旋轉LED設計報告

1、單片機課程設計報告班級：13應電2班學號：130522014513052201071305220111姓名：陳麗云組員：郭榮雷肖鋒指導老師：鄭曉青 時間：2015年06月10日目錄一、設計目的、設計題目 31 設計目的 32 課程設計題目：旋轉led 31 設計的任務 32 功能描述 4三、總體設計 41 方案論證 41）系統(tǒng)總體方案設計 42）電路結構圖的設計 63）電路原理圖的設計 6四、硬件原理分析 71 硬件設計 72 端口應用與分配 83 硬件模塊的分析說明及原理介紹 84 原理圖及 pcb 105 實物圖 12五、軟件設計 141 地址空間分配： 142 軟件整體架構分析： 14六

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

3、力 :查閱資料： 搜集與本設計有關部門的資料（ 包括從已發(fā)表的文獻中和從生產現場中搜集） 的能力。方案的選擇： 樹立既考慮技術上的先進性與可行性 , 又考慮經濟上的合理性。提高分析和解決實際問題的能力：迅速準確的進行工程計算的能力。計算機應用 能力 ： 熟練使用 protel2014 軟件、 keiluvision4 、 stc-isp-15xx-v6.84 、 altium designer 等軟件為以后的畢業(yè)設計奠定了堅實的基礎。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， 設計并制作無線供電模塊為旋轉電

4、路板供電；2）發(fā)揮部分：（ 1）設計立體回轉旋轉led顯示漢字和任意圖形；（ 2 ）自制為系統(tǒng)供電的電源。三、總體設計1 方案論證人眼在觀察景物時， 光信號傳人大腦神經， 需經過一段短暫的時間，光的作用結束后，視覺形象并不立即消失，這種殘留的視覺稱“后像”，視覺的這一現象則被稱為“視覺暫留”，其原因是由視神經的反應速度造成的，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。本次旋轉 led可以歸納為動態(tài)掃描和機械旋轉兩部分，其實質就是與機械轉動配合起來的

5、動態(tài)掃描顯示技術。1）系統(tǒng)總體方案設計旋轉led顯示屏是通過一個旋轉的電路板，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。 本作品主要是根據人的 視覺暫留原理設計的。 采用高速旋轉的電機帶動電路板高速旋轉，從視覺效果上就會產生一種圓盤狀的 led 顯示屏的狀態(tài)。旋轉顯示屏是利用機械轉動動態(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。其實質就是與機械轉動配合起來的動態(tài)掃描顯示技術。本次“旋轉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)學生學習興趣， 引導

6、自主學習及培養(yǎng)創(chuàng)新能力、協(xié)作精神、工程實踐素質。本設計利用高速旋轉中控制led的亮滅，進行字符的顯示，控制器采用單片機， 完成顯示內容的傳輸、 字庫的轉換、 顯示等功能。旋轉掃描采用了不同的形式，其顯示器件只有一列，由機械旋轉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，掃描過程由機械轉動更換位置來實現的。旋轉led顯示的旋轉顯示，可采用機械旋轉的掃描方式。2）電路結構圖的設計圖3.2.1電路結構圖的設計3）電路原理圖的設計pj紅ktal1xtaij2程序燒香疆口上4d2gjml發(fā)7收.nknk-(7mh也 ”ite* i orrt-i

7、ic-.ro7 nmrxdmiypi ? un m is j,im pi、 lwjli .jm i 4r 已 pv tmskp心、 phi 誨9c52鹿pgsled顯示割分 用x 5 5。楂制mo m i p4i nm-p*.1p4-4 au-im-5n.a外瑁柱面 才覆led圖3.3.1 總電路圖四、硬件原理分析1 硬件設計電路板使用單面板，自己設計 pcb單面板上有一排高亮的貼片leq是旋轉時鐘的關鍵部分，負責顯示功能。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計好單面板的電路板上，這樣可以使旋轉的電

8、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。該電路板越輕越好，元件全部采用貼片式。led燈數目平面為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。當然，這只是視覺上的顯示效果。通過之前的設計方案，利用編程可實現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： 比如主面板旋轉掃描一圈完成了數字的顯示，如果電機速度因為各種原因而不穩(wěn)定，轉下一圈所用的時間多于（或少于）上一圈的，那么數字“12”將會移

9、到上一次顯示位置的左側（或右側）。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，就會反向導通，接到有了單片機 p4 口， 將會觸發(fā)單片機并寫入編程表示轉過了一圈。這個信號，單片機就可以在指針板旋轉過程中實時檢測計算指針版的角度位置，并根據顯示內容保持穩(wěn)定。2 端口應用與分配旋轉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片機綽綽有余。本設計充分運用 89c52 的各個接口：首先是32支lew,主面板的貼片led取p3 口和 p2 口，主要

10、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ledt亮；其次xi、x2弓唧接12mh涵振。3 硬件模塊的分析說明及原理介紹1 ）旋轉主面板采用無線電磁感應供電： 利用公式計算出初次級線圈匝數、銅線直徑、線圈直徑，次級線圈匝數越多，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。當發(fā)射管與接收管的發(fā)射與接收

11、靠近對齊時， 即紅外線照射到接收管上， 則接收管導通， 其中導通特性與普通二極管相似， 當然我用在旋轉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。3）電源基座：考慮到成本，采用ne55彈口 mo甯組成多諧振蕩電路， 只要外加幾個電阻和電容就可以實現， 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/分，故滿足電路視覺暫留現象。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動過程中速度比較快， 旋轉面板又有一定重量， 而且配重也不一定做

12、得很好， 轉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pcbfitxual-kqtjmlini 二 p4 :iv hksm4ii m i匕上nj憶ruvcc pin 口 po-j hf.2 pox pu.4 pof pu.& p07 sjjaiixij 陷 itxd ini辦理上 nr m t wm r i-pi / i r r旋轉面板原理圖12904012 o rm c5 _ _旋轉主面板pcb圖mimais.ljl2t工人h-工靛電源基座原理圖vcc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

13、整體框圖五、軟件設計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)側面 16 個 led地址分配：p2.0-p2.7、p3.0-p3.73) 4腳接rst復位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 軟件整體架構分析：總體架構說明：設計思路程序以縱列向上掃描，利用延時函數增加文字的寬度(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，逆時針旋轉以及掃描并且顯示出文字。主程序功能描述及分析、主程序流程圖主循環(huán)紅外接收判斷

14、無電平，則等待低電平觸發(fā)縱列從下往上掃描暫留10us更改字形led顯示方式各子程序功能描述及子程序入口出口、各程序流程圖開始i申明變量、子函數沒有電平則停止 操作，進入等待紅外接收p4a2端口每觸發(fā)一次掃描一次數組,縱列從下往上掃描，并且點亮對應 ledled顯不方式六、設計心得經歷了星期的奮戰(zhàn)， 緊張而又充實的創(chuàng)新性試驗終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經歷和感受，感慨萬千，這次創(chuàng)新性設計過程中，我們組擁有了無數難忘的回憶和收獲。 在制作過程中遇到困難我們組通過在寢室上網查資料，自己調試，找同學幫忙，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，認真嚴謹，實事求是的學

15、習態(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外對管來同步轉速， 時間畫面能否重復穩(wěn)定地顯示取決于led旋轉的速度，要求電機轉速一定要很穩(wěn)定。第二，在制 板的過程中，pcb的測量與實物有稍許的誤差，元件的參數也不夠穩(wěn) 定，最終調試成功。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，最終調試成功程序，雖然有點抖動?？偨Y一句，最難的不是硬件，而是程序的設計，文字效果的展示，需

16、要很清晰的邏輯思維能力。但是我們相信，在老師的指導下，我們一定會越來越好，做出更好的作品。七、器件清單元件名稱型號數量貼片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（程序卜載）單片機stc89c52rc-40c-lqp44f貼片鋰電容16v 10ufa型精度士 20%12062貼片鋁電解電容16v220uf體積6.3*7.7mm2貼片電容3uf精度士 10%08052100v高壓貼片電容10nf 103pf 精度士10%08051100v高壓貼片

17、電容100nf (104 0.1uf)精度士 10%08051貝占片 irf3205spbf場效應管mosfet n d2-pak 55110a to-263v1貼片無源晶振49smds 12mhz1單排排針單排針插針間距2.54mm32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）2.54mm4貼片 s8550lt1sot-2313mme射管940nm紅外發(fā)射管13m儺收管940nmi外接收管1貼片ne555時鐘/計時/可編程計時器和振揚器sop-81zmm 5.1v貼片穩(wěn)壓管1206 封裝 1/2w3銅柱 m3*50mm+64銅柱 m3x10mm+64銅柱 m3*

18、6mm+64雙通m3x5mm銅柱六角銅4旋轉led固定塑料件rf370電機固定件線圈固定件1十字旋轉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：旋轉點陣led的側面顯示總結 : 第一次寫這樣的程序，所以很復雜，以后多努力*/#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char/* p0 上側面led/ 側面 p.0 點從下到上p1 下側面ledp2.p3 為平面 led*/uchar code zimo =

19、 0x02,0x00,0x42,0x00,0x33,0xfc,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,0x

20、44,0x92,0x44,0x92,0x7c,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,2*/* （16 x 16 , 宋體 ） */0x02,0x00,0x02,0x00,0x42,0x00,0x33,0xfe,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 = p4八2;/* 定義變量及賦值*/uint jishu = 0;uchar shuzi = 0;uchar flag = 0;