電子搖搖棒畢業(yè)設計

I緒論提起圖案這個大家都是不陌生的，只要是人眼每時每刻看到的，或者想到的都會成為圖案，從我們小時候看到的、玩到的。小時候都愛玩那個激光燈，在燈頭處放一個透明的圖案，經過激光燈強光的照射照到墻上或者地上，也會出現(xiàn)美麗圖案，也是人眼所看到的，只不過那種燈光線太強，長時間對著人眼會對眼睛有傷害，也只能出現(xiàn)幾種圖案，靜態(tài)圖案不是連續(xù)性的，更換發(fā)出的圖案是不方便的。而我們今天介紹的是弱光，圖案不僅美麗，而且圖案是多種，也可以是動態(tài)連續(xù)性的圖案，不用刻意去更換圖案，他會自動的按照把你寫在AT89C51里的程序一點點的還原出圖案，20世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展。在此時，電子技術還在不斷的完善情況下，推動了一單片機來簡單控制的電子產品，但是正是應為如此，單片機在現(xiàn)在的領域用處得到了廣泛的作用，應用的電子領域幾乎是無處不在的，從小的來說是到個人，大的來說是用到軍事領域上，就這一個小小的電子單片機，起到的用途是絕不能否認的，也是不能小視的，在電子領域推動下，現(xiàn)代電子產品幾乎滲透到了社會的各個領域，有力的推動和提高了社會生產力的發(fā)展與信息化程度，同時也使現(xiàn)代電子產品性能進一步提升，得到了應用廣泛，單片機的到來也印證了電子信息化的前進的步伐不斷向前，電子信息化的到來改變了生活，產品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。在現(xiàn)在21世紀社會中，電子信息化緊鑼密鼓的出現(xiàn)在人們的生活當中，緊隨著之前的機械工業(yè)生產的產品轉向了現(xiàn)在的智能化，從手工制作現(xiàn)在演變的機械制造，省去了人工成本費，加快了工作效率，工作程度得到了大幅度的提高，工作量也加大了不少，這也是現(xiàn)在智能化的結果，但是伴隨著的也是失業(yè)人口不斷增多，但同時也加劇了勞動變化，從智能化開啟，用單片機去控制，只需要把想要做的事情以程序的方式告訴單片機，這樣它就會替你去完成你想要做的大部分事情，在20世紀，手工的制作得到了廣泛的應用，不過那時候牽扯的智能東西很少，就連最最基本的通訊也是不方便的，然而現(xiàn)在的冰箱、洗衣機、空調等家電領域都有單片機的影子，單片機已經成為現(xiàn)在電子產品中不可缺少的一部分?？刂浦译姷倪\作，也可以說單片機是電器中的大腦，串接著整個家電的運作，從而得到了廣泛的應用，現(xiàn)在人們的生活覺悟水平不斷的提高，不斷地向往智能化方向發(fā)展，而現(xiàn)在搖搖棒通過發(fā)光二極管來顯示輸出的圖案或者文字，通過單片機來實現(xiàn)，承接著程序在電路中的運轉，時而改變原有的東西，真正的發(fā)現(xiàn)這種東西控制在整個命脈，呈現(xiàn)著美麗的圖畫。當人的手不斷的搖動進行搖動時，由于人的眼睛視覺原理，會在發(fā)光二極管搖動的區(qū)域下產生一個視覺平面原理，通過搖動，會在在視覺平面內的二極管通過震蕩不同頻率的刷新，會在搖動區(qū)域內產生圖像，從而達到在該視覺平面上傳達信息的作用，使肉眼更直觀的感受到，看到圖案的顯示。單片機更加簡捷與新穎的信息傳遞方式無疑會給人們帶來耳目一新的感受。而現(xiàn)代工具務求簡捷化、便攜化，使用外部中斷控制數(shù)據(jù)傳輸時刻。因此，搖動顯示裝置的到來，必將會給人們帶來一種新的方便的文化傳遞方式。動速度自動調整顯示速度，不論搖晃的速度快或慢，圖像始終穩(wěn)定顯示。配合手的左右搖晃就可呈現(xiàn)一幅完整的畫面。這種方法實用性很廣，滿足廣大用戶愛好，但是好多東西畢竟也有缺點，就是圖像比較單一，攜帶不方便，因為搖搖棒封裝不好封裝，好容易造成短路，短路是不可逆的，也是非常危險的，它也是非常脆弱的，不耐摔，尤其是晶振，容易把管腳摔斷，對于電子產品，也是不可強求的，根據(jù)對搖搖棒已有的設計和研究，大都采用一種方式進行搖搖棒動態(tài)顯示內容的更改，即用USB有線的方式從電腦向單片機的下載程序，這種方法簡單快捷，實用性強，只需要用電腦，然后把編好的程序燒寫進單片機里，進行測試，得到自己想要通過搖動來實現(xiàn)的圖案。本設計電子搖搖棒主要功能為：1、靜態(tài)的時候發(fā)光二極管能夠正常閃爍；2、搖動的時候可以正確顯示文字或圖形；3、顯示程序里字樣；4、顯示“程序里畫面；5、按鍵可以切換不同畫面；6、通過搖動轉換圖形，輪流顯示。

1系統(tǒng)設計原理1.1基于搖搖棒設計原理電子搖搖棒是由單片機控制16個LED發(fā)光二極管進行不同頻率的亮滅刷新，在人的搖動過程中在搖動的區(qū)域平面上實現(xiàn)掃面顯示，它是利用人的視覺暫留原理觀察到的現(xiàn)象，通過快速的搖動看起來像是十六個LED顯示燈一直亮著，其實是分多次亮的，像我們看到汽車在馬路上跑一樣，當他快速跑時，我們看到車輪像是在慢慢一圈圈向后轉動一樣，當它慢走時，車輪還是正常向前滾動，這個要根據(jù)具體要顯示的圖形或者文字的需要來決定，通過程序的要求進行亮滅的，搖動的搖搖棒也是一樣的通過搖晃改變位置在不同的位置顯示不同的數(shù)據(jù)，達到一定的速度后就會看到需要顯示的文字圖像等信息了。1.2AT89C51單片機簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。1.3.單片機具有如下特點：與Mc5兼容4K字節(jié)可編程FLASH存儲器數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz三級程序存儲器鎖定128×8位內部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路AT89C51提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。1.4AT89C51管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。1.5設計目的設計制作的是一個電子搖搖棒，基本就是要小巧、輕便、便攜，進行模塊化，信息集成化，通過單片機來實現(xiàn)簡單的控制程序，來控制搖搖棒的功能，從而通過搖動來顯示畫面，通過本次設計，加強對單片機AT89C51的深刻理解，提高對電子產品設計的思考能力和動手能力。1.6設計要求設計一個由16個發(fā)光二極管構成的搖搖棒，從而通過AT89C51單片機，在單片機里編程，寫好要出現(xiàn)的圖案或者文字，在正常工作狀態(tài)下，用手來左右搖晃就可呈現(xiàn)一幅完整的畫面，可以顯示字符、圖案。1.6.1設計思路本系統(tǒng)設計要求LED發(fā)光二極管顯示棒并且需要有按鍵進行程序內容正常切換，它主要是由單片機控制部分，LED驅動部分，LED顯示部分以及電源部分組成。單片機主要是存儲，把數(shù)據(jù)提取的字模進行存儲，當接收到按鍵輸入的指令時，單片機就將相應的字模代碼通過I/O口輸出，使LED燈點亮，利用視覺原理最終使圖案完整的顯示在擺動的顯示屏中。1.6.2搖搖棒的基本原理通過單片機來實現(xiàn)，當進行搖動時，由于人的眼睛視覺原理，會在發(fā)光二極管搖動的區(qū)域下產生一個視覺平面原理，通過搖動，會在在視覺平面內的二極管通過震蕩不同頻率的刷新，會在搖動區(qū)域內產生圖像，從而達到在該視覺平面上傳達信息的作用。輸出信號頻率的控制通過極管進行不同頻率的亮滅刷新。

第2章基于單片機的搖搖棒方案設計2.1搖搖棒結構圖內部時鐘方式時，引腳XTAL1和XTAL2兩端接石英晶體和微調電容，構成自激振蕩器，本次設計中所使用的晶振為12MHz，微調電容為33pF。振蕩器發(fā)出的脈沖直接送入內部時鐘電路圖（1）。復位電路：單片機復位電路原理是在單片機的復位引腳RST上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復位。當復位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復位有效。復位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計算出時間常數(shù)。本設計中使用10K電阻配合10uF電容。圖（2）圖（1）圖（2）2.2搖搖棒電路圖的總設計電路總圖由五個模塊組成：其中單片機模塊為電路圖圖的主控模塊1.電源模塊2.復位開關模塊3.水銀開關模塊4.二極管顯示模塊5.單片機模塊電路圖總設計2.2.1單片機最小系統(tǒng)AT89S51單片機最小系統(tǒng)是使單片機正常工作所需的最基本的環(huán)境，其主要由單片機芯片、晶振和電容組成。2.2LED發(fā)光二極管燈的選擇一般的LED發(fā)光二極管。有多種顏色，你可以選擇同樣顏色的發(fā)光二極管用來可以同樣顏色顯示圖案。在網(wǎng)上買的話價格一般是比較便宜的，比較實惠，但是顏色比較單一，只是一種顏色，看著比較單調。要是選擇多種顏色的LED發(fā)光二極管，在網(wǎng)上買的話價格一般是比較貴點的，但是它可以顯示多樣的圖案和文字而且好看，不過看著好看，但是這樣的LED發(fā)光二極管的工作電流也要大于一般傳統(tǒng)二極管。為了使顯示的圖案清晰、明了，好看，我們選擇用多種顏色也行，但是具體還得看個人，不過我們可以用多種顏色的LED發(fā)光二極管可以使得顯示的畫面更為明顯、簡單、好看，要用3節(jié)干電池帶動，也可以用變電器，把220V交流電電壓變成4.5的直流電電壓。2.2.1外部中斷信號產生方式使用水銀開關。通過搖晃使得水銀開關與焊接的左右兩個觸點接觸，利用這種接觸產生的電平變化來觸發(fā)中斷，制作簡單，使用方便。使用光遮斷器。在棒上裝一個可以擺動的用來遮擋光遮斷器光線的細桿，細桿每擺動一次這個桿就會通過一次光遮斷器，發(fā)生電平變化。如果使用光遮斷器，其觸發(fā)單片機的時刻處于正中間，不能解決畫面因為返回與原來圖片重疊的現(xiàn)象。而使用水銀開關，因為在左右都有觸點，所以很容易的在往返途中產生兩次中斷，方便指令控制,容易實現(xiàn)。2.2.2：LED顯示電路的設計我們要根據(jù)LED點陣屏的顯示原理，點陣屏的顯示分為行掃描與列掃描兩種列掃描是將我們的字模數(shù)組通過點陣屏的行驅動進行輸入,然后通過列對每一行進行掃描,當行列為低(高)電平,行為高(低)電平時則表示該點為圖案的一部分,將其讀出,顯示。它的順序可以總結為:行不斷的送數(shù)據(jù),每送完設置的信息后列進行讀取,然后行列再次送數(shù)據(jù),行列再次讀取……依次循環(huán)下去,一幅完整的圖案就顯示在了顯示屏上，我們點亮的每列不會很快的消失,而是隨著擺動的方向繼續(xù)向前移動,只要移動的速度高于視覺暫留的最短時間顯示內容就不會熄滅,本次設計中采用16盞高亮藍色LED作為顯示條帶，將其分別編為4組同時接入P1口，另外通過四個三極管接到P2.4~P2.7作為位選控制信號，實現(xiàn)分時亮，2.2.3LED顯示模塊首先，我們根據(jù)LED點陣屏的顯示原理：點陣屏的顯示分為行掃描與列掃描兩種，列掃描是將我們的字模數(shù)組通過點陣屏的行驅動進行輸入，然后通過列對每一行進行掃描，當列為低（高）電平、行為高（低）電平時則表示該點為圖案的一部分，將其讀出、顯示。它的順序可以總結為：行不斷的送數(shù)據(jù)，每送完設置的信息后列進行讀取，然后行再次送數(shù)據(jù)，列再次讀取……依次循環(huán)下去，一幅完整的圖案就顯示在了顯示屏上。可以把LED顯示棒看成是LED點陣屏中的一列。為了使顯示的圖案清晰，我們使用了16個LED管將它們排成一列，整個屏在靜止時也就相當于16行×1列。數(shù)據(jù)傳輸時我們同樣使用行送數(shù)據(jù)、列掃描。在擺動過程中，應用視覺暫留原理，我們點亮的列不會很快的消失，而是隨著擺動的方向繼續(xù)向前移動，只要移動的速度高于視覺暫留的最短時間顯示內容就不會熄滅，至此，一幅圖案也就可以這樣被“擺動”出來了。LED顯示器具有功耗低，接口控制方便等優(yōu)點，而且模塊的接口信號和操作指令具有廣泛的兼容性，并能直接與單片機接口，可方便地實現(xiàn)各種不同的操作，在各類測量及控制儀表中被廣泛的應用。當在LED上顯示漢字時，應先取得漢字的點陣構成數(shù)據(jù)，然后將其寫入顯示存儲器中進行顯示。搖搖棒顯示是一種通過同步控制發(fā)光二極位置和點亮狀態(tài)來實現(xiàn)圖文顯示的，其結構新穎，成本低廉。本設計采用16個并排發(fā)光二極管，利用人眼的“視覺暫留效應”顯示文字及圖案。顯示模塊如下圖所示2.3抗重影方案的選擇使用外部中斷控制數(shù)據(jù)傳輸時刻，外部中斷信號由慣性開關產生，觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。水銀開關左右兩邊的觸點分別與單片機兩個外部中斷接口相連，默認為高電平，搖動的擺桿接地。水銀開關處于不同位置進入不同的中斷，從而決定何時送數(shù)據(jù)。該方案簡單易行，可以保證數(shù)據(jù)是單程傳輸?shù)?，避免了重影?.4主程序流程圖系統(tǒng)開始運行，內部進行初始化后，等待外部中斷。當搖動到指定位置時，由滾珠開關出觸發(fā)外部中斷，再經過一段時間延時后開始顯示。顯示完成返回主程序，等待下一個搖動周期的到來。2.5單片機工作過程 單片機自動完成賦予它的任務的過程，也就是單片機執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對應著一種基本操作；單片機所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機能自動完成某一特定任務，必須把要解決的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機能識別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預先存放在具有存儲功能的部件——存儲器中。存儲器由許多存儲單元（最小的存儲單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個房間的被分配到了唯一一個房間號一樣，每一個存儲單元也必須被分配到唯一的地址號，該地址號稱為存儲單元的地址，這樣只要知道了存儲單元的地址，就可以找到這個存儲單元，其中存儲的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機在執(zhí)行程序時要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計數(shù)器PC（包含在CPU中），在開始執(zhí)行程序時，給PC賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令，PC在中的內容就會自動增加，增加量由本條指令長度決定，2.5.1單片機的應用目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域。2.6串口電路設計 2.7串口接收程序ORG00H AJMP MAIN ;跳到主程序 ORG 23H AJMP URT ;串口中斷入口 ORG 50H MAIN: ;主程序開始 MOV SP,#60H ;設置堆棧 MOV R0,#0000H ;設置存儲數(shù)據(jù)地址（D:0x0000）片外RAM MOV TMOD,#20H ;設置定時器模式作為波特率發(fā)生器 SETB EA ;開啟總中斷 MOV SCON,#50H ;設置串口模式 MOV TH1,#0FDH ;設置波特率9600 MOV TL1,TH1 SETB TR1 SETB ES AJMP $ ;等待中斷//2、將接收到的數(shù)據(jù)存儲到外部RAM中，判斷接收是否完畢，接收完畢后就不再接收 URT: ;中斷服務子程序 PUSH ACC ;斷點保護 JNB RI,URT1 ;判斷中斷類型是收中斷還是發(fā)中斷，如果是RI低電平跳轉到URT1，如果RI高電平跳轉到URT0 URT0: ;接收程序 CLR ES ;關中斷 CLR RI ;清除標志位 MOV A,SBUF ;將緩沖區(qū)SBUFF的內容讀入寄存器A中 MOV SBUF,A;再將A中的值原樣輸出（用于校驗接收個數(shù)） MOVX @R0,A ;將A中的數(shù)存儲起來（在從D:0x0000開始的單元中） INC R0 CJNE R0,#0200H,URT1 ;接收超過256個數(shù)就不再接收了 CLR EA ACALL DISPLAY URT1: SETB ES POP ACC RTI: RETI第3章關于一些元器件的介紹3.1LED發(fā)光二極管的原理發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。3.2滾珠開關與水銀開關的原理及特點滾珠開關也叫鋼珠開關，珠子開關，其實都是震動開關的一種只是叫法不一樣是通過珠子接觸導針的原理來控制電路的接通或者斷開的。滾珠開關簡單來說，就如同打開或關掉電燈一樣，開關觸碰里頭的金屬板電燈就亮，離開就關，滾珠開關也是利用類似的原理。利用開關中的小珠的滾動，制造與金屬端子的觸碰或改變光線行進的路線，就能產生導通或不導通的效果。滾珠開關目前已有許多不同類型的產品，包括角度感應開關、震動感應開關、離心力感應開關、光電式滾珠開關。以往此類型開關以水銀開關為主，把水銀(汞)當作觸擊的元件，觸擊元件就為滾珠所取代。滾珠開關運用層面極廣，例如：如胎壓監(jiān)控系統(tǒng)(TPMS)、腳踏車燈、數(shù)位相框旋轉、屏幕旋轉、視訊鏡頭翻轉、防盜系統(tǒng)等，偵測物體角度變化、傾倒、移動、震動、旋轉的場合，滾珠開關皆適用。滾珠開關結構圖：滾珠開關結構圖結構圖對應材質：a.青銅蓋、b.青銅珠子-底層鍍鎳-表層鍍金、c.青銅管-底層鍍鎳-表層鍍金、d.ABS膠座或PC膠座、e.VC熱縮套管、f.硬青銅導針-底層鍍鎳-表層鍍金、g.磷銅彈簧夾滾珠開關的應用領域：我國是滾珠開關的消費大國，在電子玩具、醫(yī)療電子產品、車載音響、自動化控制系統(tǒng)、檢測測量設備、汽車交通運輸?shù)扔袕V泛的應用。作為滾珠最主要的應用領域，玩具行業(yè)、家用電器行業(yè)在我國得到了長足的發(fā)展。滾珠開關由于體積小重量輕，在本領域得到廣泛的應用如：數(shù)碼相框的旋轉屏幕，手機重力感應、防盜器材、智能化系統(tǒng)。但滾珠開關也有它不足的地方，有角度限制，要有一定的角度才能使?jié)L珠開關觸發(fā)。因此還是有一部分用水銀開關，滾珠開關的需求量一直呈上升趨勢，市場前景看好。我國滾珠開關形成大批量生產的時間是在數(shù)碼消費產品，尤其是手機產業(yè)，數(shù)碼相框等電子消費產品飛速發(fā)展的時期，不久的將來滾珠開關將是接插元件中主要產品之一，還適合于各類小家電、彩電、臺式計算機、組合音響、DVD、辦公設備、通信設備、電子樂器、醫(yī)療電子設備、數(shù)控機床、自動化控制設備等應用。滾珠開關產品生產單位的分布較廣，各地區(qū)均能設計生產，目前，按鈕開關在技術上日趨成熟，產品價格極具市場競爭力，相當部分規(guī)格產品具有價格優(yōu)勢和高可靠性能產品可以滿足海內外客商的配套需求，出口產品可以滿足指令要求。如今這類產品生產企業(yè)主要集中廣東珠三角地區(qū)。3.2.1水銀開關的原理水銀開關，又稱傾側開關，是電路開關的一種，以一接著電極的小巧容器儲存著一小滴水銀，容器中多數(shù)為真空或注入惰性氣體。原理因為重力的關系，水銀水珠會隨容器中較低的地方流去，如果同時接觸到兩個電極的話，開關便會將電路閉合，開啟開關。我們將水銀開關放在棒體的頂端，在搖動棒提的過程中由于離心力的關系，水銀珠會離開兩個電極，當方向改變時，由于速度的下降會是水銀珠落到管體的底端然后就會閉合電路。注意：水銀對人體及環(huán)境均有毒害，因此使用水銀開關時，請務必小心謹慎，以免破出；在不再使用時，也應該妥善處理。特點水銀開關是根據(jù)封裝在玻璃外殼或金屬外殼內的水銀移動來實現(xiàn)開關通斷的，因而水銀開關與機械開關相比，有許多特點:①可以在惡劣環(huán)境條件下使用。由于水銀開關是密封的，內部的水銀和外界是隔絕的，因此它可以使用在有油、蒸汽、灰塵及腐蝕性氣體的環(huán)境中。②通斷所需的外力小。水銀是惟一能在常溫下保持液態(tài)的水銀開關金屬，它的表面張力和比重都較大，只要稍加外力使水銀開關產生傾斜，水銀便可移動，使開關實現(xiàn)通斷。③水銀的導電性較好，水銀開關電極間的接觸電阻一般小于100mΩ。④水銀開關允許通過的電流取決于電極的材料，鎢絲電極最大允許電流為10A，而一般合金絲最大允許電流一般為1A。⑤由于水銀開關的通斷由水銀重力確定，所以它可以長期可靠地工作。⑥電極的接點是液態(tài)接觸，無任何噪聲。⑦由于水銀可以流動，只要加速度達到設定值以上，水銀開關就可以通或斷，因而可以作為振動的敏感元件使用。⑧體積小，形式多樣，且為全密封式器件。⑨結構簡單，價格低廉。⑩質量高，產品優(yōu)質，適合初學者使用3.2.2區(qū)別1、滾珠開關所有材料均可達到環(huán)保要求，而水銀開關`因本身材質問題無法達到。2、滾珠開關因導通方式是通金屬珠，同時觸發(fā)產生信號的，因滾珠同時觸發(fā)的接觸面積較小且滾珠是活動的，因此導通有時會有閃斷現(xiàn)象，而水銀開關是同觸發(fā)端接觸，因汞是液態(tài)，接觸面大穩(wěn)定，一般來說導通效果更穩(wěn)定。3、滾珠開關是金屬殼體，結構強度較好。3.3晶振的封裝及應用12MHZ晶振是一款能夠定期產生重復信號的石英晶振，頻率值為12.000mhz，它產生的信號通常為正弦波，12MHz晶體振蕩器是一款輸出頻率是由石英晶體控制，每秒鐘產生重復12萬次振動的電子單元，晶振12MHZ用途很廣，常見是用在在單片機上，它可以產生12個機器周期，起到一個定時的作用。1.通用晶體振蕩器，用于各種電路中，產生振蕩頻率。2.時鐘脈沖用石英晶體諧振器，與其它元件配合產生標準脈沖信號，廣泛用于數(shù)字電路中。3.微處理器用石英晶體諧振器。4.CTVVTR用石英晶體諧振器。5.鐘表用石英晶體振蕩器。3.3.1工作原理石英晶體振蕩器是高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛應用于彩電、計算機、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設備產生時鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準信號。石英晶體振蕩器是利用石英晶體(二氧化硅的結晶體)的壓電效應制成的一種諧振器件，它的基本構成大致是:從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等)，在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形。反之，若在晶片的兩側施加機械壓力，則在晶片相應的方向上將產生電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關，一般約幾個PF到幾十PF。當晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十mH到幾百mH。晶片的彈性可用電容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002~0.1pF。晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效，它的數(shù)值約為100Ω。由于晶片的等效電感很大，而C很小，R也小，因此回路的品質因數(shù)Q很大，可達1000~10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。計算機都有個計時電路，盡管一般使用"時鐘"這個詞來表示這些設備，但它們實際上并不是通常意義的時鐘，把它們稱為計時器(timer)可能更恰當一點。計算機的計時器通常是一個精密加工過的石英晶體，石英晶體在其張力限度內以一定的頻率振蕩，這種頻率取決于晶體本身如何切割及其受到張力的大小。有兩個寄存器與每個石英晶體相關聯(lián)，一個計數(shù)器(counter)和一個保持寄存器(holdingregister)。石英晶體的每次振蕩使計數(shù)器減1。當計數(shù)器減為0時，產生一個中斷，計數(shù)器從保持寄存器中重新裝入初始值。這種方法使得對一個計時器進行編程，令其每秒產生60次中斷(或者以任何其它希望的頻率產生中斷)成為可能。每次中斷稱為一個時鐘嘀嗒(clocktick)。晶振在電氣上可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡，電工學上這個網(wǎng)絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率為串聯(lián)諧振，較高的頻率為并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應該等于負載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。一般的晶振的負載電容為15p或12.5p，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個33p的電容構成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。3.3.2作用晶振在應用具體起到的作用，微控制器的時鐘源可以分為兩類:基于機械諧振器件的時鐘源，如晶振、陶瓷諧振槽路;RC(電阻、電容)振蕩器。一種是皮爾斯振蕩器配置，適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡單的分立RC振蕩器?；诰д衽c陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系數(shù)。RC振蕩器能夠快速啟動，成本也比較低，但通常在整個溫度和工作電源電壓范圍內精度較差，會在標稱輸出頻率的5%至50%范圍內變化。但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影響。需認真對待振蕩器電路的元件選擇和線路板布局。在使用時，陶瓷諧振槽路和相應的負載電容必須根據(jù)特定的邏輯系列進行優(yōu)化。具有高Q值的晶振對放大器的選擇并不敏感，但在過驅動時很容易產生頻率漂移(甚至可能損壞)。影響振蕩器工作的環(huán)境因素有:電磁干擾(EMI)、機械震動與沖擊、濕度和溫度。這些因素會增大輸出頻率的變化，增加不穩(wěn)定性，并且在有些情況下，還會造成振蕩器停振。上述大部分問題都可以通過使用振蕩器模塊避免。這些模塊自帶振蕩器、提供低阻方波輸出，并且能夠在一定條件下保證運行。最常用的兩種類型是晶振模塊和集成RC振蕩器(硅振蕩器)。晶振模塊提供與分立晶振相同的精度。硅振蕩器的精度要比分立RC振蕩器高，多數(shù)情況下能夠提供與陶瓷諧振槽路相當?shù)木?。選擇振蕩器時還需要考慮功耗。分立振蕩器的功耗主要由反饋放大器的電源電流以及電路內部的電容值所決定。CMOS放大器功耗與工作頻率成正比，可以表示為功率耗散電容值。比如，HC04反相器門電路的功率耗散電容值是90pF。在4MHz、5V電源下工作時，相當于1.8mA的電源電流。再加上20pF的晶振負載電容，整個電源電流為2.2mA。陶瓷諧振槽路一般具有較大的負載電容，相應地也需要更多的電流。相比之下，晶振模塊一般需要電源電流為10mA~60mA。硅振蕩器的電源電流取決于其類型與功能，范圍可以從低頻(固定)器件的幾個微安到可編程器件的幾個毫安。一種低功率的硅振蕩器，如MAX7375，工作在4MHz時只需不到2mA的電流。在特定的應用場合優(yōu)化時鐘源需要綜合考慮以下一些因素:精度、成本、功耗以及環(huán)境需求。3.3.3晶振電路晶體是晶體振蕩器電短路就相當于一個電容器和并聯(lián)的電阻，然后在系列，高點和低點的頻率，其中頻率稍低是一個高頻諧振電路。串聯(lián)諧振電路是并聯(lián)諧振的并聯(lián)諧振電路加入負反饋電路可以構成一個正弦振蕩電路，由于晶體等效電感非常窄的頻率范圍內，即使參數(shù)已經改變了很多的振蕩器頻率其它組分的變化不大。AT89C51單片機的內部振蕩器為高增益放大器，一般地，晶振比較常用的有6MHz、12MHz。晶振的頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機的運行速度也就越快。STC的單片機最高可支持到40MHz的晶振，但為了系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行還是選擇常用的晶震，如果單片機上使用了串行口通信，則一般會考慮使用12MHz的晶振，方便波特率的計算。3.4瓷片電容瓷片電容是一種用陶瓷材料作介質,在陶瓷表面涂覆一層金屬薄膜,再經高溫燒結后作為電極而成的電容器。通常用于高穩(wěn)定振蕩回路中，作為回路、旁路電容器及墊整電容器。電容的作用：MLCC(1類)—微型化,高頻化,超低損耗,低ESR,高穩(wěn)定,高耐壓,高絕緣,高可靠,無極性,低容值,低成本,耐高溫.主要應用于高頻電路中。.MLCC(2類)—微型化,高比容,中高壓,無極性,高可靠,耐高溫,低ESR,低成本.主要應用于中,低頻電路中作隔直,耦合,旁路和濾波等電容器使用識別方法：瓷片電容的識別方法：電容的識別方法與電阻的識別方法基本相同，分直標法、色標法和數(shù)標法3種。電容的基本單位用法拉(F)表示，其它單位還有：毫法(mF)、微法(μF)/mju:/、納法(nF)、皮法(pF)。其中：1法拉=1000毫法(mF)，1毫法=1000微法(μF)，1微法=1000納法(nF)，1納法=1000皮法(pF)容量大的電容其容量值在電容上直接標明，如10μF/16V容量小的電容其容量值在電容上用字母表示或數(shù)字表示字母表示法：1m=1000μF1P2=1.2PF1n=1000PF數(shù)字表示法：三位數(shù)字的表示法也稱電容量的數(shù)碼表示法。三位數(shù)字的前兩位數(shù)字為標稱容量的有效數(shù)字，第三位數(shù)字表示有效數(shù)字后面零的個數(shù)，它們的單位都是pF。第4章PCB板電路設計4.1PCB板制作及分類印制電路版（PrintedCircuitBoard,簡稱PCB），它是以一定尺寸的絕緣板為基材，以銅箔為導線，經特定工藝加工，用一層或若干層導電圖形（銅箔的鏈接關系）以及設計好的孔（如元件孔、機械安裝孔、金屬化過孔等）來實現(xiàn)元件間的電氣連接關系，它就像在紙上印刷上去似的，故得名印制電路板或稱印刷線路板。在電子設備中，印制電路板可以對各種元件提供必要的機械支撐，提供電路的電氣連接并用標記符號把板上安裝的各個元件標注出來，以便于插件、檢查及調試。按照在一塊板上導電圖形的層數(shù)，印制電路板可分為一下三類：單面板：指僅一面又導電圖形的電路板，也稱單面板。雙面板：指兩面都有導電圖形的電路板，也稱雙層板。其兩面的導電圖形之間的電連接通過過孔來完成。多層板：由交替的導電圖形層及絕緣材料層疊壓粘合而成的電路板。除電路板兩個時面有導電圖形外，內部還有一層或都多層相互絕緣的導電層，各層之間通過金屬化過孔實現(xiàn)電氣連接。它主要應用于復雜的電路設計。4.2印制電路板的設計的一般步驟1：.繪制印制電路板主要任務是繪制搖搖棒原理圖，并且確保無誤后，生成網(wǎng)絡表，用與PCB設計時自動布局。2：.規(guī)劃電路板主要完成確定電路板的物理邊界，電氣邊界，電路板的層數(shù)，各種元件的封裝形式和布局要求等任務，本文搖搖棒PCB的大小為：30.1cm*5.1cm。3.：設置參數(shù)主要是設置軟件中電路板的工作層，PCB編輯器的工作參數(shù)，自動布局等。4：.裝入網(wǎng)絡表及元件的封裝形式網(wǎng)絡表是PCB自動布線的核心（筆者用的單面板，用的手動布線），也是電路理圖設計與印制電路板設計系統(tǒng)的接口。只有正確裝入網(wǎng)絡表后，才能進行對電路板的自動布局等。PartTypeDesignatorFootprint0.1uFC2RAD0.11KR220805R1KR230805R1KR200805R1KR210805R1KR260805R1KR270805R1KR240805R1KR250805R1KR130805R1KR140805R1KR110805R1KR120805R1KR150805R1KR180805R1KR190805R1KR160805R1KR170805R10KR4AXIAL0.410uFC1RB.1/.2W10uFC5RB.1/.2W112MHzY2XTAL30pFC3RAD0.130pFC4RAD0.189C51U1DIP40100KR280805R100KR2AXIAL0.4BAT3VB1BAT2032BAT3VB2BAT2032POWERK4SIP3ResetK2K1UART1J6SIP4圖電路需要的封裝參數(shù)5.：元件的布局元件的布局包括自動和手動調整兩個過程。在規(guī)劃好電路板和裝入網(wǎng)絡表之后，系統(tǒng)能自動裝入元件，并自動將它們放置在電路板上。自動布線是系統(tǒng)根據(jù)某種算法在電氣邊界內自動擺放元件的位置。如果自動布局不盡如意，則在進行手工調整。6：.手動布線手動布線時，要注意相連導線之間要有一定的絕緣距離；信號線在拐彎處不能走直線；電源線和地線的布線要短，粗且避免形成回路。第5章硬件電路的設計5.1單片機最小系統(tǒng)設計單片機其實是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘控制嚴格地按時序進行工作。時鐘電路用于產生單片機工作所需要的信號。在51為核心的單片機內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器，其輸入端引腳為XTAL1,其輸出端引腳為XTAL2。只要在XTAL1和XTAL2之間跨接石英晶體和和兩個微調電容，就可以構成穩(wěn)定的自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖，這種方式稱為內部時鐘方式。在時鐘電路中由1個12MHz的晶振、2個33pF的瓷片電容組成具體電路如圖所示。5.2單元電路設計5.2.1按鍵模塊使用一個按鍵對顯示的所有內容進行切換，通過按鈕按下的次數(shù)確定顯示的內容。5.2.2驅動模塊單片機有一個12MHz的晶振和兩個33PF的小電容阻成，它們決定了單片機的工作時間精度為1Us。單片機內各部件之間有條不紊地協(xié)調工作，其控制信號是在基本節(jié)拍的指揮下按一定時間順序發(fā)出的，這些控制信號在時間上的相互關系就是CPU時序，而產生這種基本節(jié)拍的電路就是振蕩器和時鐘電路。STC89C51單片機內部有一個用于構成振蕩器的單級反相放大器。引腳XTAL1為反相器輸入端，XTAL2為反相器輸出端。當在放大器兩個引腳上外接一個晶體（或陶瓷振蕩器）和電容組成的并聯(lián)諧振電路作為反饋元件時，夠成一個自此振蕩器由XTAL1端向內部時鐘電路提供一定頻率的時鐘源信號。另外振蕩器的工作還可以由軟件控制，當對單片機內電源控制寄存器PCON中的PD位置1時，可停止振蕩器的工作，使單片機進入省電工作狀態(tài)，此振蕩器稱為內部振蕩器。單片機也可以通過外部振蕩器向內部時鐘電路輸入固定頻率的時鐘源信號。此時，外部信號接至XTAL1端，輸入給內部時鐘電路，而XTAL2端浮空即可。片內振蕩器頻率是由外接石英晶體的頻率決定的，其頻率值可在0～24MHz之間。當頻率穩(wěn)定性要求不高時，可選用陶瓷振蕩器。片內振蕩器對構成并聯(lián)諧振電路的外接電容C1和C2要求并不嚴格。外接晶體時，C1和C2的典型值為33PF左右；外接陶瓷振蕩器時，C1和C2的典型值為47PF左右。而且在設計印刷電路板時，晶體（或陶瓷）振蕩器和電容應盡可能安裝得靠近單片機，以減少寄生電容，保證振蕩器的穩(wěn)定性和可靠性。5.3硬件電路設計基本結構系統(tǒng)電源VCC為4.5V，下載程序和調試時一定要保證4.5V電壓，實際使用時用3節(jié)干電池串聯(lián)4.5V即可。STC89C51單片機作為控制器，在它的P0、P2口接有16個，共陽極的方式連接LED，由單片機輸出的低電平點亮。P0口的上拉電阻RA1不能少。串在LED公共端的二極管D1會產生一定的壓降，用來保護LED，經實測LED點亮時兩端電壓為3V左右，在LED的安全承受范圍內。K1是畫面切換開關，用于切換顯示不同內容；S1為水銀開關。由電源VCC為4.5V，實際使用時用3節(jié)干電池串聯(lián)4.5V即可。STC89C51單片機作為控制器，在它的P0、P2口接有16只，以共陽極的方式連接LED，由單片機輸出，低電平來點亮。水銀開關的作用：棒在搖動時，只能朝某一方向搖動時顯示，否則會出現(xiàn)鏡像字或鏡像畫面，所以通過接一只水銀開關來控制，使搖搖棒從左向右搖動時將內容顯示出來。 5.4傳感器系統(tǒng) 硬件傳感器主要為搖動傳感器，本設計的搖動傳感器由水銀開關構成。水銀搖動開關穩(wěn)定性較高，但容易發(fā)生破裂，水銀外泄，安全性較差。滾珠開關穩(wěn)定性稍差，但不容易損壞，安全度很高。5.5電源電路設計任何電路都離不開電源部分，離開電源是什么都不工作的，單片機也不例外，而且我們應該高度重視電源部分，電源部分做好才能保證電路的正常工作。3節(jié)1.5V電池或者用USB接口供電是最好的，電池輸出的電壓是最干凈的，不會有任何干擾波動。5.6開關電路電路中開關使用了水銀開關，是通過水銀滾動接觸導針的原理來控制電路的接通或者斷開的。水銀開關簡單來說，就如同打開或關掉電燈一樣，開關觸碰里頭的金屬板電燈就亮，離開就關，利用開關中的水銀珠的滾動，制造與金屬端子的觸碰或改變光線行進的路線，就能產生導通或不導通的效果。當水銀珠滾到金色引腳那一端的時候就會導通，正是這個原理可以用做單片機外部中斷的下降沿的信號控制，在使用水銀開關提供單片機下降沿信號時，要給一個10K的上拉電阻給單片機，這樣水銀開關沒有接通的時候外部中斷引腳就會保持高電平，如果但接通會產生一個下降沿中斷。如果沒有水銀開關搖搖棒就會產生鏡像效應。5.7復位電路實用性復位電路：單片機復位電路的計算機CPU部分是一樣的使用計算機程序來產生崩潰的時候，按下電腦里面的復位按鈕從頭開始。在單片機系統(tǒng)中運行時，受環(huán)境干擾飛行運行，當你按下它的內部程序復位按鈕，程序就會自動重新啟動5.8常見的硬件故障電源故障電壓值不符合設計要求，電源線及插座不對應，電源功率太小，負載能力差。（3）線路故障樣機硬件的邏輯錯誤是由于設計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的。這類錯誤包括：錯線，斷路，短路等幾種，其中短路時最常見的故障，也是最危險的，有時候一條線路短路甚至會造成電路板燒壞，所以盡量避免電路中短路現(xiàn)象。（4）元器件失效元器件失效的原因有兩個方面：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是由于組裝錯誤而造成的元器件失效，如電解電容，二極管的極性錯誤，集成塊安裝方向錯誤等。（5）可靠性差引起系統(tǒng)不可靠的因素很多，如金屬化孔，接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞；內部和外部的干擾，電源紋波系數(shù)過大，器件負載過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等也會引起系統(tǒng)可靠性差5.9硬件調試方法脫機調試脫機調試是在電路板加電之前，先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電氣原理圖和裝配圖仔細檢查樣機線路的正確性，并核對元器件的型號，規(guī)格和安裝是否符合要求。應特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯誤，并重點檢查拓展系統(tǒng)總線是否存在相互間的短路或其他信號線的短路。對于樣機所用的電源事先必須單獨調試，調試好后，檢查其電壓值，負載能力，極性等均符合要求，才能加到系統(tǒng)的各個部件上。在不插片子的情況下，加電檢查各插件上引腳的電位，仔細檢查各地點電位是否正常，尤其應注意單片機插座上的各點電位是否正常，若有高壓，聯(lián)機時將會損壞開發(fā)機。聯(lián)機調試通過脫機調試可排除一些明顯的硬件故障。有些硬件故障還是要通過聯(lián)機調試才能發(fā)現(xiàn)和排除。聯(lián)機前先斷電，把開發(fā)系統(tǒng)的仿真插頭插到樣機的單片機插座上，檢查一下開發(fā)機與樣機之間的電源、接地是否良好。一切正常，即可打開電源。通電后執(zhí)行開發(fā)機讀寫指令，對用戶機的存儲器、I/O端口進行讀寫操作、邏輯檢查，若有故障，可用示波器觀察波形。通過對波形的觀察分析，尋找故障原因，并進一步排除故障?？赡艿墓收嫌校壕€路連接上的邏輯錯誤、有斷線或短路現(xiàn)象、集成電路失效等。在繪制元器件封裝圖的過程中，常常會忽略元器件封裝型號與原理圖中的一一對應，導致在元器件加載的過程中系統(tǒng)會報錯。那么繪制電路原理圖以及元器件封裝的過程中要特別注意兩者的元器件封裝號的一致。靜態(tài)調試：先不加輸入信號，測量各級直流工作電壓和電流是否正常。直流電壓的測試非常方便，可直接測量。而電流的測量就不太方便，通常采用兩種方法來測量。若電路在印制電路板上留有測試用的中斷點，串入電流表直接測量出電流的數(shù)值，然后再用焊錫連接好。若沒有測試孔，則可測量直流電壓，再根據(jù)電阻值大小計算出直流電流。一般對晶體管和集成電路進行靜態(tài)工作點調試。動態(tài)調試：加上輸入信號，觀測電路輸出信號是否符合要求。也就是調整電路的交流通路元件，如電容、電感等，使電路相關點的交流信號的波形、幅度、頻率等參數(shù)達到設計要求。若輸入信號為周期性的變化信號，可用示波器觀測輸出信號。當采用分塊調試時，除輸入級采用外加輸入信號外，其他各級的輸入信號應采用前輸出信號。對于模擬電路，觀測輸出波形是否符合要求。對于數(shù)字電路，觀測輸出信號波形、幅值、脈沖寬度、相位及動態(tài)邏輯關系是否符合要求。在數(shù)字電路調試中，常常希望讓電路狀態(tài)發(fā)生一次性變化，而不是周期性的變化。因此，輸入信號應為單階躍信號(又稱開關信號)，用以觀察電路狀態(tài)變化的邏輯關系。5.9.1硬件制作注意事項1、使用直徑為3mmLED燈焊接顯示部分，使用別的直徑的LED燈，看效果很好但是看時，字不夠連貫，有可能是板子孔打歪了或者是焊接時所留的引腳長短不一樣。2、水銀開關里的水銀很活躍，導致在接通時容易產生抖動，所以將水銀開關斜向上放置，靠水銀珠自身重力的作用減少抖動。3、IC座里面隱藏元件，既美觀又能保護元件。4底座連線部分，通過合理緊湊的布線，可以使線路更加牢固

第6章軟件設計6.1軟件設計思路 在搖動LED棒的時候單片機必須單程送數(shù)據(jù)否則顯示的圖形會產生重影，影響視覺效果。因此當系統(tǒng)開始工作后通過慣性開關的位置來使單片機實現(xiàn)單程送數(shù)據(jù)給LED。如果慣性開關位于右邊，則進入外部中斷T1并將一變量置1。在變量為1期間讓單片機以一定的頻率將數(shù)據(jù)送給LED。如果慣性開關位于左邊，則進入外部中斷T0并將變量置0，在這期間單片機不會送數(shù)據(jù)給LED。在送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)送完后應延時一段時間來使搖動時顯示的每個字不會太擁擠。之后再立刻熄滅LED并開始重新判斷慣性開關的位置。6.2軟件程序調試1、在字模選取時，字模走向，點陣格式等方面選取不當會導致顯示出的圖像，文字信息等不完整或不能顯示；那么，字模的選取方面，點陣格式，字模走向等的選擇必須與硬件電路中的一一對應。2、在軟件設計程序編程時，延時子程序設計的時間長短會出現(xiàn)一些問題。時間設的太長，在搖晃過程中，LED發(fā)光二極管點亮的速度會很慢，致使在使用過程中左右搖晃的頻率，幅度會很大，畫面就不容易顯示或者不清晰，只出現(xiàn)部分畫面等情況；時間設的太短，發(fā)光二極管點亮的速度會很快，那么搖晃過程中，甚至有些應該亮的頻率比較高的二極管根本來不急點亮，那么在人眼看來，那些二極管根本就沒點亮。因此，在設置延時子程序時間的問題上，要計算出單向甩出搖搖棒所需的具體時間。這樣，LED燈亮的速度才會適中，致使演示效果完好。6.3調試現(xiàn)象與分析在開始實驗設計前，根據(jù)實驗要求，分析實驗所涉及的相關知識點，查閱身邊的資料，并根據(jù)自己以前所學的理論知識，有了大概設計框圖后，在PROTEL中畫出原理圖，然后根據(jù)原理圖分模塊焊出電路板，并對模塊進行調試。第一步，測試LED顯示電路和S51單片機最小系統(tǒng)。首先測試LED，發(fā)現(xiàn)有一個LED不亮，于是檢測試該LED的引腳，發(fā)現(xiàn)線路斷了，接好后LED都亮。于是燒入搖搖棒程序，但LED燈不閃，猜測是數(shù)碼管芯片與插槽接觸不良的問題，就把插槽重新焊接，之后，再次測試時，發(fā)現(xiàn)有時閃爍有時不亮。說明不是插槽的問題，于是反復檢查最小系統(tǒng)模塊，通過用電壓表對數(shù)碼管的每個引腳進行高低電平測試，最終發(fā)現(xiàn)原來是接線問題，即有根電線忘了連接，使得硬件與軟件的設置不匹配，從而導致了LED顯示不正常。改正后重新測試，手動搖晃可正常呈現(xiàn)圖像。6.4軟件調試方法軟件調試與所選用的軟件結構和程序設計技術有關。如果采用模塊程序設計技術，則逐個模塊調試好以后，再進行系統(tǒng)程序總調試。如果采用實時多任務操作系統(tǒng)，一般是逐個任務。對于模塊結構程序，要一個個子程序分別調試。調試子程序時，一定要符合現(xiàn)場環(huán)境，即入口條件和出口條件。調試的手段可采用單步的運行方式和斷點運行方式，通過檢查用戶系統(tǒng)CPU的現(xiàn)場、RAM的內容和I/O口的狀態(tài)，檢測程序執(zhí)行結果是否符合設計要求。通過檢測，可以發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)錯誤、機器碼錯誤及轉移地址的錯誤，同時也可以發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)中的硬件故障、軟件算法及硬件設計錯誤。在調試過程中不斷調整用戶系統(tǒng)的軟件和硬件，逐步通過一個個程序模塊。各程序模塊通過后，可以把各功能塊聯(lián)系起來一起進行整體程序綜合調試。在這階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運行時是否破壞現(xiàn)場，緩沖單元是否發(fā)生沖突，零位的建立和清除在設計上有否失誤，堆棧區(qū)域有否溢出，輸入設備的狀態(tài)是否正常，等等。若用戶系統(tǒng)是在開發(fā)系統(tǒng)的監(jiān)控程序下運行時，還要考慮用戶緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。 第7章缺陷及其解決方案7.1缺陷搖搖棒是利用的是人眼的視覺神經特性而成，LED發(fā)光管作為每一列的畫面顯示器，用手上下左右搖晃作用而，利用水銀來滾動所顯示的畫面，人眼的視覺所看到等現(xiàn)象使得看到的是一幅完整的畫面。這也是搖搖棒的缺陷之處，然而，好的東西也有它的不好之處：如果在顯示中出現(xiàn)反向重影的現(xiàn)象，導致重影或信息顯示錯誤。從而造成人眼的視覺差，造成誤判。7.1.1解決方案在設計中通過水銀開關來控制搖搖棒，只能向一邊搖動時顯示信息，否則會出現(xiàn)鏡像字或鏡像畫面，也就是重影的現(xiàn)象?？蛇x的搖動控制開關有水銀開關，水銀開關穩(wěn)定性較高，但安全性較差。此設計中根據(jù)LED點陣的顯示原理來設計顯示部分。點陣的顯示分為行掃描與列掃描兩種，列掃描是將字模數(shù)組通過點陣屏的行驅動進行輸入，然后通過列對每一行進行掃描，當為低電平、行為高電平時則表示該點為圖案的一部分，將其讀出、顯示。而本次設計的LED顯示棒傳輸原理與LED點陣屏相似?？梢园袻ED顯示棒看成是LED點陣屏中的一列。為了使顯示的圖案清晰，在設計中使用了16個LED管將它們排成一列，傳輸時同樣使用行送、列掃描。在擺動過程中，應用人眼的視覺暫留原理，被點亮的列不會很快的消失，而是隨著擺動的方向繼續(xù)向前移動，只要移動的速度高于視覺暫留的最短時間顯示內容就不會熄滅，這樣，一幅圖案也就可以這樣被“擺動”出來了。在搖動LED棒的時候單片機必須單程傳送，否則顯示的圖形會產生重影，影響視覺效果。因此當系統(tǒng)開始工作后通過滾珠開關的位置來使單片機實現(xiàn)單程傳送給LED.如果水銀開關位于右邊，則進入外部中斷1并將一變量置1,在變量為1期間讓單片機以一定的頻率將傳送給LED.如果水銀開關位于左邊，則進入外部中斷0并將變量置0.在這期間單片機不會傳送給LED.在送時，送完后應延時一段時間來使搖動時顯示的每個字不會太擁擠，之后再立刻熄滅LED并開始重新判斷滾珠開關的位置。結束語在之前，人們只能通過固定的一個圖案通過照射顯示出來，并且還不能連續(xù)的進行顯示，而現(xiàn)在，隨著電子高科技的發(fā)展，打破了這個觀念，既能讓他連續(xù)的顯示畫面，而且還能更有效的使用人眼的觀念來使他發(fā)揮好的用處，不僅方便，而且價格低廉。本次將使用單片機對搖動顯示進行實例化，設計一個LED搖動顯示器來顯示數(shù)字、圖像等。掌握利用51型單片機對發(fā)光二極管陣列進行搖動控制的方法。輸出信號頻率的控制通過單片機來實現(xiàn)，用水銀開關擺動狀態(tài)和16個發(fā)光二極管進行不同頻率的亮滅刷新，通過手動搖動可顯示輸出文字及圖案等信息。當進行搖動時，由于人的視覺暫留原理，會在發(fā)光二極管搖動區(qū)域產生一個視覺平面，在視覺平面內的二極管通過不同頻率的刷新，會在搖動區(qū)域內產生圖像，從而達到在該視覺平面上傳達信息的作用。在做設計前了解相關知識、材料、方法可以避免許多沒有必要的麻煩，一步一個腳印就不必“從頭再來”設計綜合運用了字模轉換軟件。同時查閱了大量相關資料，包括查閱相關書籍和網(wǎng)上的資料，獲得了一些相關信息。，對于理論知識學習不夠扎實的我深感知識的不夠，而且領悟諸多平時學習難以理解掌握的較難知識。雖然在設計到制作的過程中，犯了很多錯誤，也遇到了些困難。但是從這次的畢業(yè)設計當中學到了很多東西，對自己所學的知識的有了更深刻的理解，使我受益匪淺。為人們的生活提供便利，通過這次課程設計，使我學會了編寫程序，焊接電路板，增強了我的動手能力，為以后打下了堅實的基礎，為以后參加工作打下了堅實的基礎。單片機實現(xiàn)電子搖搖棒，顯示方式也更趨于人性化。僅僅是市面上電子，顯示眾多方法之一。所以通過不斷開發(fā)研究，終究會實現(xiàn)體積會越來越小，功能之繁多。筆者已經通過仿真和調試，可以應用匯編語言進行對單片機編程。提供的程序還可以進一步優(yōu)化，并且還可以根據(jù)需求為電子搖搖棒增設新功能。 致謝對于寫畢業(yè)論文，也就說明我們大學學習生活就要既將結束?；叵氲揭郧霸诖髮W里的日子，自己一生之中最難道寶貴的生活時光能在這樣的學校校園之中度過，在這才華和像待我們如父母的老師們的熏陶下度過，實在是榮幸之至，備受光榮，在這三年的時間里，我在學習上和思想上都受益非淺。生活中充滿正能量，學會自立自強、勇于奉獻、這也各位老師們的支持和鼓勵的結果，雖然寫論文是枯燥無聊的，但是他又有富有挑戰(zhàn)性的，每個人在生活中都要有富有挑戰(zhàn)，這樣才能更快的成長起來，不可能要安于現(xiàn)狀，最大的敵人是自己，因此，我們要盡最大可能去挑戰(zhàn)自己，發(fā)揮出自己的才能。我在此要特別感謝我的指導老師李雪老師。從論文的選題、文獻的采集、框架的設計、結構的布局到最終的論文定稿，都是老師在幫助，從內容到格式，從標題到標點，她都費盡心血。謝謝老師的細心指導。參考文獻[1]康華光.電子技術基礎，模擬部分[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.[2]謝嘉奎.電子線路.線性部分[M].4版.北京：高等教育出版社，1999.[3]胡宴如.模擬電子技術及應用[M].北京：高等教育出版社，2011.[4]胡宴如.電子實習（I）[M].北京：高等教育出版社，1996.[5]胡宴如，耿蘇燕.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2010.[6]耿蘇燕.模擬電子技術基礎[M].2北京：高等教育出版社，2011.[7]華成英.模擬電子技術基礎課程[M].北京：清華大學出版社，2006.[8]謝沅清，解月珍電子電路基礎[M].北京：人民郵電出版社，1999.[9]楊素行.模擬電子技術基礎簡明教室[M].3版.北京：高等教育出版社，2006.[10]孫肖子，張企民模擬電子技術基礎[M].西安：西安電子科技大學出版社，2001[11]楊栓科[模擬電子技術基礎[M].2版.北京：高等教育出版社，2003.[12]鄭家龍，陳隆道，蔡忠法.集成電子技術基礎教程（上冊）[M].2版.北京：高等教育出版社，2008.[13]廖先蕓.電子技術實踐與訓練[M].2版.北京：高等教育出版社，2005[14]章忠全.電子技術基礎實驗與課程設計[M].北京：中國電力出版2003.[15]楊振江，馮軍.單片機原理與實踐指導，中國電力出版社，2008,8[16]姜志海.單片微型計算機原理及應用，機械工業(yè)出版社，2007，3[17]陳桂友，柴遠彬.單片機應用技術，機械工業(yè)出版社，2008,1[18]馮先成.單片機應用系統(tǒng)設計，北京航空大學出版社，2009[19]何宏.微型計算機原理與接口技術，西安電子科技大學出版社，2009,4[20]劉海成.單片機及應用系統(tǒng)設計原理與實踐，北京航空大學出版社，2009,8[21]金杰.單片機應用技術基本功，人民郵電出版社，2009[22]韓志軍.單片機系統(tǒng)設計與應用實例，機械工業(yè)出版社，2010[23]李廣弟.單片機基礎，北京航空大學出版社，2007[24]劉同法，陳忠平，眭仁武，單片機基礎與最小系統(tǒng)實踐，北京航空大學出版社，2007附錄A電子搖搖棒元件清單序號元器件名稱數(shù)量備注1PCB板1塊覆銅板2發(fā)光二級管16顆同樣顏色3單片機1個STCAT89C514水銀開關1個5排針1排4P6按鍵1個貼片7電池盒2個8晶振1個12M附錄B源程序#include<AT89X51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//宏定義#defineKEYP3_0//定義畫面切換按鍵ucharKY;//KY作用在后面說明uchardisp;//顯示漢字指針ucharpic=0,num=0;//pic為按鍵次數(shù)；num為中斷次數(shù)ucharcodelove[]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0x3F,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF8,0x0F,0x04,0x10,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0x04,0x10,0xF8,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0x07,0x00,0x08,0x00,0x10,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x10,0x00,0x08,0xFE,0x07,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0x3F,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*LOVE*/};ucharcodeloveyou[]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x78,0x00,0xFC,0x00,0xFE,0x01,0xFE,0x03,0xFE,0x07,0xFE,0x0F,0xFE,0x1F,0xFC,0x3F,0xF8,0x7F,0xFC,0x3F,0xFE,0x1F,0xFE,0x0F,0xFE,0x07,0xFE,0x03,0xFE,0x01,0xFC,0x00,0x78,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*心形圖案*/};ucharcodehehe[]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xC0,0x01,0x40,0x01,0xC0,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x0F,0x08,0x10,0x04,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x3F,0x08,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x08,0x00,0xF0,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x3F,0x08,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x08,0x00,0xF0,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x04,0x20,0x08,0x10,0xF0,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0xC0,0x01,0x40,0x01,0xC0,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*呵呵o(∩_∩)o圖案*/};unsignedcharcodehanzi[]={//--高--0x04,0x00,0x04,0xFE,0x04,0x02,0x04,0x02, 0xF4,0x7A,0x94,0x4A,0x95,0x4A,0x96,0x4A, 0x94,0x4A,0x94,0x4A,0xF4,0x7A,0x04,0x02, 0x04,0x82,0x04,0xFE,0x04,0x00,0x00,0x00,//--耀--0x44,0x80,0x58,0x60,0x10,0x1F,0x7F,0x00, 0xD0,0x7F,0x48,0x20,0x00,0x14,0x2A,0x02, 0x12,0xFF,0xBE,0x55,0x00,0x55,0x2A,0x7F, 0x92,0x55,0x3E,0x55,0x00,0x41,0x00,0x00,//--宗--0x20,0x00,0x18,0x42,0x08,0x22,0x48,0x1A, 0x48,0x02,0x48,0x42,0x49,0x82,0x4E,0x7E, 0x48,0x02,0x48,0x02,0x48,0x02,0x48,0x0A, 0x08,0x12,0x28,0x62,0x18,0x00,0x00,0x00,//--帥--0x00,0x00,0xFC,0x87,0x00,0x40,0x00,0x30, 0xFF,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x1F, 0x10,0x00,0x10,0x00,0xFF,0xFF,0x10,0x08, 0x10,0x10,0xF0,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,//--蔡-- 0x02,0x04,0x42,0x44,0xA2,0x22,0x5A,0x15,0x92,0x04,0x57,0x45,0x32,0x85,0x02,0x7D,0x3A,0x05,0x57,0x05,0x92,0x04,0x52,0x15,0x32,0x21,0x02,0x42,0x02,0x02,0x00,0x00,//--勝--0x00,0x80,0xFE,0x7F,0x22,0x02,0x22,0x82,0xFE,0xFF,0x00,0x00,0x40,0x40,0x3C,0x42,0x10,0x42,0x40,0x42,0xFF,0x7F,0x10,0x42,0x10,0x42,0x10,0x42,0x00,0x40,0x00,0x00,//--東--0x00,0x00,0x08,0x20,0x88,0x11,0x48,0x09,0x28,0x05,0x18,0x41,0x0F,0x81,0xE8,0x7F,0x08,0x01,0x08,0x01,0x08,0x05,0x08,0x09,0x08,0x11,0x08,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,//--！--0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x7C,0x10,0xFE,0x3B,0xFE,0x3B,0x7C,0x10,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,//--楊--0x10,0x04,0x10,0x03,0xD0,0x0