面16個(gè)?？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(diǎn)有16個(gè)點(diǎn)。當(dāng)然，這只是視覺上的顯示效果。通過之前的設(shè)計(jì)方案

8、，利用編程可實(shí)現(xiàn)平面時(shí)鐘顯示和柱面顯示文字效果。除了以上幾點(diǎn)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(jī)速度因?yàn)楦鞣N原因而不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)下一圈所用的時(shí)間多于（或少于）上一圈的，那么數(shù)字“12”將會(huì)移到上一次顯示位置的左側(cè)（或右側(cè)）。為了解決這個(gè)問題，在板上加裝一個(gè)紅外接收管，如圖3.3.1所示。當(dāng)接收到與之配對(duì)的紅外發(fā)光二極管（紅外發(fā)光二極管安裝在電機(jī)外殼上，并與接收管對(duì)齊）發(fā)出的紅外線后，就會(huì)反向?qū)ǎ拥絾纹瑱C(jī)P4口，將會(huì)觸發(fā)單片機(jī)并寫入編程表示轉(zhuǎn)過了一圈。有了這個(gè)信號(hào)，單片機(jī)就可以在指針板旋轉(zhuǎn)過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)計(jì)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(shí)鐘的核心部件單片機(jī)，對(duì)程序存儲(chǔ)量和控制能力要求并不高，選擇STC89C52RC單片機(jī)綽綽有余。本設(shè)計(jì)充分運(yùn)用89C52的各個(gè)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(gè)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(jì)算出初次級(jí)線圈匝數(shù)、銅線直徑、線圈直徑，次級(jí)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?yàn)榫€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(duì)管：紅外對(duì)管是一種常用的光電器件所謂對(duì)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(duì)齊時(shí)，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(gè)電阻和電容就可以實(shí)現(xiàn)，外部再初級(jí)線圈。4） 電源基座供電部分：直接使用5V手機(jī)充電器為電源基座、電機(jī)供電。5）電機(jī)的選擇：采用12V直流電機(jī)，5V供電時(shí)，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(jī)外還需要一個(gè)支架將電機(jī)固定起來，由于電機(jī)在帶動(dòng)指針板轉(zhuǎn)動(dòng)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(huì)是電機(jī)晃動(dòng)，所以必須要穩(wěn)重的支架來牢牢固定住電機(jī)。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(shí)物圖文字效果圖主面板實(shí)物圖電源供電及頻率振蕩部分實(shí)物圖整體框圖五、軟件設(shè)計(jì)1 地址空間分配：1） 平面16個(gè)LED地址分配：P1.0-P1.7、P0.0-P0.72） 側(cè)面16個(gè)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(jì)思路程序以縱列向上掃描，利用延時(shí)函數(shù)增加文字的寬度（視覺暫留），同時(shí)使用取模軟件，計(jì)算16進(jìn)制的掃描碼。首先判斷紅外的對(duì)接，以紅外的端口為起點(diǎn)，逆時(shí)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(jìn)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(diǎn)亮對(duì)應(yīng)LEDLED顯示方式六、設(shè)計(jì)心得經(jīng)歷了星期的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的創(chuàng)新性試驗(yàn)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，感慨萬千，這次創(chuàng)新性設(shè)計(jì)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(gè)接一個(gè)解決了，作品也慢慢成型了。腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度不怕困難，堅(jiān)持不懈，吃苦耐勞的精神是我們組在這次設(shè)計(jì)中最大的收益，這是一次意志的磨練，是對(duì)我們實(shí)際能力的一次提升。在制作旋轉(zhuǎn)過程時(shí)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(duì)管來同步轉(zhuǎn)速，時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速一定要很穩(wěn)定。第二，在制板的過程中，PCB的測(cè)量與實(shí)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(diǎn)，就是上位機(jī)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(gè)取模，通過時(shí)達(dá)兩天的時(shí)間，最終調(diào)試成功程序，雖然有點(diǎn)抖動(dòng)?？偨Y(jié)一句，最難的不是硬件，而是程序的設(shè)計(jì)，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(huì)越來越好，做出更好的作品。7、 器件清單元件名稱型號(hào)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(lán)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(jī)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(chǎng)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(shí)鐘/計(jì)時(shí)/可編程計(jì)時(shí)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(jī)固定件 線圈固定件1十字旋轉(zhuǎn)LED電機(jī)  RF370電機(jī) RF-370CA-15370電機(jī)14148貼片整流二極管4附錄1 源程序/*時(shí)間:2015年6月18日 19:22:35項(xiàng)目:旋轉(zhuǎn)點(diǎn)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(diǎn)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(jì)",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