LED摇摇棒设计Word格式文档下载.docx

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目前LED摇摇棒的优势。

LED摇摇棒可显示内容有：

中文、英文、日文、韩文、图案等。

显示内容可设计成单色显示、双基色显示，一根棒可存储、显示多幅文字或图案。

目前研发生产的LED摇摇棒具有的优势如下：

1、在控制模块上，设计了USB接口。

2、LED摇摇棒，采用专利驱动技术，具有摇晃速度自适应系统。

根据使用者摇动速度自动调整显示速度，不论摇晃的速度快或慢，图象始终稳定显示。

3、在LED摇摇棒的手握部分，设计成手柄，更人性化，而且使得摇晃过程中，显示内容的定位更准确。

4、这种设计的软件可拓展性能强大，现今拓展了可通过USB接口连接线对显示内容进行编辑和更换的功能。

未来，将可能实现图象与音乐自主相结合的功能等等。

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，在视觉平面内的二极管通过不同频率的刷新，会在摇动区域内产生图像，从而达到在该视觉平面上传达信息的作用。

具体地说，已知摇摇棒从一侧摆动到另一侧所需的时间是0.8秒，把分成64份，秒。

每一列对应两个八位的字节，16位字节对应16个LED发光二极管，然后在这每一份的时间里显示图形的相应一列，则可以得到完整的图形显示。

缺陷

LED摇摇棒利用的是人眼的视觉暂留特性制作而成，LED发光管作为画面每

一列的显示，左右摇晃起到了扫描的作用，人眼的视觉暂留现象使得看到的是一

幅完整的画面。

然而，它也有它的不足之处：

1.在LED显示模块中，如果LED灯的数量过少，在显示时就会导致最终在显示文字时分辨率降低，从而显示的图像等不够细腻；

2.摇摇棒在摇晃的过程中，如果显示的文字，图像等信息左右不对称，在回扫的过程中如继续显示图象信息的话就可能出现反向重影的现象，导致图象或信息显示错误。

解决方案

1.对于显示模块中，LED灯的数量太少导致的问题。

可以在制作的过程中，

适当的增加LED灯的数量。

比如，通常我们是使用的是16或者32个LED发光二

极管。

但是如果需要64或者128个LED发光二极管，那就得通过单片机外接译

码器来实现了。

2．对于重影问题，可用水银开关或者惯性开关解决的。

摇摇棒在摇动时，

通过水银开关自身的重力作用，只能在朝某一方向摇动时电路才会接通，同时也才会显示图形，文字等信息；

在反向回扫过程中开关自动关闭，LED就不显示内容，所以可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内容清晰的显示出来。

硬件电路的系统电源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节干电池串联即可。

STC12C5412AD单片机作为控制器，在它的P1、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。

S2为水银开关。

硬件电路包括三部分：

LED显示模块、单片机控制模块以及下载口模块。

即：

实物图如下：

图3.2实物图

1.LED显示部分由：

16个高亮度的发光二极管，16个270欧姆的电阻以及水银开关组成。

其中水银开关的作用：

棒在摇动时，只能在朝某一方向摇动时显示，否则

水银开关

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内容显示出来。

图3.3LED显示模块

2.单片机部分由：

一个11.059MHz的晶振以及两个25pf的电容构成的晶振电路、一个23uF的电容，10K的电阻以及复位开关构成的复位电路、芯片STC12C5412AD三部分构成。

图3.4单片机最小系统图

3.MAX232串行接口部分由：

芯片MAX232、5个10uF的电容、RS232接口构成。

图3.5下载口模块

3.2STC单片机结构与原理

STC12C5412AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟单片机，是高速/低功

耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路，4路PWM，8路高速10位AD转换，针对电机控制，强干扰场合。

STC12C5412AD的各引脚功能

P—P1.7：

P1口是一个漏极

开路双向I/O口。

在访问外部存储

器时，它是分时多路转换的地址和

数据总线，在访问期间激了内部上

拉电阻。

P—P2.7：

P2口是一个带内部

上拉电阻的8位双向I/O口。

在访问

外部存储器时，它送出高8位地址。

P3口是一个带内部上拉电阻的8

位双向I/O口。

它的各个引脚还有相应的图3.6STC12C5412AD引脚图

；

P3.2和P3.3有外部中断的功能；

P3.4和P3.5有定时/计数器0/1的外部输入的功能等。

2.控制线控制引脚（RST）

RST为复位信号，当输入的复位信号延时两个机器周期以上的高电平即时有效，用以完成单片机的复位初始化操作。

3．外接晶振线

XTAL1和XTAL2外接晶振引线端。

当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；

当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

VCC：

+5V电源；

VSS：

地线（GND）。

STC12C5412AD的内部资源

系统

51单片机有5个中断源，外部中断INT0、定时器/计数器T0、外部中断INT1、定时器/计数器T1和串口URAT中断，它们对应不同的矢量。

中断允许寄存器IE的功能是控制各个中断请求信号能否允许，它分别控制CPU对所有中断源的总开放或禁止，以及对每个中断源的中断开放/禁止状态。

其中EX0、ET0、EX1、ET1和ES分别是上述5个中段的允许控制位，EA位是中断总允许位，每个中断只有在相应中断允许且中断也允许的情况下才能得到中断响应。

中断优先级控制器IP的功能是设置每个中断的优先级。

51的5个中断都可以设为高、低2个优先级，其中的PX0、PT0、PX1、PT1和PS位分别对应5个中断的优先级设置，置“1”时设定为高级中段，为“0”是低级中断。

在有中断嵌套要求时，低优先级中断可被高优级中断所中断。

当同一级的中断同时来到时，先响应中断矢量排在最前面的中断。

因此通过设置寄存器IP响应位的值，可以改变5个中断源的优先顺序。

中断源寄存器，包括定时器/计数器控制寄存器TCON和串行通信控制寄存器SCON。

寄存器TCON的功能主要是接收外部中断源（INT0、INT1）和定时器/计数器（T0、T1）送来的中断请求信号。

其中，IE0和IE1分别是外部中断0和外部中断1的中断请求标志位。

当外部有中断请求信号输入单片机的INT0引脚或INT1引脚时，寄存器TCON的IE0和IE1位会被置“1”。

IT0和IT1分别是外部中断0和外部中断1的输入方式控制位。

寄存器SCON的主要功能是接收串行通信口送来的中段请求信号，寄存器SCON的T1位和R1位于中断有关，其他位用作串行通行控制。

2.定时器/计数器

51内部有两个定时器/计数器T0和T1，定时和计数是单片机中主要用的两种功能。

TL0、TH0和TL1、TH1分别对应两个定时器/计数器的低8位和高8位，用于控制与管理定时器/计数器工作的两个寄存器TCON和TMOD。

设置它们的对应位，可以对T0和T1进行各种控制。

寄存器TCON为控制寄存器，用于控制两个定时器/计数器的启动/停止，在溢出时设定标志位。

TCON中TR0和TR1是T0和T1对应的开始运行控制位，TF0和TF1是一出标志，剩下4位是两个外部中断INT0和INT1对应的方式控制位IT0、IT1和中断请求IE0和IE1。

寄存器TMOD位工作方式控制寄存器，用来设置定时器/计数器的工作方式，并确定用于定时还是用于计数。

定和计数功能由特殊功能寄存器TMOD的控制位C/T进行选择，2个定时/计数器有4种操作模式，通过TMOD的M1和M0选择，2个定时/计数器有4种操作模式，通过TMOD的M0选择，2个定时/计数器的模式0，1和2都相同，模式不同。

3.寄存器

寄存器是中央处理器内的组成部份。

寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。

在中央处理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器（IR）和程序计数器（PC）。

在中央处理器的算术及逻辑部件中，包含的寄存器有累加器（ACC）。

STC12系列单片机寄存器包括内核特殊功能寄存器，系统管理特殊功能寄存器，I/O特殊功能寄存器，定时器特殊功能寄存器，串行口特殊寄存器，看门狗寄存器等。

51的存储器组织分成3种地址空间和一个程序计数PC，包括：

◆16位的程序计数器PC:

赋予51最大64KB的寻址能力。

◆64KB的程序存储器空间：

这代表我们所写的程序码可达65536个字节。

◆64KB的外部数据存储器空间：

这部分空间是同时可以读和写的。

◆256字节的内部存储器空间，包括SFR特殊功能寄存器、堆栈区、数据区和常用寄存器区R0～R7。

3.3LED的显示原理

LED是发光二极管（LightEmittingDiode,LED）的简称，也被称作发光二极管，这种半导体组件一般是作为指示灯、显示板，它不但能够高效率地直接将电能转化为光能，而且拥有最长达数万小时～10万小时的使用寿命，同时具备不若传统灯泡易碎，并能省电等优点。

图3.7发光二极管结构图

当单片机的P1和P2的十六个口输出低电平时，LED灯的阴极就是低电平，在水银开关的作用下，5V的电压加到LED的阳极，LED就有电流通过，这样就能发光。

当单片机的P1和P2口有高电平输出时，LED的两端就是高电平，虽然有小的电压差，但是小的电压差产生的电流是无法驱动LED灯发光的。

一般LED的驱动电压要有1.5V以上，电流要在200mA以上，不同的LED的驱动电压和电流是不同的。

发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。

在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。

PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。

这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管