LED旋转显示器的设计.doc

广东岭南职业技术学院毕 业 设 计课题：旋转LED显示器指 导 教 师：许自敏广东岭南职业技术学院Guangdong Lingnan Institute of Technology姓 名： 吴文天专 业：移动通信技术学 号：09601280208LED旋转显示器的设计摘要LED显示屏已广泛应用于广告、车站、银行、商场等公共场所，它具有功耗小、寿命长、色彩好等优点。现在的 LED 显示屏的发光器件主要采用 LED 平板模块，这种类型的显示屏主要有两个问题有待改进：首先是整个显示屏全由LED 模块组成，器件数量多，成本高；另外，由于显示屏是一个平面，同时 LED 象素点有一定视角限制，使显示屏的可视范围被局限到正面某个范围之内，在应用中使显示屏的信息发布受到了一定的空间限制。本文给出了一种新型的柱式旋转LED显示屏，以旋转扫描方式代替逐行扫描，可视范围达到了360 度，成本大大降低，克服了LED平板显示屏的不足。本文在简要介绍旋转LED显示屏工作原理的基础上，详细说明了旋转显示屏的方案选择和系统结构设计，以及具体硬件电路和软件设计流程。在此基础上，本文还讨论了旋转LED显示屏设计中需要注意的一些关键问题，给出了相应的解决方案，并提出了一些改进和完善本系统的思路和设想。实际制作的LED旋转显示屏技术参数的测试结果，以及实际的运行效果表明，本文设计和制作的旋转显示屏符合设计要求，具有一定的创新性和实际应用价值。目 录前 言41 LED旋转显示器的显示原理52系统硬件电路的设计62.1系统硬件框图62.2系统硬件原理图72.3 显示模块82.4 电源模块83系统程序的设计94性能调试与分析10总结11参考文献12致谢13附录14引言目前，单片机技术如火如荼，蓬勃发展，其电子产品如雨后春笋地出现，正潮水般的涌入各个领域。其电子产品以灵敏、结构简单易制、成本低、可靠性强等优点迅速占领电子市场，给人们生活带来了极大的方便，深受人们的青睐。此次作品以宏晶科技STC89C52RC单片机为主控单元，还有DS1302时钟芯片，利用视觉暂留效应，精确的显示北京时间。LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达8090%。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lmW，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lmW，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lmW，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED为2028lmW，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。由于LED的种种优势，使得其在现在的各个领域里运用越来越广泛，我们设计的旋转LED显示屏幕，具有结构新颖，节约材料的特点，一列16个LED灯旋转显示之后，可以代替显示近似于16x180像素的显示宽度和内容，我想以后不断完善和改进之后应该可以在灯箱广告和儿童玩具方面有一定的发展空间1系统设计旋转时钟是利用视觉暂留效应设计出来的，物体在快速运动时, 当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像，这种现象被称为视觉暂留现象。是人眼具有的一种性质。人眼观看物体时，成像于视网膜上，并由视神经输入人脑，感觉到物体的像。但当物体移去时，视神经对物体的印象不会立即消失，而要延续0.1 -0.4秒的时间，人眼的这种性质被称为“眼睛的视觉暂留”。假设我们设定我们的眼睛的暂留时间是0.4秒，如果我们的16个LED旋转一周的时间快过0.4秒，那么我们看到的图像就是这一列LED在各个位置显示的图像的叠加，如右图，如果我们用定时器把LED旋转一周的各个位置分割出180分，让它在相应的位置显示相应的图像，那么我们就可以得到一个累加的图像效果了毕业论文2系统硬件电路的设计2.1 系统硬件框图系统硬件框图右图所示。12V电源 直流电机5V电源单片机STC89C52LED显示光耦传感器2.2 系统硬件原理图系统硬件原理如下图所示P0.0P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.72.3 显示模块的设计LED显示器具有功耗低，接口控制方便等优点，而且模块的接口信号和操作指令具有广泛的兼容性，并能直接与单片机接口，可方便地实现各种不同的操作，在各类测量及控制仪表中被广泛的应用。当在LED上显示汉字时，应先取得汉字的点阵构成数据，然后将其写入显示存储器中进行显示。旋转LED显示器是一种通过同步控制发光二极位置和点亮状态来实现图文显示的新型显示器，其结构新颖，成本低廉，可视角度达360。本设计采用16个并排发光二极管，利用人眼的“视觉暂留效应”显示文字及图案。2.4 电源模块的设计电网提供的交流电源经过整流、滤波，可得到直流电压，但此电压仍然存在波纹。同时，由于交流电网电压的波动，负载的变化和温度的影响等，使输出电压纹波会更大，即输出电流电压不稳定。为了得到稳定的输出电压，在滤波电路与负载之间常常加入稳压电路，以使负载得稳定的输出电压。通过上面的分析可知，直流稳压电源主要由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四大部分组成。直流稳压电路组成框图如图1.10所示。图1.10 直流稳压电源的组成框图2 系统程序的设计21程序的分布完成1.对于程序的编写有些茫然，所以通过上网的查找资料，发现程序可以分为几个模块，对于以后的编写有一定的启发。2.编写了程序写一个字，观察二极管是否有规律的闪烁，从而确定硬件电路的稳定性。3.编写程序一次最多能显示几个字，以及测试霍尔传感器的转速。4.对一些基本性能了解后开始了程序的编写。初始化2.2程序流程图标志位=0送码表显示标志位置=0等待YN3 性能调试与分析3.1程序的检查与修改一个工程的完成不可能一步完成，所以程序的编写也是一步一个脚印，最后【攀登上胜利的高峰。在编写程序的时候遇到两个较大的问题：一个是送数，另一个是时间。1. 直流电机的转速决定了最多能显示多少个字，而且只有在霍尔感应器感应到N极的时候才能送数，否则就无效。2. 这次设计对于时间的控制很严格，时间决定我们是否能正确的显示汉字，。因为是基于视觉暂留效应，如果延时太长就不能看清楚字，所以要控制显示字的数量。结论通过几个月的努力，掌握了旋转LED显示屏的工作原理，并且成功的实现了设计的基本要求。同时也提高了利用高级语言编写单片机程序的能力，以及查阅资料和解决问题的能力。系统主要实现的功能有：(1)通过单片机控制LED扫描显示的时间，能够稳定的显示数字或文字，轴向分辨率为16位。(2)能够通过无线控制显示数字或文字。(3)通过对电机的改造，解决了系统供电问题，使系统能够长期工作。不过这次毕业设计仍然存在不足的地方。比如重心偏移，电机旋转时产生抖动，应该在设计时对PCB布局进行科学的分析，调整重心；轴向分辨率只有16位，只能显示简单的图像或文字；数据的传送速度比较慢，没有实现主机到从机的大量的数据的交换，主要使用了半双工通讯芯片nRF401，其收发状态的转换需要13ms，影响了数据通讯的效率。总之，通过这次毕业设计巩固了以前所学的知识，很大程度上提高了分析问题和解决问题的能力。5参考文献1 陈尚松,雷加,郭庆.电子测量与仪器M.北京：电子工业出版社，2005：1081262 徐科军.传感器与检测技术M.北京：电子工业出版社，2004：12333马忠梅.单片机的C语言应用程序设计M.北京：北京航空航天大学出版社，1999：2083 4 陈卫兵，宋健娟.单片机原理及应用.西安科技大学出版社，2008.07.5 周兴华.手把手教你学单片机C语言程序设计.北京航天航空大学出版社，2007.08.6 杨碧石，何其贵.模拟电子技术基础.北京航天航空大学出版社，2006.01.致谢首先，我要感谢我的导师胡鸿志老师对我的悉心指导和关怀。他为我的毕业设计和论文的顺利完成倾注了心血和汗水，他渊博的知识、严谨的治学态度、平易近人的性格以及在设计上敏锐的洞察力，使我受益非浅。在整个毕业设计期间，胡鸿志老师给了我非常大的帮助和支持，从给我定题目，到工作开展，实验进行，直到最后论文的撰写都离不开他的悉心指导。胡鸿志老师给我提出了很多宝贵的建议，让我少走了很多弯路，得以顺利的完成论文。同时，还要感谢实验室的蒋艳红老师和邱治金老师。他们在我进行调试过程中给了许多指导并提供了实验设备，让我的毕业设计能够顺利完成。正是由于他们给我的帮助，让我很快的进入了实际的工作。在这四年的学习生活中，感谢电子工程学院科技协会给了我发挥的机会和展现自我的舞台。在那里我学到了知识，结识了一帮有着共同爱好的朋友，我们大家共同学习，为完成毕业设计打下了坚实的基础，在此我向他们表示诚挚的祝福。最后，我感谢我的家人和朋友，他(她)们对我的支持和付出是我的毕业设计得以顺利进行的保障。谢谢大家！附录附录一 元器件清单元件名称型号（大小）数量电阻20016个电阻1K1个电阻2K1个电阻10K1个排阻1个瓷片电容30pF2个瓷片电容1042个电解电容10uF1个电解电容1000uF1个电解电容470uF1个发