基于单片机的神奇摇摇棒毕业论文Word文件下载.docx

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6、亮度高，视角更大，可视距离更远。

1.2摇摇棒的基本原理

人的眼睛存在视觉暂留现象，正因为眼睛反应迟钝，才丰富了人的视觉感受，LED摇摇棒很好地利用了人眼的视觉暂留特性。

运用最新专利电子技术研制而成的线阵LED运动成像的高科技产品。

LED摇摇棒是在手摆动到不同位置的时候，让位于一条直线上的LED显示二维图像的不同的列，利用人眼的视觉暂留效应，实现图形扫描显示。

输出信号频率的控制通过单片机来实现，用16个发光二极管进行不同频率的亮灭刷新。

当进行摇动时，由于人的视觉暂留原理，会在发光二极管摇动区域产生一个视觉平面，在视觉平面的二极管通过不同频率的刷新，会在摇动区域产生图像，从而达到在该视觉平面上传达信息的作用。

1.3研究现状

近年来随着人们生活水平的日益提高,人们对娱乐产业的消费也越来越高,各大中城市举办演唱会的次数也越来越多.在学校里举办的各种晚会,活动也越来越多,以与自己私人举办的聚会等等,这些都能用到LED摇摇棒.尤其是近年来的选秀热,更是加大了摇摇棒的市场需求.在演唱会、文艺演出、与各种比赛场合，挥舞着的发光棒上可以显示出各种你所需要的文字、符号、图像等，能够极活跃现场气氛，调动观众激情。

试想一下，当你手中的发光棒显示出“某某某”，或“我爱你”的字样时，即使你无法与心中的偶像面对面交流，他也能感受到来自你的激情。

据调查显示，人们接受的信息有2/3的信息是通过眼睛取得的。

数码摇摇棒集娱乐、益智玩具和流动广告于一体，给予是就的吸引眼球的效果。

在明星演唱会、歌友会、酒吧、大型的娱乐场以与各种大型的选举、游行活动中都可以使用数码摇摇棒。

随着社会经济的不断进步，以与显示技术的不断完善，人们对数码摇摇棒的认识将会越来越深入。

1.4设计目的和意义

本次设计制作的是一个显示棒，基本要求就是要小巧、轻便，所以要将单片机的系统板简化设计。

通过本次设计，加强对AT89C52单片机的深刻理解，提高设计能力和动手能力。

1.5设计要求

设计一个16只高亮度LED发光二极管构成的摇摇棒，通过单片机编程配合手的左右摇晃就可呈现一幅完整的画面，可以显示字符、图片。

1.6设计思路

LED摇摇棒是基于人的视觉暂留原理,通过分时刷新16个发光二极管来显示输出文字或图案等信息。

输出信号频率的控制通过单片机来实现,用摇动传感器检测当前摇动状态。

当进行摇动时,由于人的视觉暂留原理,会在发光二极管摇动区域产生一个视觉平面,在视觉平面的二极管通过不同频率的刷新,会在摇动区域产生图像,从而达到在该视觉平面上传达信息的作用。

2.神奇摇摇棒硬件设计

2.1硬件电路设计基本结构

系统电源VCC为5V，下载程序和调试时一定要保证5V电压，实际使用时用3节干电池串联4.5V即可。

STC89C52单片机作为控制器，在它的P0、P2口接有16只以共阳的方式连接的高亮度LED，由单片机输出低电平点亮。

P0口的上拉电阻RA1不能少。

串在LED公共端的二极管D1会产生一定的压降，用来保护LED，经实测LED点亮时两端电压为3V左右，在LED的安全承受围。

K1是画面切换开关，用于切换显示不同容；

S1为水银开关。

图1是神奇摇摇棒设计原理图。

由电源VCC为5V，实际使用时用2.1节纽扣电池串联6V即可。

水银开关的作用：

棒在摇动时，只能在朝某一方向摇动时显示，否则会出现镜像字或镜像画面，所以通过接一只水银开关来控制，使摇摇棒从左向右摇动时将容显示出来。

图2.1总电路图

水银开关电路：

在水银开关断开时，由于上拉电阻R19的作用外部中断1为高电平，水银开关接通以后为低电平，产生下降沿引起中断。

水银开关的作用：

使摇摇棒从左向右摇动时将容显示出来。

电路如图2.2所示：

图2.2水银开关电路

2.2主控电路设计说明

单片机控制系统：

单片机以其集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、价格廉、使用灵活等一系列优点得到迅速的发展，渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理等，这些都离不开单片机。

此次设计主要采用的STC89C52RC单片机为主控单元,如电路图2.3。

图2.3单片机系统

2.3STC89C52单片机简介

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、存、部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。

这里以STC89C52单片机为例理解它的最基本的组成电路。

2.3.1STC89C52芯片

在单片机家族的众多成员中，MCS51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术与高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国单片机应用领域中的主流。

世界各大单片机厂商都在MCS51上投入了大量的资金和人力，围绕51核，衍生出许多品种，增强51单片机的各种功能。

MCS51家族是目前在单片机领域发展最快的一个品种。

STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-FlashProgramableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

1、STC89C52单片机的主要性能特点：

（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051；

（2）工作电压：

5.5v~3.3v（5v单片机）/3.8v~2.0v（3v单片机）；

（3）工作频率围：

0~80MHZ,实际工作频率可达48MHZ；

（4）大容量部数据RAM：

1K字节RAM；

（5）8kB片Flash程序存储器，具有在应用可编程（IAP）,在系统可编程（ISP），可实现远程软件升级，无需编程器；

（6）掉电检测和低功耗模式等；

（7）4个8位I/O口，含3个高电流P1口，可直接驱动LED

（8）PCA（可编程计数器阵列），具有PWM的捕获/比较功能；

（9）SPI（串行外围接口）和增强型UART；

（10）3个16位定时器/计数器；

（11）可编程看门狗定时器（WDT）；

（12）低EMI方式（ALE禁止）；

（13）兼容TTL和COMS逻辑电平；

2、STC89C52单片机各引脚功能图如2-4所示：

图2-4单片机引脚图

3、STC89C52主要功能

STC89C52主要功能如下表2-1所示。

主要功能特性

兼容MCS51指令系统

8K可反复擦写FlashROM

32个双向I/O口

256x8bit部RAM

3个16位可编程定时/计数器中断

时钟频率0-24MHz

2个串行中断

可编程UART串行通道

2个外部中断源

共6个中断源

2个读写中断口线

3级加密位

低功耗空闲和掉电模式

软件设置睡眠和唤醒功能

表2-1STC89C52主要功能

2.4LED基本介绍

LED中文译作发光二级管，顾名思义发光二级管是一种将电能转化成光能的电子器件，具有二极管的特性。

在电路中并不使用使用3MM的LED,而是采用了5MM的高亮LED灯，5MM的高亮LED有多种颜色，除了多种颜色外还有双色的，一只LED可以多出两种颜色，因此5MM高亮的LED达到想要的效果，远距离观看的效果更佳。

2.4.1LED硬件电路

电路中采用了16只红色5MM高亮的LED,所有的LED使用共阳极的方案并联起来，并给电源端加上了IN4007整流二级管，还在LED的正级接上了200欧姆的保护电阻，经过测试如果只接上一只IN4007整流管,实际测量得到LED的电流在30mA左右，LED点亮久后会发热，导致LED的寿命减短，必须加上保护电阻。

而保护电阻测量电流达到15mA~20mA左右，并却没有发热的迹象，因此采用此方案，具体如图2-5所示。

图2-5LED电路图

2.4.2LED部结构与原理

LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

LED的心脏是一个半导体的晶片。

在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。

半导体晶片由P型半导体和N型半导体两部分组成，其中P型半导体在它里面空穴占主导地位，N型半导体主要是电子。

在它们中间有一个过渡层，称为P-N结。

具有单向导电性。

当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，即LED发光的原理。

而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

（图2-6所示）

图2-6LED部结构

2.4.3时钟电路

单片机其实是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟控制严格地按时序进行工作。

时钟电路用于产生单片机工作所需要的信号。

在MCS-51为核心的单片机部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，其输入端引脚为XTAL1,其输出端引脚为XTAL2。

只要在XTAL1和XTAL2之间跨接石英晶体和和两个微调电容，就可以构成稳定的自激振荡器并产生振荡时钟脉冲，这种方式称为部时钟方式。

在时钟电路中由1个12MHz的晶振、2个30pF的瓷片电容组成具体电路如图2-7所示。

一般地，晶振比较常用的有6MHz、12MHz。

晶振的频率越高，系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也就越快。

STC的单片机最高可支持到40MHz的晶振，但为了系统能够稳定的运行还是选择常用的晶震，如果单片机上使用了串行口通信，则一般会考虑使用11.0592MHz的晶振，方便波特率的计算。

图2-7时钟电路

2.4.4复位电路

STC89C52单片机的的常用的复位电路主要有两种，一种是上电复位，另外一种是手动复位，其中手动复位包括了上电复位的功能，由于摇摇棒设计中考虑到手动复位多了这里不需要的功能，因此在这里采用了上电复位的方式来实现单片机复位。

上电复位电路组成的元件由一个22uf的电容和一个1K的电阻组成，单片机复位的条件是：

必须使RST（第9引脚）加上持续两个以上机器周期（即24个脉冲振荡周期）以上的高电平。

若时钟频率为12MHz，每个机器周期为1us,则需要加上持续2us以上的高电平。

单片机的复位电路如图2-8所示。

图2-8复位电路

2.5开关电路

电路中开关使用了水银开关，是通过水银珠滚动接触导针的原理来控制电路的接通或者断开的。

水银开关简单来说，就如同打开或关掉电灯一样，开关触碰里头的金属板电灯就亮，离开就关，利用开关中的水银珠的滚动，制造与金属端子的触碰或改变光线行进的路线，就能产生导通或不导通的效果。

当水银珠滚到金色引脚那一