线阵LED图文显示装置设计报告修订稿Word格式文档下载.docx
《线阵LED图文显示装置设计报告修订稿Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《线阵LED图文显示装置设计报告修订稿Word格式文档下载.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
摘要
LED旋转显示器时基于视觉暂留原理,开发的一种旋转式LED显示屏。
本设计基于STC12C5A60S2单片机,通过直流电机带动旋转,在具有一定转速地载体上安装16个LED发光器件,各LED发光管等间距排位一条直线,随着旋转速度的加快,不断扫描出预设的文字,图案等。
使用一个霍尔传感器作为定位传感器,当旋转一周时,挡光板遮挡光源,光敏三极管的集电极输出高电平,当离开挡光板时,集电极再次输出低电平,从而给单片机一个下降沿的跳变型号,产生一个中断,从而更新显示。
针对传统LED显示屏视角单一、体积较大、需要的发光二极管数目较多等特点,利用电机带动LED显示阵列高速旋转实现环形显示,达到360全视角,在相同显示信息量上降低产品体积,减少对发光二极管的使用,设计一个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、价格低廉、结构简单的信息播放系统,即旋转LED显示屏
实际制作的LED旋转显示屏技术参数的测试结果,以及实际的运行效果表明,本文设计和制作的旋转显示屏符合设计要求,具有一定的创新性和实际应用价值。
关键词:
STC12C5A60S2单片机,视觉暂留,直流电机,旋转,
一、任务要求
1.基本要求
(1)制作一个由16只LED构成的线状点阵及其控制电路,安装于可旋转的平台上,在平台的中心设置一个按键,用于功能的切换,电机带动平台以合适速度旋转。
(2)开机时装置完成显示自检,能对点阵中16只LED逐个点亮,每只LED显示时间约为1秒,此时平台不旋转。
(3)通过按键切换,实现16个同心圆图形分别顺序(由大到小)和逆序(由小到大)显示,每个同心圆图形显示时间为秒左右。
LED显示亮度能依据环境亮度变化自动调节。
2.发挥部分
(1)通过按键切换,显示字符“TI杯”,要求字符显示稳定,无明显漂移。
(2)通过按键切换,显示一个指针式秒表,该秒表以标志杆为起始标志,秒针随时间动态旋转,旋转一周的时长为60±
1秒。
二、总体方案设计
1.系统分析
本设计要求进行旋转LED显示屏的研究和设计。
系统以STC12C5A60S2系列单片机作为核心控制器件,通过控制电机保持一定的速度稳定旋转,带动单排LED旋转,形成扫描显示屏;
单片机根据LED旋转的速度,控制LED发光或熄灭,在视觉上形成平面图形点阵的显示效果。
2.方案论证
①系统供电方案选择
方案一:
采用电刷供电。
即在电机的转轴上,手工增加一个电刷,通过电刷为系统供电。
此方法能够让系统长期供电,但是由于增加了电刷,电机的摩擦增大,势必会使系统的功耗增加。
故不采用此方法。
方案二:
采用固定电池供电。
即在电路板是直接附带一个干电池,为系统供电。
采用电池供电,使用时,将电池固定在轴心,既解决旋转时因重力引起的重心不稳,同时也省去制作的时间。
综合系统以及相关的要求我们选择方案二。
②驱动电机模块
采用步进电机。
步进电机能够准确的定向,但是图像或者文字的分辨率受到步进电机的步进角度的限制。
并且步进电机以及控制电路成本较高,并且需要单片机控制,占用CPU的资源。
采用普通的直流电机。
此方案,使用方便,成本较低,通过简单的改装,可以给系统供电。
综合各方面考虑,为了节省成本,简单系统电路,以及更方便的为系统供电,使系统能够长期工作,故采用方案二。
3.方案设计
本文的设计是以STC12C5A60S2为核心,利用霍尔传感器以及LED显示阵列搭建的点阵式旋转LED屏系统。
该系统主要由电机,控制电路,LED显示阵列三部分组成。
电机的作用就是带动电路部分进行旋转,这个部分的关键就在于电机的转速要均匀,这样才能保证图像在水平方向不会被局部伸展或者压缩。
为了使LED转速保持稳定,我们采用使用匀速的直流电机。
LED整列是旋转屏的显示主体,为LED显示控制电路的作用是将存储在芯片内图像或符号,在旋转位置感应信号的同步下,根据旋转的位置按列扫描显示在LED阵列上。
这部分是整个系统的核心。
4.系统总体方框图
系统框图
三、理论分析与计算
1.线状点阵LED驱动参数分析与计算
通常LED正向导通的电压为2V左右。
故其I=(VCC-2)/R20
根据LED的驱动电流,通常为2mA~30mA。
选取高亮LED,取其电流为3mA,故取其限流电阻R20=1k。
2.线阵LED运动参数分析与计算
一直板子的长度,从而知道圆弧的宽度。
可根据周期,以及霍尔传感器得到的信息,就可计算出LED运动的参数。
3.显示亮度自动调节分析与计算
采用串联型稳压电源类似的电路,1N4148的正向电压作为基准电源。
VOUT=×
(R1+RG)/RG,当光敏电阻RG的阻值从~22k变化时,R1取10K,则VOUT从到近似VCC变化。
四、电路与程序设计
1系统硬件设计
重心调节
重心调节是最困难的一个技术环节。
旋转的重心直接关系到系统的稳定的运行,以及安全性问题。
旋转的重心如果不在转轴上的话,在高速的旋转中,会产生剧烈的抖动,在巨大的离心力下,会使整个系统分解,产生安全隐患。
所以,重心调节是必须解决的问题。
下面介绍重心调节的方法。
首先是电路板的外观设置。
根据物理质心计算方法,可知道,均匀的圆盘的重心就在圆盘的中心。
但是,由于电子器件的封装,重量都是不同的,圆盘电路板的重心是不均匀分布的,比较难调节,故不采用这种方法。
根据杠杆原理,当支点两端的物体的质量与力距乘积相等时,杠杆就处于平衡。
因此我采用了长条方型的电路板结构。
硬件设计
总设计原理图,PCB,见附录图,图
各模块原理图,见附录图
2.软件设计
系统用C语言编程,程序主要由下列几部分组成
1主程序框图见附录图II
2同心圆子程序见附录图II
③“TI杯”显示控制程序见附录图II
五、系统测试
1.测试方案
分别对硬件,软件以及整个系统进行测试。
硬件以对元件焊接测试,整板测试,上电功能测试为主;
软件主要对写好的程序进行仿真运行;
做好软硬件的测试后,整机调试时非常重要的,要进行不断的调试,让软件和硬件完美的结合,这样才能达到预期的效果。
2.调试环境
硬件:
(MSP430仿真器、万用表、pc机、12V/1.6A稳压电源、温度计、示波器)
软件:
(IARSystems\EmbeddedWorkbenchEvaluation
3.测试结果
设计显示出了预想的结果,基本达到了要求。
4.测试结果分析
从测试数据分析可知,系统电路设计基本满足功能要求,能顺利实现基础部分的要求,并完成了发挥部分的功能。
由于电机驱动的结构设计还不是很理想,所以运行时,会导致成品的晃动,但还是完成了预期的效果。
六、总结与展望
本论文以单排LED显示字幕、图案为研究对象,通过对单片机,16*16点阵字模,电机的结合运用,在此基础上提出了硬件和软件设计方案,总结前面几章的论述,本文得出部分硬件、软件理论原理和具体的控制方案,具体结论如下:
1、通过利用高速旋转电机带动一排LED灯旋转,通过单片机控制LED灯的闪烁时间和频率以呈现一幅完整的画面,如显示字符、图片;
2、单片机从价格、处理速度,选择STC89C52单片机既可以保证控制精度,又能使设计大大简化;
3、考虑到价格和电源方面的因素,此设计运用了以直流电机来带动LED旋转,并能获得较佳的效果;
4、考虑到美观和阻力因素,此设计运用直径为贴片LED,用干电池为LED供电,从中降低了硬件设计难度,且成本也不高。
5、旋转LED动态显示屏已制作完成,在实际运行中可能还会出现许多未曾考虑到的问题,有待于进一步的完善具体来说进一步的工作主要有:
优化软件流程,加快执行速度;
增加对多屏的控制;
优化硬件结构,最大限度降低制作成本和运行阻力。
附录I:
系统设计原理图
图系统整体PCB
图下载模块原理图
图霍尔传感器原理图
图电机驱动原理图
附录II:
软件设计
voiddisplay_TI(void)//TI杯显示函数
{
autouintj=0;
autouchark=0;
for(j=0;
j<
64;
j++)
for(k=0;
k<
160;
k++)
{
P2=TI_dat[2*k];
P1=Convert(TI_dat[2*k+1]);
delay_us(400);
P1=0XFF;
P2=0XFF;
}
voidzhengzijian()//同心圆
uintxc,cv;
for(xc=0;
xc<
8;
xc++)
P2=lolo[xc];
delay(3000);
}
for(cv=0;
cv<
9;
cv++)
P2=0xff;
P1=lolo[cv];