基于51单片机摇摇棒的设计Word文档格式.docx

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基于51单片机摇摇棒的设计

指导教师

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摘要

随着人们物质生活水平的提高，人们对精神生活的追求也愈加强烈，对信息的渴求已成为了人们必不可少的需要，更加简捷与新颖的信息传递方式无疑会给人们带来耳目一新的感受。

而现代工具务求简捷化、便携化，因此，摇动显示装置的到来，必将会给人们带来一种新的方便的文化传递方式。

“摇动显示装置”，俗称“摇摇棒”，是基于人的视觉暂留原理的，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的显示装置。

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。

本文以传感器和单片机的实际应用为背景，介绍了以单片机和传感器为核心系统

摇动传感器和显示设计的基本结构和基本原理。

关键字：

单片机，发光二极管，传感器

Abstract

Aspeoplematerialstandardoflivingrise,peoplepursuittoculturallifealsobecomesstrong,thedesireofinformationhavebecomethepeopleoftheessentialneeds,moreforthrightandnoveltheinformationtransfermodewillundoubtedlybringpeopletofindeverythingnewandfreshfeeling.Andmoderntoolstothesimple,portable,therefore,shakingthedisplaydevice,thearrivalofwillgivepeoplebringsakindofnewconvenientculturaltransfermode."

Shakedisplaydevice,"

called"

toshakethegreat"

itistobebasedonvisualtemporarilyleavetheprinciple,throughthetimesharerefresh16ledstodisplaytextordesignoutputinformationdisplaydevice.Theoutputsignalfrequencycontrolthroughthesingle-chipmicrocomputertorealize,withshakingsensortestcurrentmovedstate.Whenshaken,asthemen'

svisionforaprinciple,willbeinthelightemittingdiodeshakingareaproduceavisualplane,theplanewithinthevisionofdifferentfrequencyrefreshdiodethrough,willproduceanimageinshakingarea,soastoachievethevisionintheplaneofconveyinginformationfunction.BasedonthesensorandMCUapplicationforbackground,introducesthesingle-chipmicrocomputerandsensorasthecoresystemmovedsensoranddisplaydesignthebasicstructureandthebasicprinciple.

Keywords:

microcontroller，leds，sensor

目录

绪论1

1．系统设计方案2

1.1设计目的2

1.2设计要求2

1.3设计思路2

2．系统硬件设计4

2.1基本原理图为：

4

2.2各部分功能5

2.2.1按键模块5

2.2.2LED显示模块5

2.3系统硬件5

2.3.2显示功能（D1~D16）6

2.4传感器系统6

3．系统软件设计8

3.1软件设计思路8

3.2主程序流程图8

3.3软件实现功能的完善16

4．系统的硬件调试及软件调试17

4.1常见的硬件故障17

4.1.1逻辑错误17

4.1.2器件失效17

4.1.3可靠性差17

4.1.4电源故障17

4.2硬件调试方法18

4.2.1脱机调试18

4.2.2联机调试18

4.3软件调试方法18

致谢22

参考文献23

绪论

单片机是随着大规模集成电路的出现极其发展，将计算机的CPU，RAM，ROM，定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机.它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗的显著优点.主要应用于智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面,并且取得了显著的成果.单片机应用系统可以分为:

（1）最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。

这种系统成本低廉,结构简单，常构成一些简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。

片内有ROM/EPROM的单片机，其最小应用系统即为配有晶振，复位电路，电源的单个单片机.片内无ROM/EPROM的单片机，其最小应用系统除了外部配置晶振，复位电路，电源外，还应外接EPROM或EEPROM作为程序存储器用.

（2）最小功耗应用系统是指为了保证正常运行，系统的功耗最小.（3）典型应用系统是指单片机要完成工业测控功能所必须的硬件结构系统。

本文将使用单片机对摇动显示进行实例化，设计一个LED摇动显示器来显示文字、图像等信息。

掌握利用8051型单片机对发光二极管阵列进行摇动控制的方法。

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，用16个发光二极管进行不同频率的亮灭刷新，通过手动摇动可显示输出文字及图案等信息。

LED显示棒，又称摇摇棒，是一种利用视觉暂留效应制作的“高科技”玩具。

可以用“静如处子，动如脱兔”来形容它，即当静止时，它只是几个LED发光二极管（后简称LED），而一旦按照一定的频率去摇晃它，它就会随着位置的变化而变化（亮或灭），最终显示一幅图片或字符串。

1．系统设计方案

1.1设计目的

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，加强学生对MCS-51单片机的深刻理解，提高学生的设计能力和动手能力。

1.2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。

1.3设计思路

本系统要求设计一个LED显示棒且需要有按键进行内容切换，它主要是由中央控制部分，LED驱动部分，LED显示部分以及电源部分组成，如图1.1所示。

图1.1

单片机将提取的字模进行存储，当接收到按键输入的指令时单片机就将相应的字模代码通过I/O口输出，使LED灯点亮，利用视觉暂留原理最终使图案完整的显示在摆动的显示屏中。

1.3.1LED灯的选择：

传统LED发光二极管。

颜色多样，在可以同样显示图案的前提下使用它更为经济。

1.3.2外部中断信号产生方式：

通过外部中断可以控制数据开始传输的时刻。

选择好外部中断来源是本次制作的难点及重点。

使用惯性开关。

通过摇晃使得惯性开关的摆杆与焊接的左右两个触点接触，利用这种接触产生的电平变化来触发中断，结合软件控制显示，制作简单，使用方便。

1.3.3抗重影方案的选择：

使用外部中断控制数据传输时刻。

外部中断信号由惯性开关产生，触发方式为下降沿触发。

惯性开关左右两边的触点分别与单片机两个外部中断接口相连，默认为高电平，摇动的摆杆接地。

惯性开关处于不同位置进入不同的中断，从而决定何时送数据。

该方案简单易行，可以保证数据是单程传输的，避免了重影。

不摇动时把惯性开关处在左边就可以使LED棒熄灭，可以达到省电的效果。

2．系统硬件设计

图2.1

基本原理与硬件电路设计：

16只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看到的是一幅完整的画面。

与LED点阵的显示有几分相仿。

其硬件电路如上图中所示：

系统电源VCC为5V，下载程序和调试时一定要保证5V电压，MCS-51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。

P1口，P2口的上拉电阻不能少。

串在LED公共端的二极管D1会产生一定的压降，用来保护LED,经试验测试LED点亮时两端电压为3V左右，在LED的安全承受范围之内。

2.2各部分功能

2.2.1按键模块

使用一个按键对显示的所有内容进行切换，通过按钮按下的次数确定显示的内容。

S1：

水银开关　功能为棒在摇动时，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，所以通过接一支水银开关来控制，使摇摇棒从左向右摇动时将内容显示出来。

S2：

画面切换开关　功能为用于切换显示不同内容。

S3：

手动复位开关　功能为可以控制系统的启停

2.2.2LED显示模块

首先，我们根据LED点阵屏的显示原理：

点阵屏的显示分为行扫描与列扫描两种，列扫描是将我们的字模数组通过点阵屏的行驱动进行输入，然后通过列对每一行进行扫描，当列为低（高）电平、行为高（低）电平时则表示该点为图案的一部分，将其读出、显示。

它的顺序可以总结为：

行不断的送数据，每送完设置的信息后列进行读取，然后行再次送数据，列再次读取……依次循环下去，一幅完整的图案就显示在了显示屏上。

而本次设计的LED显示棒数据传输原理与LED点阵屏相似。

可以把LED显示棒看成是LED点阵屏中的一列。

为了使显示的图案清晰，我们使用了16个LED管将它们排成一列，整个屏在静止时也就相当于16行×

1列。

数据传输时我们同样使用行送数据、列扫描。

在摆动过程中，应用视觉暂留原理，我们点亮的列不会很快的消失，而是随着摆动的方向继续向前移动，只要移动的速度高于视觉暂留的最短时间显示内容就不会熄灭，至此，一幅图案也就可以这样被“摆动”出来了。

2.3系统硬件

2.3.1单片机控制（STC89C051）

本装置采用了ST