基于單片機(jī)的LED旋轉(zhuǎn)顯示屏設(shè)計(jì)及研究報(bào)告

1、. 學(xué)科代碼：080601 學(xué) 號(hào)：4 貴 州 師 大 學(xué)本 科畢 業(yè) 論 文題 目：基于單片基的LED旋轉(zhuǎn)顯示屏研究學(xué) 院：機(jī)械與電氣工程學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化年 級(jí)：2011級(jí)姓 名： 朱峰指導(dǎo)教師： 胡波講師完成時(shí)間：2015年4月25日摘 要進(jìn)入新世紀(jì)，光電子產(chǎn)業(yè)得到社會(huì)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)用于室外需要進(jìn)展效勞容和效勞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)越性表達(dá)得非常明顯，在當(dāng)今高度興旺的經(jīng)濟(jì)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(jì)是數(shù)字傳播的時(shí)代，隨著LED技術(shù)的應(yīng)用

2、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(jì)，是利用人眼視覺暫留效應(yīng)，通過高速電機(jī)帶動(dòng)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，完全無欣賞死角，給人們一種新的視覺體驗(yàn)。本設(shè)計(jì)基于AT89S52單片機(jī)，采用獨(dú)立的LED，通過直流電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，可形成立體效果，使其更加絢麗，更具有欣賞性，可廣泛應(yīng)用于家居，企業(yè)和公共場所。針對(duì)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(diǎn)，利用電機(jī)帶動(dòng)LED顯示陣列高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)環(huán)形顯示，到達(dá)360全視角，在一樣顯示信息量上降低產(chǎn)品體積，減少對(duì)發(fā)光二極管的使用，設(shè)計(jì)一個(gè)可

3、以經(jīng)常方便變換容、能夠攜帶方便、信息容量大、價(jià)格低廉、構(gòu)造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;AT89S52;單片機(jī)AbstractInthenewcentury,thephotoelectronindustrywideattentionbysociety,LEDdisplayasanimportantmeansofinformationdissemination,hasbeenwidelyusedinindoorandoutdoorservices,contentandservicesneededpublicitypurposesinpublicp

4、laces.Inparticular,thereisnoprojectorinplace,rotatingLEDssuperiorityreflectedveryclearlyintodayshighlydevelopedeconomymarkets,creative,applicationwide,thediversionofconvenient,attractiveinformationdisseminationsystemise*tremelyimportant!Thetwenty-firstcenturyistheeraofdigitalmunication,withtheLEDtec

5、hnologyandthepopularityofdigitalLEDdisplayiswidelyused.TraditionalLEDdisplaytoeffectmostlyflat,circularrotatingLEDdisplaydesignistheuseoftemporarystayinthehumanvisualeffects,high-speedmotortodrivetheLEDarrayrotation,theformationof360-degreecirculardisplaycanstandonanypointofview,pletewithoutviewingd

6、ead,togivepeopleanewvisuale*perience.ThedesignisbasedonAT89S52MCU,usingseparateLED,drivenbyDCmotorrotation,canformthree-dimensionaleffect,makeitmorecolorful,morespectator,canbewidelyusedinhomes,businessesandpublicplaces.ViewtraditionalLEDdisplaysingle,largerandlargernumberofrequiredcharacteristicsof

7、light-emittingdiode,LEDdisplayofmotordrivencirculararrayofhigh-speedrotationofthedisplay,to360fullview,inthesameamountofinformationdisplayedonthelowerproductvolumeandreduceontheuseofLEDs,thedesigncanoftenfacilitatethetransformationofacontent,canbeportable,highinformationcontent,lowcost,simplestructu

8、re,theinformationbroadcastsystem,therotatingLEDdisplay.Keywords:Rotary;LEDarray;circulardisplay;AT89S52;SCM目 錄引言1國外研究現(xiàn)狀2第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)31.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)31.2總體設(shè)計(jì)3第二章 硬件設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)的工作原理42.2 電機(jī)選取52.3系統(tǒng)供電方案52.4 主控芯片選取62.5 電機(jī)改裝62.5.1 供電電源62.5.2 實(shí)現(xiàn)方法62.6 重心調(diào)節(jié)72.7 電源設(shè)計(jì)72.8 LED旋轉(zhuǎn)同步設(shè)計(jì)82.8.1 中斷系統(tǒng)82.8.2 LED驅(qū)動(dòng)電路92.9 旋轉(zhuǎn)LED顯示原

9、理12第三章系統(tǒng)中所用到的nRF401無線芯片介紹133.1無線數(shù)據(jù)收發(fā)組成構(gòu)造133.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程133.3無線收發(fā)芯片nRF401介紹143.4芯片部構(gòu)造15第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)174.1軟件的總體設(shè)計(jì)174.2系統(tǒng)各模塊程序的設(shè)計(jì)17主機(jī)程序模塊184.2.2從機(jī)程序模塊19第五章 結(jié)論20辭21參考文獻(xiàn)22附錄23. 引言由于科技技術(shù)的不斷突破，電子技術(shù)的開展越來越快取得了驚人的進(jìn)步。特別是近幾年來，電子技術(shù)的開展突飛猛進(jìn)，無論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)，還是其它領(lǐng)域都隨之發(fā)生了重大改變，也為技術(shù)創(chuàng)新奠定堅(jiān)實(shí)的理論根底。我們應(yīng)當(dāng)具備創(chuàng)新和開發(fā)的能力，本文所介紹的旋轉(zhuǎn)LED顯示屏就是一個(gè)例子。通過單

10、片機(jī)的應(yīng)用和普通直流電機(jī)的改裝實(shí)現(xiàn)這一功能，通過良好的視覺效果激發(fā)我們對(duì)電子科學(xué)的興趣。柱式旋轉(zhuǎn)LED顯示屏是一種比擬新穎的顯示屏，總的來看本錢低是一大優(yōu)勢，另外像大廳和候車室之類的場合，360度的可視角度使之非常適合。如果能解決好顯示亮度問題，便可應(yīng)用于室外，像一些廣告塔、樓頂?shù)葓龊?，LED顯示屏的一個(gè)新品種、是未來開展的方向。這類顯示屏如果在進(jìn)一步，解決視頻數(shù)據(jù)的傳輸，就可以做出旋轉(zhuǎn)柱式視頻顯示屏，控制電路的視頻顯示較為成熟，顯示器件用 RGB 陣列，應(yīng)用圍則可以大大增加。本文所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)旋轉(zhuǎn)LED顯示屏是以AT89S52單片機(jī)為核心，最大限度的利用了單片機(jī)的資源，與LED驅(qū)動(dòng)芯片嚴(yán)

11、密結(jié)合，通過無線收發(fā)芯片控制，實(shí)現(xiàn)顯示功能。本文分為七章，詳細(xì)說明了LED旋轉(zhuǎn)屏的設(shè)計(jì)方法、原理、以及設(shè)計(jì)流程。第一章主要介紹系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。第二章主要介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，對(duì)電路的設(shè)計(jì)原理和芯片選擇以及各硬件選??；第三章是對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中所用到的nRF401無線芯片的介紹。第四章是系統(tǒng)的軟件介紹。主要是對(duì)MA*公司的LED驅(qū)動(dòng)芯片MA*6969的介紹。國LED顯示屏研究現(xiàn)狀我國的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的開展，根本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。在國市場上，國產(chǎn)LED顯示屏的市場占有率近100%，國外同類產(chǎn)品根本沒有市場，LED所占的市場將會(huì)越來越大，影響也會(huì)越來越深遠(yuǎn)。我國的LED顯示屏產(chǎn)

12、業(yè)已成較大規(guī)模，技術(shù)水平相對(duì)領(lǐng)先，應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛的特點(diǎn)。2008年舉行的奧運(yùn)盛會(huì)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(yùn)盛會(huì)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年奧運(yùn)會(huì)的開幕式、比賽場館、奧運(yùn)文化廣場以及奧林匹克公園等LED工程中，國LED企業(yè)承接了主要的工程工程，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)開展水平。也表達(dá)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國外LED顯示屏研究現(xiàn)狀 對(duì)于國外LED顯示屏的研究上了一個(gè)新的

13、層次，如日本Hibino公司展示的產(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(gè)綜合會(huì)聚了影像、照明、舞臺(tái)道具、背景燈元素的立體影像空間。從可視性影像到體驗(yàn)型影像，展示演出及舞臺(tái)設(shè)計(jì)創(chuàng)意空間得到擴(kuò)展，視覺表現(xiàn)的世界無限延伸。隨著LED高性能材料的開展，LED顯示屏也必將得到開展，從而旋轉(zhuǎn)LED顯示屏也將隨之開展，并相信，旋轉(zhuǎn)LED顯示屏將會(huì)給人們的生活帶來更多的便利，造福于人類。第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)研究和設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)LED顯示屏的設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)通過用MCS-51匯編語言系為核心的控制裝置，通過控制電機(jī)保持一定的速度和穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)，由單行LED掃描顯示屏

14、幕旋轉(zhuǎn)；單片機(jī)根據(jù)LED旋轉(zhuǎn)的速度，控制LED發(fā)光或熄滅，形成視覺圖形點(diǎn)陣顯示。1.2總體設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)LED顯示屏的系統(tǒng)總框圖，如圖所示。該系統(tǒng)由五個(gè)局部組成：系統(tǒng)供電模塊、顯示單元、通訊單元、控制單元和鍵盤輸入單元。其中，單片機(jī)控制的LED顯示屏由MA6969高電流LED控制器一起控制，鍵盤是用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能，系統(tǒng)權(quán)力來自電機(jī)的中心，采用的是外接電源。用戶可以通過按鈕主單片機(jī)輸入命令，并從單片機(jī)通過串口命令無線傳輸，從單片機(jī)的解碼命令MA6969周期和高電流LED控制器來控制LED顯示。芯片系統(tǒng)中，主單片機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互的接口，負(fù)責(zé)主機(jī)命令的翻譯從單片機(jī)，以提高和更新系統(tǒng)。外接電源直流電機(jī)L

15、ED陣列功能按鍵切換控制芯 片nRF401無線收發(fā)器nRF401無線收發(fā)器控制芯片電機(jī)驅(qū)動(dòng)LED顯示模塊電源模塊電機(jī)圖1.2.1 系統(tǒng)總框圖第二章硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的工作原理本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)位主控芯片，在一個(gè)固定臺(tái)上安裝一個(gè)普通的電機(jī)，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接桿旋轉(zhuǎn)，在連接桿的兩端安裝有兩排弧形LED陣列，這兩排LED陣列半徑不同，因而旋轉(zhuǎn)起來會(huì)呈現(xiàn)雙層環(huán)形效果。其構(gòu)造示意圖如圖2.1.1所示。其原理圖如圖2.1.2所示。Led裝置Led裝置普通電機(jī)固定臺(tái)圖2.1.1 旋轉(zhuǎn)式LED環(huán)形顯示屏構(gòu)造圖高速旋轉(zhuǎn)之后電 機(jī)圖2.1.2 旋轉(zhuǎn)式LED環(huán)形顯示屏原理圖2.2 電機(jī)選取方案1：采用步

16、進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)可以準(zhǔn)確的定向，但分辨率的圖像或文字是有限的由步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角確定。并且步進(jìn)電機(jī)和控制電路的本錢較高，并且需要單片機(jī)控制，占用CPU的資源。方案2：采用普通的電機(jī)。此方案不占用單片機(jī)I/O口，節(jié)省單片機(jī)資源，使用方便，本錢較低，通過簡單的改裝，可以給系統(tǒng)供電。綜合所有考慮，為了節(jié)約本錢，簡化系統(tǒng)電路，以及能更方便的為系統(tǒng)供電，使系統(tǒng)能夠長期工作，所以采用方案2。2.3 系統(tǒng)供電方案方案1：采用固定電池供電。電路板是直接連接到電池，為系統(tǒng)供電。這種供電模式是相對(duì)簡單的。然而，有兩個(gè)問題很難解決。首先，高亮度LED的功率功耗較大，而電池儲(chǔ)存能力是有限的，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的長期運(yùn)行；其次

17、，由于電池的體積和重量比擬大，假設(shè)固定在板上，電池用完后，難以取換。如果他不固定，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)可能漏掉，造成平安隱患。同時(shí)，也增加了旋轉(zhuǎn)重心的調(diào)節(jié)的難度。因此，故不采用此方法。方案2：采用電刷供電。在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，添加一個(gè)電刷，通過電刷為系統(tǒng)供電。這種方法可以長時(shí)間使系統(tǒng)供電，但由于增加電刷，電機(jī)的摩擦增加，會(huì)增加系統(tǒng)的功耗。因此，故不采用此方法。方案3：從電源線電機(jī)轉(zhuǎn)子，對(duì)系統(tǒng)供電。該方法直接從電機(jī)的轉(zhuǎn)子中引出電源線，通過整流濾波，可以作為供電系統(tǒng)，也可以作為系統(tǒng)控制的定時(shí)中斷源。該方法容易實(shí)現(xiàn)，并且一舉兩得，因此選用。2.4 主控芯片選取方案1：采用數(shù)字信號(hào)處理芯片的使用MSP430和LE

18、D驅(qū)動(dòng)芯片接口，因?yàn)镸SP430的速度相對(duì)較快，運(yùn)算能力強(qiáng)，大大提高了LED的顯示時(shí)間的模糊算法，可以快速的通信數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)，降低了程序的復(fù)雜性。方案2：采用單片機(jī)AT89S52與LED驅(qū)動(dòng)芯片MA*6969接口， AT89S52邏輯能力相對(duì)較強(qiáng)但是速度比擬慢，價(jià)格也相比照擬廉價(jià)，但工作量要比方案1大得多。所以綜合考慮價(jià)格、元件是否容易購置等因素，在此設(shè)計(jì)中選用方案2。2.5電機(jī)改裝2.5.1供電電源：為了使系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定的工作，必須解決系統(tǒng)的供電問題。通過對(duì)電機(jī)進(jìn)展改裝，引出電源線，并通過整流、濾波、穩(wěn)壓得到系統(tǒng)供電電源。實(shí)現(xiàn)方法：主要通過電機(jī)的改裝。電機(jī)的改裝： atNt&m 電路的

19、供電和LED的定位是本制作的一個(gè)難點(diǎn)。裝在電機(jī)上的電路始終在高速旋轉(zhuǎn)，無法使用通常的方法來給電路供電。但可以通過對(duì)電機(jī)的改造來解決。一般的直流電機(jī)是線圈作為轉(zhuǎn)子，而永磁體作為定子的。它是通過電刷來實(shí)現(xiàn)給線圈供電的，而且直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)需要交變的電流，這是由固定在轉(zhuǎn)子軸上的換向器來巧妙的實(shí)現(xiàn)直流變?yōu)榻涣鞯?。本設(shè)計(jì)的電路是固定在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上的，它和轉(zhuǎn)子是保持相對(duì)靜止的。因此，可以從電機(jī)的轉(zhuǎn)子中取得電源。方法很簡單，也就是從電機(jī)的換向器上用漆包線把電引到電路板上，經(jīng)整流、濾波后給單片機(jī)電路供電。換向器上的每個(gè)電極什么時(shí)候變化，是和電機(jī)轉(zhuǎn)子的位子有關(guān)的，可以使用其中的一路信號(hào)來給LED顯示的起始位置定位

20、。 =Pjv08 具體改裝過程如下： Nr6:/* 1) 拆開電機(jī)，注意拆的時(shí)候別弄壞了電機(jī)的電刷；2) 小心地從電機(jī)換向器上的三個(gè)電極引出三條漆包線；3) 取下電機(jī)外殼的含油軸承；4) 在軸承的圓片上面鉆了幾個(gè)小孔，把那三條漆包線從小孔里穿出來。從而可以用來保護(hù)漆包線在轉(zhuǎn)子和定子結(jié)合出的平安。(注意：替代上去的局部是和轉(zhuǎn)子保持固定，和外殼之間是可以旋轉(zhuǎn)的)。 U,Pau0:A 5) 組裝回整個(gè)電機(jī)，電機(jī)改裝至此完畢。 K!L;Vi 2.6重心調(diào)節(jié)重心調(diào)節(jié)是最困難的一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)。旋轉(zhuǎn)的重心直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定的運(yùn)行，以及平安性問題。旋轉(zhuǎn)的重心如果不在轉(zhuǎn)軸上的話，在高速的旋轉(zhuǎn)中，會(huì)產(chǎn)生劇烈的抖動(dòng)

21、，在巨大的離心力下，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)分解，產(chǎn)生平安隱患。所以，重心調(diào)節(jié)是必須解決的問題。下面介紹重心調(diào)節(jié)的方法。首先是電路板的外觀設(shè)置。根據(jù)物理質(zhì)心計(jì)算方法，可知道，均勻的圓盤的重心就在圓盤的中心。但是，由于電子器件的封裝，重量都是不同的，圓盤電路板的重心是不均勻分布的，比擬難調(diào)節(jié)，故不采用這種方法。根據(jù)杠桿原理，當(dāng)支點(diǎn)兩端的物體的質(zhì)量與力距乘積相等時(shí)，杠桿就處于平衡。因此我采用了長條方型的電路板構(gòu)造。M2M1L2L1圖杠桿原理示意圖如上圖所示，只要M1*L1 = M2*L2時(shí)，在布PCB的同時(shí)，只要通過簡單的測量和計(jì)算便可以使得杠桿處于平衡。2.7電源設(shè)計(jì)電機(jī)輸出由于電源是從電機(jī)中引出來的，所以

22、需要通過整流、濾波才能為系統(tǒng)供電。如圖2.7.1所示為具體的設(shè)計(jì)電路。圖整流電路圖穩(wěn)壓輸入圖穩(wěn)壓電路2.8 LED旋轉(zhuǎn)同步設(shè)計(jì)該電路分為兩個(gè)局部：2.8.1 中斷系統(tǒng)采用中斷是為了更有效的利用單片機(jī)部資源。為了能夠連續(xù)的顯示文字和圖象，本文采用了外部中斷的方法，即在外部中斷的時(shí)候，計(jì)算和調(diào)整顯示文字和圖象的時(shí)間。為了得到可靠的外部中斷源，有兩種方法。其一，如圖2.8.1.1所示：圖 采用光感的外部中斷電路但是，這種方法功耗相比照擬大，而且本錢比擬高。為了減少制作本錢，通過比擬，有個(gè)更好的方法。因?yàn)殡姍C(jī)是三相的，帶電刷轉(zhuǎn)動(dòng)的，即每轉(zhuǎn)一周，三個(gè)電刷會(huì)得到從高到低，又從低到高的邏輯電平狀態(tài)。因此可以

23、從中引出一條線來作為外部中斷源，這個(gè)方法簡單容易實(shí)現(xiàn)，其具體的電路如圖：圖簡單的外部中斷電路圖該方法利用電刷在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的電平變化，通過一個(gè)三極管S8050轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字邏輯電平，解決了外部中斷的問題，電路簡單，可靠性高。LED驅(qū)動(dòng)電路。本文采用了MA*IN公司的MA*6969大電流LED驅(qū)動(dòng)芯片，其外部接口電路非常簡單。如下列圖：(圖上的OUT0到OUT15通過一個(gè)100電阻接到LED上)。圖MA*6969驅(qū)動(dòng)電路MA*IM6969是MA*IM公司采用先進(jìn)的技術(shù)生產(chǎn)的具有高集成度的電路器件。MA*6969串行接口LED驅(qū)動(dòng)器提供16個(gè)漏極開路、恒流吸收、額定5.5V LED 驅(qū)動(dòng)

24、器輸出。MA*6969采用3V至5.5V 電源供電。MA*6969電源和LED電源能以任意順序上電。所有恒流輸出均由一個(gè)外部電阻設(shè)置，每路高達(dá)55mA。MA*6969采用25Mb、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4線串口控制。MA*6969采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)移位存放器加鎖存器形式的串行接口。數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)輸入DIN和時(shí)鐘輸入CLK移入驅(qū)動(dòng)器的16位移位存放器。16個(gè)時(shí)鐘周期后，輸入數(shù)據(jù)出現(xiàn)在輸出DOUT，此工作模式可實(shí)現(xiàn)多個(gè)MA*6969級(jí)聯(lián)。鎖存使能輸入LE將移位存放器的16位數(shù)據(jù)裝入16位輸出鎖存器，以決定各個(gè)LED的開關(guān)。輸出使能輸入OE控制所有16個(gè)輸出的開關(guān)，其快速響應(yīng)特性適合作為控制LED亮度的PWM輸入。其部構(gòu)

25、造如圖所示：圖2.8.2.2 MA*IM6969的部構(gòu)造圖MA*6969工作時(shí)序圖如下：MA*6969的串口為4線串口，使用4路輸入(DIN、CLK、LE和OE) 和1路數(shù)據(jù)輸出(DOUT)。該接口用于向MA*6969寫入顯示數(shù)據(jù)。串口數(shù)據(jù)字長為16位，即D0D15。見上圖。五個(gè)接口引腳的功能如下所述。DIN是串行數(shù)據(jù)輸入，在CLK信號(hào)的上升沿進(jìn)展采樣時(shí)必須保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)移入時(shí)，首先移入MSB。即首先同步輸入數(shù)據(jù)位D15，然后依次輸入其它15位數(shù)據(jù)，到LSB位D0完畢。CLK是串行時(shí)鐘輸入，在其上升沿將數(shù)據(jù)通過DIN移入MA*6969的16位移位存放器。LE是MA*6969鎖存器的裝載輸入。L

26、E為高電平時(shí)(透明傳輸鎖存器)，數(shù)據(jù)由MA*6969的16位移位存放器傳輸至16位鎖存器，并在LE下降沿鎖存數(shù)據(jù)(圖)。圖2.8.2.3MA*IM6969控制時(shí)序圖第四個(gè)輸入為輸出驅(qū)動(dòng)器提供輸出使能控制。OE為高電平時(shí)強(qiáng)制輸出OUT0OUT15為高阻態(tài)，并且不會(huì)改變輸出鎖存器的容，為低電平時(shí)則使能輸出OUT0OUT15，以反映輸出鎖存器的狀態(tài)。OE獨(dú)立于串口工作。無論OE為何狀態(tài)，數(shù)據(jù)都可移入串口移位存放器并鎖存。DOUT是串行數(shù)據(jù)輸出，在CLK的上升沿將數(shù)據(jù)從MA*6969的16位移位存放器移出。DIN輸入端的數(shù)據(jù)移入移位存放器，并在16個(gè)時(shí)鐘周期后出現(xiàn)在DOUT端。下面簡單的計(jì)算一下這個(gè)電

27、路的功耗。MA*6969LED驅(qū)動(dòng)電流的大小是由一個(gè)外部電阻決定的。在本電路中，這個(gè)電阻RSET取360。RSET = 18000 / IOUT()因此IOUT = 18000/360 = 50 mA()其功耗計(jì)算如下：PD = (V+ * I+) + (VOUT * DUTY * IOUT * N)()其中：V+ = 供電電壓I+ = N路輸出吸收IOUT LED驅(qū)動(dòng)電流時(shí)的電源工作電流DUTY = 加至OE端的PWM信號(hào)占空比N = 同時(shí)用來驅(qū)動(dòng)LED的MA*6969輸出端口數(shù)(最大值為16)VOUT = MA*6969驅(qū)動(dòng)負(fù)載LED時(shí)端口的輸出電壓IOUT = 由RSET設(shè)定的LED驅(qū)動(dòng)

28、電流PD = 功耗，如果電流單位為mA，其單位為mWIOUT = 50mA，N = 16，DUTY = 1，VOUT = 2VPD =5V*50mA+(2V*1*50mA*16) = 1.850W()2.9旋轉(zhuǎn)LED顯示原理人眼具有視覺暫留的特性，當(dāng)畫面以一定速率刷新時(shí)，人們看到的就是連續(xù)的圖像。旋轉(zhuǎn)掃描的原理：由于人眼具有視覺暫留的特性，當(dāng)畫面以一定速率刷新時(shí)，我們看到的就是連續(xù)的圖像，電視機(jī)顯示采用逐點(diǎn)掃描方式，每秒鐘要刷新畫面 50 場(25 幀),而在人眼中則是一幅完整的畫面，傳統(tǒng) LED 顯示屏一般采用 1/16 掃描，16 行進(jìn)展逐行循環(huán)點(diǎn)亮，由于刷新速率足夠大，看到的也是一幅穩(wěn)定

29、的畫面。它的原理示意如圖 所示，其中(a) (b) (c) (d) (e) 分別是不同時(shí)刻的顯示狀態(tài)，(f)為人眼看到的完整畫面3。在這種LED顯示屏中，采用的是逐行換位下移點(diǎn)亮器件的掃描方式，每一行都必須有LED顯示器件，這就使顯示屏的本錢偏大。圖2.9.1 傳統(tǒng)LED顯示屏的顯示原理圖旋轉(zhuǎn)掃描方式顯示器只有一列，由電機(jī)帶動(dòng)它進(jìn)展旋轉(zhuǎn)，運(yùn)行到*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)，即一列顯示器件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).其顯示原理如圖所示。圖中a)b)c)是圖2.9.2 旋轉(zhuǎn)柱式顯示屏的顯示原理圖不同時(shí)刻的顯示狀態(tài)，d)是人眼看到的完整畫

30、面3。由于旋轉(zhuǎn)掃描成像不是平面，而是一個(gè)柱面，所以稱之為旋轉(zhuǎn)柱式顯示屏，其觀看視角是360。第三章系統(tǒng)中所用到的nRF401無線芯片介紹3.1 無線數(shù)據(jù)收發(fā)組成構(gòu)造無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)三種。本系統(tǒng)由于實(shí)際應(yīng)用的需要，接收器和數(shù)據(jù)終端之間的數(shù)據(jù)傳輸通過nRF401進(jìn)展，構(gòu)成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)中，兩數(shù)據(jù)終端之間的無線通信采用433MHz的頻段作為載波頻率，收發(fā)通過串口通信。無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)【1】可以分為無線收發(fā)控制電路、單片機(jī)控制電路、顯示電路和按鍵電路四局部組成，系統(tǒng)原理所示： 單片機(jī)控制系統(tǒng) 單片機(jī)控制系統(tǒng)鍵盤無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)可以分為無線收發(fā)控制電路、單

31、片機(jī)控制電路、顯示電路和按鍵電路四局部組成，系統(tǒng)原理如圖2-1所示：無線收發(fā)模 塊無線收發(fā)模 塊液晶顯示統(tǒng)可以分為無線收發(fā)控制電路、單片機(jī)控制電路、顯示電路和按鍵電路四局部組成，系統(tǒng)原理如圖2-1所示：圖3.1.1無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)3.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程當(dāng)我們需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使用按鍵來輸入所需發(fā)送的信息。按鍵與單片機(jī)AT89S52的P3.2-P3.5口相接，單片機(jī)的 P1.0口控制信息的發(fā)送與接收，并且T*D端P3.1與收發(fā)器的DIN端相連，通過T*D端將數(shù)據(jù)傳入收發(fā)器，收發(fā)器接收到數(shù)據(jù)后，通過FSK調(diào)制，將信號(hào)發(fā)送出去；當(dāng)我們需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使用按鍵來輸入所需發(fā)送的信息。按鍵與單片機(jī)AT89S52

32、的P3.2-P3.5口相接，單片機(jī)的 P1.0口控制信息的發(fā)送與接收，并且T*D端P3.1與收發(fā)器的DIN端相連，通過T*D端將數(shù)據(jù)傳入收發(fā)器，收發(fā)器接收到數(shù)據(jù)后，通過FSK調(diào)制，將信號(hào)發(fā)送出去本系統(tǒng)采用的是半雙工傳送方式。所謂半雙工就是通信的雙方均具有發(fā)送和接收信息的能力，信道也具有雙向傳輸性能。但是，通信的任何一方都不能同時(shí)既發(fā)送信息又接收信息，即在指定的時(shí)刻，只能沿*一個(gè)方向傳送信息。所以上述實(shí)現(xiàn)過程只介紹了由一方傳送到另一方的過程，而相反方向與其原理一樣。3.3 無線收發(fā)芯片nRF401介紹nRF401采用抗干擾能力強(qiáng)的FSK調(diào)制方式，工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元件少，便于設(shè)計(jì)生產(chǎn)，功耗極

33、低，適合于便攜式手持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，由于采用了低發(fā)射功率，高承受靈敏度的設(shè)計(jì)，滿足無線管制要求，無需使用許可證，是目前低功率無線數(shù)傳的理想選擇。3.3.1 引腳功能介*C11VDD2VSS3FILT4VC015VC026VSS7VDD8DIN9DOUT10RF-PWR11CS12VDD13VSS14ANT215ANT116VSS17PWR-UP18T*EN19*C220nRF401圖3.3.1 nRF401引腳圖表3.3.2 nRF401管腳描述2引腳名稱功能功能描述引腳名稱引腳功能描述1*C1晶振輸入11RF-PER發(fā)射功率設(shè)置2VDD電源(3-5V DC12CS通道選擇3VSS地0V13VDD

34、電源(3-5V DC)4FILT回路濾波器14VSS地5VCO1VC0外接電感15ANT2天線接頭6VCO2VC0外接電感16ANT1天線接頭7VSS地17VSS地8VDD電源(3-5V DC)18PWR-UP電源開關(guān)9DIN數(shù)據(jù)輸入19T*EN發(fā)射允許10DOUT數(shù)據(jù)輸出20*C2晶振輸出(1) 9腳及10腳分別是DIN輸入數(shù)字信號(hào)和DOUT輸出數(shù)字信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平信號(hào)，需要發(fā)射的數(shù)字信號(hào)通過DIN輸入，解調(diào)出來的信號(hào)經(jīng)過DOUT輸出。(2) 12腳為通道選擇。CS=0”為通道#1433.92MHz，CS=1”為通道#2434.33MHz。(3) 18腳為電源開關(guān)。PWR_UP=1”為

35、工作模式，PWR_UP=0”為待機(jī)模式。(4) 19腳T*EN。高電平允許發(fā)送數(shù)據(jù)，低電平允許接收數(shù)據(jù)。(5) ANT1、ANT2：天線接入端。表3.3.3 芯片工作狀態(tài)與控制引腳關(guān)系3輸入響應(yīng)T*ENFREQPWR-UP通道號(hào)模式0011433MHz接收0112315MHz接收1011433MHz發(fā)射1112315MHz發(fā)射*0-待機(jī)3.4芯片部構(gòu)造nRF401無線收發(fā)芯片的構(gòu)造框圖如圖3.4.1所示。芯片包含有發(fā)射功率放大器PA、低噪聲接收放大器LNA，晶體振蕩器OSC，鎖相環(huán)PLL，壓控振蕩器VCO，混頻器MI*ER等電路。在接收模式中，RF輸入信號(hào)被低噪聲放大器LNA放大，經(jīng)由混頻器M

36、I*ER變換，這個(gè)被變換的信號(hào)在送入解調(diào)器DEM之前被放大和濾波，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)，解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)在DOUT端輸出。在發(fā)射模式中，壓控振蕩器VCO的輸出信號(hào)是直接送入到功率放大器PA，DIN端輸入的數(shù)字信號(hào)被頻移鍵控后饋送到功率放大器輸出。由于采用了晶體振蕩器和PLL合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好。圖3.4.1 nRF401芯片部構(gòu)造框圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)監(jiān)控程序是控制單片機(jī)系統(tǒng)按照預(yù)定操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)的程序，是整個(gè)系統(tǒng)程序的框架。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)的主要任務(wù)是用來顯示和操作者按下不同的按鍵后，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，各個(gè)任務(wù)執(zhí)行的先后順序取決于鍵碼。根據(jù)這樣的功能和操作方法，程序總體構(gòu)造采

37、用鍵碼分析作業(yè)調(diào)度型，即作業(yè)調(diào)度完全服從操作者的意圖，操作者通過鍵盤發(fā)出作業(yè)調(diào)度命令，監(jiān)控程序接收到控制命令后，通過分析啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的作業(yè)。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，它是把一個(gè)功能完整的較大的程序分解為假設(shè)干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的較小的程序模塊，對(duì)各個(gè)程序模塊分別進(jìn)展設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試，最后把各個(gè)調(diào)試好的程序模塊聯(lián)成一個(gè)大的程序。模塊化程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是單個(gè)功能明確設(shè)計(jì)和調(diào)試比擬方便、容易完成。一個(gè)模塊可以為多個(gè)程序所共享。模塊化編程的具體表達(dá)是把各個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的模塊作為子函數(shù)，主程序是一個(gè)不斷循環(huán)檢測構(gòu)造。當(dāng)系統(tǒng)上電自檢、初始化后，進(jìn)入信號(hào)輸出的循環(huán)，并自動(dòng)查詢面板按鍵的狀態(tài)，以檢測用戶可能輸

38、入的指令，確定程序?qū)⒁獔?zhí)行的功能。4.2系統(tǒng)各模塊程序的設(shè)計(jì)4.2.1 主控機(jī)程序模塊首先，對(duì)單片機(jī)串口初始化，設(shè)置波特率為2400bit/s，以及nRF401初始化設(shè)置，因?yàn)閚RF401是半雙工的無線通訊，所以初始設(shè)置為發(fā)射狀態(tài)，選擇通信頻道1。然后，調(diào)用鍵盤函數(shù)讀取鍵盤狀態(tài)，通過讀取鍵盤狀態(tài)，獲得要發(fā)送的控制數(shù)字指令，通過CRC檢驗(yàn)轉(zhuǎn)換成數(shù)字命令，從串口通過nRF401把命令發(fā)送出去。判斷按鍵狀態(tài)通過串口把數(shù)據(jù)命令發(fā)送出去CRC檢驗(yàn)碼的轉(zhuǎn)換開場NRF401初始化串口初始化判斷是否有按鍵 按下NOYES圖4.2.1 主機(jī)控制程序流程圖4.2.2從機(jī)程序模塊 從機(jī)的程序開場，對(duì)NRF401、串

39、口、MA*6969以及中斷進(jìn)展初始化，然后進(jìn)入默認(rèn)的中文顯示模式，等待中斷。因?yàn)?6陣列每個(gè)點(diǎn)顯示的時(shí)間是由定時(shí)器確定的，但是，電機(jī)的轉(zhuǎn)速，一開場都是不確定的。所以，一開場顯示的不怎么正確。等到進(jìn)入中斷以后，通過自適應(yīng)算法，逐漸對(duì)計(jì)時(shí)器的初始值進(jìn)展調(diào)整，過一定時(shí)間后，顯示就正常了。進(jìn)入中斷后，通過對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)展判斷，實(shí)現(xiàn)文字和數(shù)字顯示的切換。下面簡單說下，自適應(yīng)算法的實(shí)現(xiàn)過程。首先，把假設(shè)旋轉(zhuǎn)一周顯示的點(diǎn)陣數(shù)為16*128。那就意味著旋轉(zhuǎn)一周需要顯示的點(diǎn)數(shù)為128個(gè)。由于電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的中斷次數(shù)為3次。則每次外部中斷發(fā)生時(shí)，應(yīng)該掃描的點(diǎn)數(shù)為43個(gè)。在這里我設(shè)計(jì)為45個(gè)。也就是外部中斷產(chǎn)生時(shí)

40、，定時(shí)器應(yīng)該產(chǎn)生的中斷次數(shù)為45次(也就是掃描45個(gè)點(diǎn))。當(dāng)進(jìn)入外部中斷時(shí)，通過判斷計(jì)時(shí)的中斷次數(shù)來重新調(diào)整計(jì)時(shí)器的值，如果定時(shí)器中次數(shù)大于45，說明LED顯示一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間太短(圖象或者文字寬度減少)開場NRF401初始化，串口初始化，MA*6969初始化，中斷初始化等待中斷T0中斷根據(jù)主控命令執(zhí)行操作顯示文字顯示數(shù)字中斷返回外部中斷45接收并判斷更新命令緩沖區(qū)定時(shí)器中斷次數(shù)COUNT=45？延長定時(shí)器定時(shí)時(shí)間中斷返回45=45增加定時(shí)器定時(shí)時(shí)間計(jì)算T0中斷的變量COUNT加1從機(jī)控制程序流程圖應(yīng)該適當(dāng)?shù)难娱L定時(shí)器定時(shí)時(shí)間；假設(shè)定時(shí)器中斷次數(shù)小于45，說明LED顯示一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間過長，應(yīng)該適當(dāng)減

41、少定時(shí)器定時(shí)時(shí)間。通過對(duì)定時(shí)器定時(shí)時(shí)間的不斷調(diào)整(也就是調(diào)整LED顯示每一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間)，從而到達(dá)穩(wěn)定的顯示。這種方法只需在軟件上進(jìn)展修改、調(diào)試，即使電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生了改變，也能夠正確的顯示文字或圖象。第五章 結(jié)論通過一個(gè)多月的努力，掌握了旋轉(zhuǎn)LED顯示屏的工作原理，本文設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制LED旋轉(zhuǎn)顯示屏，相比其它的設(shè)計(jì)，此系統(tǒng)得到了簡化，并且使可視角度到達(dá)了360度，經(jīng)過電機(jī)的改裝，供電可以持續(xù)，減輕了主板的重量，而且成功的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的根本要求。同時(shí)也提高了利用高級(jí)語言編寫單片機(jī)程序的能力，以及查閱資料和解決問題的能力。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能有：(1)通過單片機(jī)控制LED掃描顯示的時(shí)間，能夠穩(wěn)定的顯

42、示數(shù)字或文字，軸向分辨率為16位。(2)能夠通過無線控制顯示數(shù)字或文字。(3)通過對(duì)電機(jī)的改造，解決了系統(tǒng)供電問題，使系統(tǒng)能夠長期工作。不過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)仍然存在缺乏的地方。數(shù)據(jù)的傳送速度比擬慢，沒有實(shí)現(xiàn)主機(jī)到從機(jī)的大量的數(shù)據(jù)的交換，主要使用了半雙工通訊芯片nRF401，其收發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要13ms，影響了數(shù)據(jù)通訊的效率?？傊?，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)穩(wěn)固了以前所學(xué)的知識(shí)，很大程度上提高了分析問題和解決問題的能力。 辭隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，我的大學(xué)生活也將完畢。在這短短的幾個(gè)月的時(shí)間里，讓我學(xué)到了以前在書本上學(xué)不到的知識(shí)。首先，我要感我的導(dǎo)師胡波教師對(duì)我的悉心指導(dǎo)和關(guān)心。在論文寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和

43、障礙，都在教師的幫助下度過了。他為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文的順利完成傾注了心血和汗水，他淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的性格以及在設(shè)計(jì)上敏銳的洞察力，使我受益非淺。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，胡波志教師給了我非常大的幫助和支持，從給我定題目，到工作開展，直到最后論文的撰寫都離不開他的悉心指導(dǎo)。胡波教師給我提出了很多珍貴的建議，讓我少走了很多彎路，得以順利的完成論文。同時(shí)，在此我非常感學(xué)校對(duì)我們的嚴(yán)格要求，促使我們嚴(yán)格遵守學(xué)校的安排，能按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。在這四年的學(xué)習(xí)生活中，非常感機(jī)械與電氣工程學(xué)院的的所有教師和同學(xué)，與他們交流使我受益頗多。最后要感我的家人以及我的朋友們對(duì)我的理解、支持、鼓勵(lì)和幫

44、助，正是因?yàn)橛辛怂麄?，我所做的一切才更有意義，也正是因?yàn)橛辛怂麄儯也庞辛俗非筮M(jìn)步的勇氣和信心，他(她)們對(duì)我的支持和付出是我的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)展的保障。大家！參考文獻(xiàn)1 朝青.無線發(fā)送/接收IC芯片及其數(shù)據(jù)通信技術(shù)選編.：航空航天大學(xué),2003.2 尚松,雷加,郭慶.電子測量與儀器M.：電子工業(yè)，2005：1081263 徐科軍.傳感器與檢測技術(shù)M.：電子工業(yè)，2004：12334馬忠梅.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.：航空航天大學(xué)，1999：20835 王幸之.AT89系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.：航空航天大學(xué)，2004：33526 Schultz. C and the 8051: Programming and Multitasking. PTR Prentice-Hall. 1993：33527 何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.：航空航天大學(xué)，2003：591028 康華光.電子技術(shù)根底 模擬局部(第五版) M.：高等教育，2006：1011479 樊昌信，徐炳祥，吳成柯等.通信原理(第五版) M.：國防工業(yè)，2004：13313710 閻石，數(shù)字電子技術(shù)根底(第五版) M.：高等教育，2006：10911411 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)(第二版)