摇摇棒课程设计报告讲解

1、江西理工大学应用科学学院江西理工大学应用科学学院微型计算机课程设计报告课 设： LED摇摇棒姓 名： 宋璐迪 学 号： 08060113209 专业班级： 电气132班 指导教师： 李振凯 完成时间： 2016年6月13日设计报告综合测试平时总评格式（10分）内容（10分）图表（5分）功能测试（35分）答辩（20分）考勤（20分）指导教师签名：1目录目录1一、绪论2二、设计方案3三、预备知识33.1元件简介33.1.1、STC89C5233.1.2、晶振33.1.3、水银开关43.2其他4四、硬件原理介绍54.1原理总述54.2硬件详解54.2.1 电源电路：54.2.2 时钟电路：64.2.

2、3 复位电路：64.2.4 水银开关与按键切换电路：74.2.5 LED显示电路：7五、程序功能解析85.1程序流程图85.2程序解析85.2.1主函数95.2.2中断函数95.2.3显示子程序95.2.4延时子程序10六、原料清单11七、设计心得体会12八、参考文献13九、附录14一、绪论本次设计主体是LED摇摇棒。LED摇摇棒是利用人眼的视觉暂留特性，通过摇晃过程中LED的有规律变换，给人呈现出不同画面。这是其理论要求。而为了实现这样的要去，在LED的控制上我们采用单片机的程序控制，辅助以水银开关的抖动触发，以实现摇摇棒在摇晃中的有规律显示。在拓展功能上以按键次数的累积对画面进行切换。之所

3、以选择这样一个课题，源于以下几点：一、富有趣味性的工作原理。二、软硬件的高度结合有利于对学业成果的检测，且在实际操作中能显著提升我们对电子设备的认知。三、该物件的经验积累足够丰富，对初学者而言有更多的借鉴资源。二、设计方案在本次设计中，以单片机I/O口的高低电平的输出实现对LED的控制；以外部中断的形式触发图形显示程序的运行，因该外部中断的要求并不是很高，所以选用水银开关实现该功能；第三部分也就是如何实现图形的切换，我们以对某一I/O口的输入计数方式已选择不同程序段的运行实现图形的切换。三、预备知识3.1元件简介3.1.1、STC89C52P89V51RB2是一款微处理器，以80C51为核心处

4、理单元，其正常工作电压为5V，操作频率在在40MHZ以下。有40个引脚（引脚分布如下），在引脚功能和指令操作上与STC89C51完全兼容。因此，在此不做更多详解。3.1.2、晶振全称石英晶体振荡器，是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器。晶振在电气上可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络3.1.3、水银开关水银开关，又称倾侧开关，是电路开关的一种，以一接着电极的小巧容器储存着一小滴水银，

5、容器中多数为真空或注入惰性气体。因为重力的关系，水银水珠会向容器中较低的地方流去，如果同时接触到两个电极的话，开关便会将电路闭合，开启开关。3.2其他最小系统：所谓的最小系统，顾名思义就是维持单片机工作的最简单的，所需设备最少的电路系统。对于一般的单片机而言最小系统都包含电源电路（用电设备运行的基础条件）、时钟电路、复位电路、存储器电路。对于每个电路的具体构造在硬件原理中有详细介绍，在此不过多陈述。四、硬件原理介绍4.1原理总述其实前文已经多次提到我们的原理设计，但在此还需再次对该原理进行解说。首先我们要明确我们的目的：即使多个LED在摇晃过程中发生有规律变换，而控制其发生变换的是单片机，但单

6、片机自身是不能完成这样的任务的，需要相应的辅助系统，也因此我们的硬件原理介绍即为介绍各部分电路的原理和功能，以及与其他部件的关系。详情如下。总原理图见附录。4.2硬件详解4.2.1 电源电路：对于任何一款电子产品而言其工作的基础就是电，也因此一个稳点的电源输出是多么的至关重要。而单片机系统所用电源通常有两种方式：独立电源，通过直流稳压电路产生的稳压电源。本次设计因产品情况所以采用的是三节干电池构成的独立电源，故没有什么原理可介绍的，个人觉得有必要简单介绍一下稳压电路电源，因为它的应用挺多的。（1）独立电源：顾名思义脱离于电网系统的自成一体的电源，在单片机系统中通常为电池电源。（2）直流稳压电路

7、：如图所示首先通过变压器将220V电压降压至1620 V，经四个二极管构成的桥式电路将交流电转变为单侧波形，再经C8、C9、C11两个电解电容和一个瓷片电容的滤波电压已基本稳定在15V，后续加上7805和相应的电解电容即可得到稳定5V电源。4.2.2 时钟电路：谈到时钟电路，首先我们要了解什么是时钟。当今的数字系统大都以一步一步处理信号进行的。而时钟电路就是为这一步一步的工作提供一个基准，一个参考信息。而时钟信号的获得通常有两种一种为外部时钟源，一种为外接晶体和片内振荡电路产生时钟。本次选用的是后者，其元器件连接如下图红线部分：通过晶振产生固定频率的正选波形，再配以适当参数的瓷片电容（在此选用

8、30pF）对波形加以整定，配合芯片内部的反馈电阻即构成完整的时钟源。4.2.3 复位电路：前文提到单片机最小系统共有四项，其后两项分别为复位电路和外部存储电路。从设计上而言我们的产品只需要一个上电复位另外没有用到外部存储器，所以在线路连接上如下：将EA引脚接高电平，RST引脚串电容接高电平并接电阻接地，通过电容的通断特性实现上电复位功能。4.2.4 水银开关与按键切换电路：在本次的设计中我们采用中断的方式运行显示程序因此在硬件连接上将水银开关与外部中断P3.2连接作为中断触发。而对于图像切换则是控制按键的开合对P3.0做出输出，然后通过程序对P3.0的检测做出相应改变。4.2.5 LED显示电

9、路：在LED的显示部分我们将LED的正极接高电压另一端与单片机的I/O口连接，通过单片机控制I/O口输出低电平使发光二极管导通发光。在此有两项注意：一、因电源电压为三节干电池构成的4.5V电压，而发光二极管的额定电压为3V左右，因此串联一二极管D17进行降压保护。二、因STC89C52的引脚特性，及P0、P1在通常情况下为高阻态因此需要通串联一电阻接将其拉为高电平。 五、程序功能解析5.1程序流程图5.2程序解析本次所编程序分为以下几部分：主函数、中断函数、显示程序、显示数据库、延时子程序。5.2.1主函数主函数是一个完整程序的根本，有且只能有一个为了使程序可读性高切便于修改，通常不会赋予主函

10、数过多功能，本次依然。前文已经提到我们采用中断的方式进行图像显示，所以在主函数中的第一步也就是开中断设置中断方式。void main(void)IT0=1;EX0=1; EA=1 ; KY=0;为了尽量减少主函数的工作量，我们只赋予其按键检测的功能，并对按键次数进行统计，因本次设计一共有五种显示图案，因此当检检测到按键累积五次后则统计清零。while(1) if(KEY=0) delay(20); if(KEY=0);pic+;while(!KEY);if(pic5)pic=0; P0=0xff;P2=0xff;5.2.2中断函数在程序初始以对中断响应进行变量匹配即KY，通过对KY程序控制使摇

11、摇棒在来回摇动中只有单方向显示。void intersvr0(void) interrupt 0 using 1KY=KY;if(KY=0)对于显示程序的输出，采用switch语句加按键次数的统计选择出要显现的图案。num+;switch(pic) case 0:display1();break;case 1:display2();break;case 2:display3();break;case 3:display4();break;case 4:display5();break;case 5:display6();break;default:break; 5.2.3显示子程序在显示程序的

12、处理上我们采用一种比较偷懒的设置，即根据对人体手臂摆动的经验值换算出LED显示切换的时间。然后每隔该固定时间即从对应的显示数据集中提取相应的显示参数，依次呈现需要的显示画面void display1(void)uchar i;DelayUs(7000); for(i=0;i0;jj-)for(ii=110;ii0;ii-);六、原料清单材料名称编号型号规格数量芯片1AT89S521晶振2SMD 50321排阻3A09-1031色环电阻410K3电解电容510uF1瓷片电容630PF2按键开关76*6*5直插式1水银开关83mm1发光二极管93mm16二极管101N40071插针11电木板125

13、*7cm1电木板139*15cm1单片机座1440脚1导线15150mm20三节电池盒165号电池1七、设计心得体会从某种程度上来说本次设计是我第一次全身心投入的设计，收获确实挺多的，无论是搜集资料还是实物制作以及之后的论文书写。好的废话不多说，以下简要的叙述一下制作过程，遇到的问题和相应的收获。课题确定之后，开始搜索相关资料，这个过并没有遇到太多的麻烦。基本理清设计思路后开始着手实物的制作，这一过程开始遇到了一些小问题，首先在元器件采购上因考虑不完善，以至于多次采购才得到了所有原材料，也是因此致使半天的实物制作延迟了两天才完成，同时也消耗了额外的资金。这是课设进行中遇到的第一个问题。在材料准

14、备齐全后开始了实物的制作，成品初成后进行了简单调试，另所有二极管发光以检验电路连接是否无误。该过程出现了一个二极管闪烁现象后，经电压检测确定是二极管损坏更换一个新的后即恢复正常，所有二极管都能发光，检验成功。之后开始了完整程序的编写，并在编写完成后导入单片机进行校验，此时问题出现了，摇摇棒在显示上字迹出现紊乱，多次验证后发现是LED与单片机I/O口的连接错误。（在此加以声明，因所用汉字的十六进制代码是从一个字库软件提取的，而如果不采用这种方式人工编写每个汉字的各列十六进制代码，工作量将急剧上升，很不划算）因线路连接问题拆除重做基本不用考虑，而因材料问题另起炉灶也可以放弃。最后只能从程序入手，几经尝试（也因自身水平有限）最后通过单片机上另外一组空闲I/O口的中转使错误的信号输出得到了矫正。至此实物制作算是在磕磕绊绊中完成了，但是依然存在一些问题，例如外形的不美观，电源的过于庞大，以及按键的工作不稳定。对于前两个有待优化不过在此不过多研究，而对于第三个应该是程序的相关参数设定不够合理造成的，可惜至今没有调试出最优参数。除此之外也可以使摇摇棒的显示更加智能化，而不是根据经验值设置相关参数，毕竟那样的显示对于不同的使用者而言效果不一定是最好的。基本也就这些了，因为问题所以成长。八、参考文献 1 阎石，数字电子技术基础（第五版），清华大