旋转LED设计报告综述

1、单片机课程设计报告班级：13应电2班学号：130522014513052201071305220111姓名：陈丽云组员： 雷肖锋指导老师：郑晓青时间：2015年06月10日目录一、设计目的、设计题目 31 设计目的 32 课程设计题目：旋转 LED 31 设计的任务 32 功能描述 4三、总体设计 41 方案论证 41）系统总体方案设计 42）电路结构图的设计 63）电路原理图的设计 6四、硬件原理分析 71 硬件设计 72 端口应用与分配 83 硬件模块的分析说明及原理介绍 84 原理图及 PCB 105 实物图 12五、软件设计 141 地址空间分配： 142 软件整体架构分析： 14六、

2、设计心得 16七、器件清单 17附录 1 源程序 20一、设计目的、设计题目1 设计目的课程设计是继“模拟电子技术基础”及“数字电子技术基础” 理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务 是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之 后，综合所学知识进一步学习电子电路系统的设计方法和实验方 法，为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。通过课程设计，培养综合运用本门课程及有关课程的基本知识 去解决某一实际问题的实际本领，加深对该课程知识的理解；巩 固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。2 课程设计题目：旋转 LED二、设计的任务及功能描述1 设计的任务

3、主要培养以下能力 :查阅资料：搜集与本设计有关部门的资料 （ 包括从已发表的 文献中和从生产现场中搜集 ） 的能力。方案的选择：树立既考虑技术上的先进性与可行性 , 又考虑 经济上的合理性。提高分析和解决实际问题的能力：迅速准确的进行工程计 算的能力。计 算 机 应 用 能 力 ： 熟 练 使 用 protel2014 软 件 、 Keil uVision4 、stc-isp-15xx-v6.84 、 Altium Designer 等软件为以后的毕业设计奠定了坚实的基础。2 功能描述1）基本要求：（1）利用单片机控制显示文字；（2）用 5V 电压直接给电机供电；（ 3）利用无线供电技术， 设

4、计并制作无线供电模块为旋转 电路板供电；2）发挥部分：（1）设计立体回转旋转LED显示汉字和任意图形；（ 2 ）自制为系统供电的电源。三、总体设计1 方案论证人眼在观察景物时， 光信号传人大脑神经， 需经过一段短暂的 时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视 觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”，其原因 是由视神经的反应速度造成的，其时值是二十四分之一秒，通常 情况下，视觉残留会保持 0.10.4秒，也就是说以0.10.4秒 间隔闪烁的图像，被人眼观察，会被认为是连续的图像。视觉残 留是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。本次旋转LED可以归纳为动态扫描和机械旋转

5、两部分，其实质就是与机械转动配 合起来的动态扫描显示技术。1 ）系统总体方案设计旋转LED显示屏是通过一个旋转的电路板，电路板上排列 的16个LED灯受单片机控制在特定的位置（红外感应位置） 亮或灭，从而显示出特定的字符或图形。 本作品主要是根据人 的视觉暂留 原理设计的。采用高速旋转的电机带动电路板高速 旋转，从视觉效果上就会产生一种圆盘状的 LED 显示屏的状 态。旋转显示屏 是利用机械转动动态扫描代替传统逐行扫描方 式，是一种新型的显示屏，具有成本低，可视范围大的特点， 是LED显示屏的一个新的发展方向。其实质就是与机械转动配 合起来的动态扫描显示技术。本次“旋转 LED显示屏”的制作

6、用于提高我们的实践能力和创新能力， 激发学生学习兴趣， 引 导自主学习及培养创新能力、协作精神、工程实践素质。本设 计利用高速旋转中控制LED的亮灭，进行字符的显示，控制器 采用单片机， 完成显示内容的传输、 字库的转换、显示等功能。旋转扫描采用了不同的形式，其显示器件只有一列，由机 械旋转运行到某一位置时就显示该位置的状态， 到下一位置后 又显示下一位置的状态，即一列图像要完成全部图像的显示， 扫描过程由机械转动更换位置来实现的。 旋转LED显示的旋转 显示，可采用机械旋转的扫描方式。2）电路结构图的设计r红外接受管感T红外发射管接通电机通电1r电机带动7电路板显示图像图3.2.1电路结构图

7、的设计3）电路原理图的设计LED显示祁分LED罡示部分 用855044制用8550控制巧丁I-Vft-和4Ar-lli MiJc J?Rf | Qrft-I.it-I Xi yM：ft ft博XTAL1 XTAI2I也人收ilJ-RSLf-i复OvtxTlfe if 4r y Pu 卄 /I poiPMPl API 7P201R2flWrI-LklllVft-Ar-lii -VA-R2ftPGS 円山PQ7 PMlrRJCD I性 I TXO FKTlkpi ? IN1TUpP.IJ-L i|-J -IMORfcl 2 FKH P43P4-4 ALJ-14 5程序烧写農口接曲至粤二巻2匕学外田

8、柱面 护展LED图3.3.1 总电路图12円34 |FTMhZZLJ四、硬件原理分析1 硬件设计电路板使用单面板，自己设计 PCB单面板上有一排高亮的 贴片LED是旋转时钟的关键部分，负责显示功能。它们就是显 示部件了，亮点所在，为了看起来美观，使电路板更精巧，我把 单片机、发光二极管、一体化红外接收头灯器件以及无线供电模 块焊接在设计好单面板的电路板上，这样可以使旋转的电路成为 一个独立的系统，只需要外部送电进来就可以正常运作。电路板 中心钻一个电机轴的插孔，插孔为半圈并且半径与电机轴相等， 电机轴插入其中带动指针板旋转。该电路板越轻越好，元件全部 采用贴片式。LED灯数目平面为16个、柱面

9、16个。总共32支LED 灯，也足够用来显示汉字和英文。也就是说每一列上可以分辨的 显示点有 16个点。当然，这只是视觉上的显示效果。通过之前的 设计方案，利用编程可实现平面时钟显示和柱面显示文字效果。除了以上几点外， 需要考虑的还有显示稳定问题： 比如主面板 旋转扫描一圈完成了数字的显示，如果电机速度因为各种原因而 不稳定，转下一圈所用的时间多于（或少于）上一圈的，那么数 字“12”将会移到上一次显示位置的左侧（或右侧）。为了解决 这个问题，在板上加装一个红外接收管，如图 3.3.1 所示。当接 收到与之配对的红外发光二极管（红外发光二极管安装在电机外 壳上，并与接收管对齐）发出的红外线后，

10、就会反向导通，接到 单片机 P4 口，将会触发单片机并写入编程表示转过了一圈。有了这个信号，单片机就可以在指针板旋转过程中实时检测计算指针版的角度位置，并根据显示内容保持稳定。2 端口应用与分配旋转时钟的核心部件单片机， 对程序存储量和控制能力要求并 不高，选择STC89C52R单片机绰绰有余。本设计充分运用 89C52 的各个接口：首先是32支LED灯，主面板的贴片LED取P3 口和 P2 口，主要是为了方便布板；柱面的LED则分配在P1 口和P0 口。 红外接收接在 P4.2 口，用来判断位置；使用一个 8550 三极管用 来控制LED光亮；其次XI、X2引脚接12MHz晶振。3 硬件模块

11、的分析说明及原理介绍1 ）旋转主面板采用无线电磁感应供电： 利用公式计算出初 次级线圈匝数、铜线直径、线圈直径，次级线圈匝数越多，互 感后得到的电压也就越大，故在这儿去到 5V 左右。因为线圈 过来是交流电，所以采用整流桥电路，外加 5V 稳压管和钽电 容。得到稳定的5V输出电压为旋转面板供电。2）红外对管：红外对管是一种常用的光电器件所谓对管就 是由一支红外线发射管和红外线接收管组成。 当发射管与接收 管的发射与接收靠近对齐时， 即红外线照射到接收管上， 则接 收管导通， 其中导通特性与普通二极管相似， 当然我用在旋转 LED上就不用考虑距离问题，两管的距离完全可以在几厘米之 内。3）电源基

12、座：考虑到成本，采用NE555和MOS管组成多谐 振荡电路， 只要外加几个电阻和电容就可以实现， 外部再初级 线圈。4）电源基座供电部分：直接使用 5V 手机充电器为电源基 座、电机供电。5）电机的选择：采用12V直流电机，5V供电时，2300转/ 分，故满足电路视觉暂留现象。6）外部框架固定部分： 除了电机外还需要一个支架将电机 固定起来， 由于电机在带动指针板转动过程中速度比较快， 旋 转面板又有一定重量， 而且配重也不一定做得很好， 转起来更 是会是电机晃动，所以必须要稳重的支架来牢牢固定住电机。 这里采用两片亚历克黑玻璃和铜柱制作骨架。4原理图及PCBI-aw:i心LilCOMWCHE

13、X-h IPinP-Jhj_2r. jprnFijiPU.4r spu霉Pll.br iPinPWUXDHlW.tTXDPL2OfflmJ71INT rl-lPL4n*m即nnn*r F7THD-n T1MSI阳HiMjXfAl.lINI Al嵋 皿匕IM*iVLIKS(JMl1*：4 | IIWJRll毗pin啊RI5iHki1I7斶1l?52%Mil耳丁Hl旋转面板原理图I严旋转主面板PCB图VCfRXD7XD4 CAI?WCCVCCffi g* DI WP MA eh i.i.kiahDCiND电源基座原理图C1P2VCCP1fo3R4R2oDItcs tedsQ N o电源基座PCB图

14、5实物图文字效果图主面板实物图电源供电及频率振荡部分实物图整体框图五、软件设计1 地址空间分配：1) 平面 16 个 LED地址分配：P1.0-P1.7、P0.0-P0.72) 侧面 16 个 LED地址分配：P2.0-P2.7、P3.0-P3.73) 4脚接RST复位4) 14脚、15脚接12M晶振5) 16 脚 GND6) P4.2 接红外接收7) P4.0接三极管控制平面LED电平2 软件整体架构分析：总体架构说明：设计思路程序以纵列向上扫描，利用延时函数增加文字的宽度 (视觉暂留)，同时使用取模软件，计算 16 进制的扫描 码。首先判断红外的对接，以红外的端口为起点，逆时针旋转以及扫描

15、并且显示出文字主程序功能描述及分析、主程序流程图主循环红外接收判断无电平,则等待低电平触发1 f.纵列从下往上扫描暂留10us更改字形LED显示方式各子程序功能描述及子程序入口出口、各程序流程图开始申明变量、子函数没有电平则停止 操作，进入等待红外接收P4A2端口每触发一次扫描一次数组,纵列从下往上扫描，并且点亮对应 LEDLED显示方式六、设计心得经历了星期的奋战， 紧张而又充实的创新性试验终于落下了帷幕。 回想这段日子的经历和感受，感慨万千，这次创新性设计过程中，我 们组拥有了无数难忘的回忆和收获。 在制作过程中遇到困难我们组通 过在寝室上网查资料，自己调试，找同学帮忙，问老师，在大家的努

16、 力下，困难一个接一个解决了，作品也慢慢成型了。脚踏实地，认真 严谨，实事求是的学习态度不怕困难，坚持不懈，吃苦耐劳的精神是 我们组在这次设计中最大的收益， 这是一次意志的磨练， 是对我们实 际能力的一次提升。 在制作旋转过程时钟过程中，我们组面临着许多问题的挑战。第一， 参考资料后加装了红外对管来同步转速， 时间画面能否重复稳定地显 示取决于LED旋转的速度，要求电机转速一定要很稳定。第二，在制 板的过程中，PCB的测量与实物有稍许的误差，元件的参数也不够稳 定，最终调试成功。第三，也是最重要的一点，就是上位机的问题， 最终无法解决，采用取模软件，以纵列扫描的方式逐个取模，通过时 达两天的时

17、间，最终调试成功程序，虽然有点抖动。总结一句，最难的不是硬件，而是程序的设计，文字效果的展示， 需要很清晰的逻辑思维能力。但是我们相信，在老师的指导下，我们 一定会越来越好，做出更好的作品。七、器件清单元件名称型号数量贴片LED高亮红色红光发光二极管080516贴片LED亮翠绿色翠绿光发光二极管08052贴片LED高亮蓝色兰光发光二极管120616贴片电阻220080532贴片电阻1k08055贴片原装串口编程STC89C52RC-40C-LQIZ1（程序卜载）单片机P44贴片钽电容16V 10UFA型精度士 20%12062贴片铝电解电容16V220UF体积6.3*7.7MM2贴片电容3UF

18、精度士 10%08052100V高压贴片电容10NF 103PF 精度士10%08051100V高压贴片电容100NF (104 0.1UF)精度士 10%08051贴片 IRF3205SPBFMOSFET N D2-PAK 55VI场效应管110A TO-263贴片无源晶振49SMD型 12MHz1单排排针单排针插针间距2.54MM32单排座单排母座插座间距2.54MM 1*40P1间距单排弯针单排针（弯）2.54MM4贴片 S8550LT1SOT-2313MM发射管940nm红外发射管13M破收管940nm红外接收管1贴片NE555时钟/计时/可编程计时器和振荡器SOP-81ZMM 5.1

19、V贴片稳压管1206 封装 1/2W3铜柱 M3*50mm+64铜柱 M3x10mm+64铜柱 M3*6mm+64双通M3x5m m铜柱六角铜4旋转LED固定塑料件RF370电机固定件线圈固定件1十字旋转LED电机RF370电机RF-370CA-15370电机14148贴片整流二极管4/* （16 X 16 ,宋体 ） */附录 1 源程序/*时间:2015 年 6月 18日 19:22:35项目：旋转点阵LED的侧面显示总结 : 第一次写这样的程序，所以很复杂，以后多努力*/#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned ch

20、ar/* P0 上侧面 LED / 侧面 P.0 点从下到上P1下侧面LEDP2.P3 为平面 LED*/uchar code zimo = 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,/* 课,0*/0x24,0x10,0x24,0x60,0x25,0x80,0x7F,0xFF,0xC4,0x80,0x44,0x60,0

21、x00,0x02,0x7C,0x92,0x44,0x92,0x44,0x92,0x44,0xFE,0x44,0x92,0x44,0x92,0x7C,0x92,0x00,0x82,0x00,0x00,/* 程,1*/* （16 X 16 , 宋体 ） */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,/* 设,2*/* （16 X 16 , 宋体 ） */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,/* 计,3*/* （16 X 16 , 宋体 ） */;/* 端口定义 */ sfr P4 = 0xe8;sbit KEY = P4八2;/* 定义变量及赋值 */uint jishu