摇摇棒生产设计报告.docx

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摇摇棒生产设计报告

生产实习报告

系别：

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指导教师：

实习题目：

实习地点：

年月日

指导教师填阅

指导教师评语：

实习报告成绩：

指导教师签名：

时间：

年月日

摇摇棒的设计与开发

一前言

此次生产实习要求制作完成一个LED灯显示的摇摇棒，16个LED灯一字纵向排列，通过摇动时形成的亮灯扇形区域来显示预先设定的汉字或图案，并且可以通过按键对显示内容进行切换。

摇摇棒的好玩之处在于当用手左右摇晃这根棒，就会在棒子划过的轨迹上留下清晰的图案或文字，通过多数码摇摇棒的制作，既可以加强制作电子技术理论知识的了解和消化，提高自己操作技能，同时提高学习电子的兴趣，加强我们对PROTEL软件的了解，为以后的工作打下基础。

大家都知道人的眼睛存在视觉暂留现象，而正因为这个，才使得人们的视觉感受更加丰富。

摇摇棒将需要显示的字符或图形分成64列，摆动显示棒时即可因视觉暂留看出显示的字符或图形，利用了人眼的视觉暂留特性，本次试验通过掌握单片机及其开发流程，综合模拟电子技术和数字电子技术，掌握以单片机为核心的电子系统体系，从而更熟悉单片机在实际生活中的应用。

二实习目的

1．非常重要的实践教学环节

2．培养理论知识与生产实际相结合的能力

3．了解单片技术

4．锻炼实际动手能力，掌握电子线路焊接、装配的基本技能

5．了解并掌握本专业软硬件设计的一些基本问题

三实习时间，及进程安排

6月30日~7月1日：

理论学习及讲座阶段

上午讲座

下午及课外时间进行资料收集、查找及学习

7月2日：

发放元器件，进行焊接准备

7月3日~7月5日：

硬件焊接及组装，及硬件调试

7月6日~7月9日：

参考硬件电路绘制原理图及PCB绘制，参照例程学习软件程序设计

7月10日~7月11日：

总结报告及验收、答辩

四实验地点

电子实验室通信实验室EDA实验室数字系统设计实验室

五实验单位、部门、地点

实习单位西安工业大学北方信息工程学院

实习部门电子信息系

实习地点电子实验室

六实验内容

6.1、关键技术介绍

6.1.1、视觉暂留原理

人类通过眼睛在观察景物时，需经过一段短暂的时间，结束后，视觉形象并不立即消失，视觉的这一现象是光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后，仍保留一段时间的现象。

其原因是由视神经的反应速度造成的，是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据，视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像，感光细胞感光，并且将光信号转换为神经电流，传回大脑引起人体视觉。

6.1.289C51单片机的组成

1、一个8位的微处理器CPU。

2、片内数据存储器（RAM256B）:

用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。

3、片内程序存储器（FlashROM4KB）:

用于存放程序，一些原始数据和表格。

4、四个8位并行I/O（输入/输出）接口P0~P3:

每个口可以用作输入，也可以用作输出。

5、两个16位的定时/计数器:

每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。

6、一个全双工UART的串行I/O口:

可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。

7、片内振荡器和时钟产生电路:

需要外加石英晶体和微调电容。

8、五个中断源、两个优先级的中断控制系统。

6.1.3点阵字体

又称为位图字体，其中每个字形都以一组二维像素信息表示。

这种文字显示方式于较早前的电脑系统被普遍采用。

一般我们使用点阵显示汉字是用16*16的点阵宋体字库，所谓16*16就是每一个汉字在纵、横各16点的区域显示，然后用每个点的虚实来表示字符的轮廓。

6.1.4LED发光二极管

LED称为发光二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。

在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。

磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

发光二极管的特点是：

工作电压很低；工作电流很小；抗冲击和抗震性能好，发光均匀稳定、响应速度快，可靠性高，寿命长。

发光二极管的反向击穿电压约5伏。

6.1.5PCB板

印制电路板，是电子元器件电气连接的提供者。

它的设计主要是版图设计；采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。

6.2、绘制电路原理图（protel99se）

电路原理图如下图图1所示

图1摇摇棒电路原理图

6.3、摇摇棒的功能及工作原理的叙述

6.3.1LED显示部分

原理图如下图图2所示

图2LED显示原理图

此次设计用LED显示灯显示，本次所设计系统显示部分由16个灯组成，由于人的视觉暂留，16个灯在摇动下形成一个类似于扇形的点阵，通过中央控制器的控制，16个灯分时亮灭，可以在此扇形点阵上显示设定的内容。

6.3.2扩展接口

扩展接口原理图如下图图3、图4、图5所示

图3J1扩展接口原理图

图4J6扩展接口原理图

图5J7扩展接口电路图

系统的扩展接口有三个：

J1用于和显示及水银开关扩展板进行连接；J6用于串口的扩展，同时可以利用该串口进行ISP程序下载，该接口为5V的电平，如需和计算机连接需要外接电平转换模块；J7为扩展接口，本次设计中有很多89C51的端口没有使用，通过J7接口扩展了出来。

这三个扩展接口将单片机的资源全部引出，因此摇摇棒的核心板可以单独作为一个单片机的开发板使用。

6.3.389C51作为控制器

89C51原理图如下图图6所示

图689C51原理图

89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，反相放大器的输出端为XLAT1，输出端为XLAT2分别是89C51的19脚和18脚。

在XLAT1和XLAT2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自己振荡器。

电容C1和C2通常取30pF左右，对振荡频率有微调作用。

有4个并行I/O端口，称为P0、P1、P2、P3.每个端口都是8位准双向口，共占32只引脚。

每一条I/O线都能独立地用作输出或者输入。

6.3.4驱动部分

驱动部分原理图如下图图7所示

图7驱动（晶振和电容）原理图

89C51单片机的时钟由一个12MHz的晶振和两个30pF的电容组成。

单片机内各部件之间协调工作，其控制信号是在基本节拍的指挥下按一定时间顺序发出的，这些控制信号在时间上的相互关系就是CPU时序，而振荡器和时钟电路正产生这种节拍，此振荡器由XTAL1端向内部时钟电路提供12MHz的时钟源信号。

6.3.5切换画面

切换画面原理图如下图图8所示

图8切换画面原理图

电路中的开关K1为显示内容切换按键，此按键控制89C51的INT1端的高低电平，从而实现系统可以不同的显示内容检切换。

6.3.6复位控制

复位控制原理图如下图图9所示

图9复位控制原理图

电路中的开关K2为复位按键开关，控制处理器89C51的RST端的高低电平，从而实现系统的复位。

当按下该键后，系统将强行从初始状态开始运行。

6.3.7电源供电部分

电源供电部分原理图如下图图10所示

图10电源供电原理图

K4为系统的总电源开关，系统电源D5V为5-6V，由两节CR2032的纽扣电池B1和B2串联组成，在电路输入输出端并联了一个10uF的电容C1，用来改善系统瞬态响应和稳定性。

K4为系统的总电源开关。

系统电源D5V为5-6V，由两节CR2032的纽扣电池串联组成，此外在电路输入输出端并联了一个10uF的电容。

6.4、PCB的设计与开发安装调试过程

在焊接完成以后，在保证焊接的正确性的条件下从电脑下载程序，然后打开开关，摇动摇摇棒，会看到“新年快乐”或者“万事如意”等字样，根据下载的程序而定。

在用protel完成元器件的所有工作以后，绘制的PCB板如图11所示，焊接实物图如图12所示

图11摇摇棒显示板及主控板图12瑶瑶棒焊接后的图片

6.5安装调试过程中出现的问题及解决方法

在安装和调试过程中，经常遇到的问题是，摇动摇摇棒时，看到的图片或者文字左右不对称，这是由于在焊接过程中，LED灯焊接不在一条直线上造成的。

解决方法是在保证安全的前提下，用烙铁轻轻融化焊锡，将LED灯放置于同一条直线上。

七实习总结

1）对单片机认识（什么是单片机，单片机的产生及现状以及发展趋势、内部组成，及常见单片机型号，生产厂商）。

答：

（a）单片机定义：

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。

（b）单片机产生及发展趋势：

单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。

其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列MCU系统。

基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。

随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。

90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。

随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。

现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。

手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。

汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作！

单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算机的总和，甚至比人类的数量还要多。

（c）单片机内部构成：

CPU、IO、RAM、ROM、时钟系统、复位电路、及外围模块，中断系统。

（d）常见芯片、类型及生产厂家：

1.Motorola：

单片机:

Motorola是世界上最大的单片机厂商。

主要型号有68HC05、68HC08,68HC05、68HC11、68HC12、68HC16、683XX等。

2.Microchip：

单片机:

Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机.他的主要产品是16C系列8位单片机；

3.Scenix单片机:

Scenix单片机的I/O模块最有创意.最具代表的是Motorola32位单片机；

4.NEC单片机:

NEC是全球IT、通信网络和半导体的领先供应商之一，NEC单片机自成体系,以8位机78K系列产量最高。

2）什么是单片机最小系统？

单片机最小系统的组成级各部分的功能？

在本系统中如何体现的？

答：

单片机最小应用系统：

是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。

以目前主流的51系列单片机来说单片机＋晶振电路＋复位电路,便组成了一个最小应用系统。

所以，计算机最小应用系统包括单片机、晶振电路、复位电路。

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。

尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：

CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。

同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备

最小系统及各部分功能：

1.晶振，单片机时钟周期根据要求而决定（用于计时，与两个电容并联使用，电容大小由你的晶振决定，一般用22pF）；

2.复位电路（用于复位）；

3.电源（用于供电，一般用电脑的USB口供电）；

4.烧制程序的口（可用串口配合MAX232配合使用，也可以做个并口输入，这个要根据你使用单片机的种类决定，比如ATC可用并口，STC一般只用串口输入等等）；

在本系统中，体现为电源电路，时钟电路，复位电路，三者缺一不可。

电源用于供电，复位电路用于复位。

3）什么是单片机系统软件？

功能是什么？

单片机系统软件实现的语言都有哪些？

本设计采用的哪一种？

答：

计算机的软件系统主要包括系统软件、应用软件、和程序设计语言三部分。

单片机系统由于受硬件支持和实际需要所限，其软件系统比较简单。

单片机系统管理只使用简单的操作的系统程序，通常称之为监控程序，因此监控程序就成为单片机中最重要的系统软件。

单片机系统只有监控程序和目标码的应用程序。

功能：

单片机系统可以简单的比作是人体，硬件犹如人类的血肉之躯，没有它你就无法走路，无法工作，没有了硬件就像人类四肢瘫痪一样，只能思考一些问题，但是无法进行操作。

软件就像是人的大脑，没有它人类就无法思考，虽然四肢很健全，但可能是乱动，而不是有节奏的动，没有软件的系统就像植物人，空有躯体。

单片机系统软件实现的语言有汇编语言和C语言。

本设计采用的是C语言。

4）本次实习内容设计还需要改进的地方及设计的心得体会。

在本次设计过程中，从一开始自己动手画电路图，到封装，到导入PCB，仿真，以及最后完成所有的操作，使得我对Protel99SE软件有了更多的了解，学会了更好的运用这个软件来画电路图，增强了自己的动手操作能力，遇到问题时的解决能力。

在焊接时，让我学会了焊接PCB板的必要技巧，这是个磨练意志的过程，但是更重要的是通过不断的常识，不断的修改，最后完成一个合理的设计过程，需要的是细心和耐心，在很大程度上培养了我拼搏的工作精神，使我受益匪浅。

在实习过程中培养学生综合运用所学知识，解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，通过电路综合实习我们能够比较系统的了解理论知识，把理论和实践相结合，并且应用到生活当中。

这次生产实习丰富了我们的课余生活，理论与实际相结合，让我们为下学期的单片机的学习打下良好的基础。

在这次的设计能够得以顺利完成，是所有曾经指导过我的老师，帮助过我的同学的帮助和鼓励的结果。

我要在这里对他们表示深深的谢意。

实习的时间是短暂的，但是对我们产生的影响是永远的，当看到自己做的摇摇棒在自己的手中晃动，显示出字，这将是一个多么开心的结果，这会是自己学生时代设计的另一个器件。

我觉得，实习是一个自己动手的过程，是一个锻炼自己的过程，很感谢老师和同学们的帮助，希望在焊接的时候，焊接的工具可以多一点，比如镊子，由于贴片电阻比较多，用镊子可以按住贴片电阻，利于焊接。

最后，向我的老师致敬，感谢老师的帮助。