毕业设计LED旋转灯.docx

毕业设计LED旋转灯.docx

《毕业设计LED旋转灯.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计LED旋转灯.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

毕业设计LED旋转灯

LED旋转显示器的设计

摘要

基于视觉暂留原理，开发出了一种旋转式LED显示屏。

在稳定旋转地载体上安装16个LED发光器件，静止时，各列发光管等间距分列排开，随着扫描速度的加快，在计算机软件精确的时序控制下，不断扫描出预设的文字，图案等。

磁钢用来完成同步的。

当霍尔传感器旋转到磁钢处，感应到它的存在就会恢复到最初状态，即使前一个过程没有显示完成。

装在电机上的电路始终在高速旋转，我们就无法使用通常的方法来给电机供电，但可以通过对220V电压降压来完成。

交流电压通过变压器降为9V，再通过桥式整流和7806降为6V，供直流电机使用。

采用时钟芯片DS1302以及电池能准确显示时、分、秒。

关键字：

视觉暂留，直流电机，桥式整流。

LEDRotatingDisplay

Abstract

Basedonthepersistenceofvisionprinciple,developedarotatingLEDdisplay.VectorrotationinastablewaytoinstallaLEDlight-emittingdevice,staticwhenglibenclamideLEDrowsequallyspacedpoints,withthescanratespeedsup,thecomputersoftwareunderthecontrolofprecisetiming,andconstantlyscanthedefaulttext,patternsandsoon.Magnetisusedtocompletethesynchronization.WhentheHallsensortoarotatingmagnetDivision,inductionintoitsexistencewillberestoredtoitsoriginalstate,eveniftheformerdoesnotshowthecompletionofaprocess.Installedinthemotorcircuitisalwaysinhigh-speedrotation,wecannotusetheusualmethodtogiveelectricalpowersupply,butcanbedonestep-downvoltageof220V.ACvoltagethroughthetransformerreducedto9V,thenthroughthebridgerectifierand7806fellto6V,fortheuseofDCmotors.ItusesDS1302todisplayhour,minuteandsecondexcellently.

Keywords:

persistencevision,DCmotor,Bridgerectifier.

目录

摘要I

AbstractII

目录III

引言1

1系统硬件电路的设计1

1.1系统硬件框图1

1.2主控单元2

1.3驱动模块5

1.4霍尔传感器模块6

1.5显示模块8

1.6电源模块110

1.7电源模块211

2系统程序的设计12

2.1程序的分步完成12

2.2程序流程图12

3性能调试与分析13

3.1程序的检查与修改13

3.2硬件的焊接与检查14

总结15

参考文献-1-

致谢-2-

附录-3-

附录一元器件清单-3-

附录二硬件原理-4-

附录三程序-5-

引言

目前，单片机技术如火如荼，蓬勃发展，其电子产品如雨后春笋地出现，正潮水般的涌入各个领域。

其电子产品以灵敏、结构简单易制、成本低、可靠性强等优点迅速占领电子市场，给人们生活带来了极大的方便，深受人们的青睐。

此次作品以宏晶科技STC89C52RC单片机为主控单元，还有DS1302时钟芯片，利用视觉暂留效应，精确的显示北京时间。

论文共分为7个部分，主要内容包括：

系统硬件电路的设计、系统程序的设计、性能调试与分析、结束语、参考文献、致谢、附录。

1系统硬件电路的设计

1.1系统硬件框图

系统硬件框图如图1.1所示。

图1.1系统硬件框图

1.2主控单元

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，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统等，这些都离不开单片机。

此次设计主要采用宏晶科技的STC89C52RC单片机为主控单元。

STC89C52RC的芯片管脚图如图1.2所示。

图1.2STC89C52RC的芯片管脚图

1一个8位的微处理器；

2片内数据存储器RAM，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以显示的数据等；

3片内程序存储器ROM/EPROM，用以存放程序、一些原始数据和表格；

4四个8位并行I/O接口P0～P3，每个口可以用作输入，也可以用作输出；

5两个（或三个）定时器/计数器，每个定时器/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；

6五（或六）个中断源的中断控制系统；

7一个全双工UART接口（通用异步接收发送器）的串行I/O，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；

8片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容须要外接。

可以看出STC89C52RC系列单片机也是一款功能强大的单片机。

特点：

●1.增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU。

●2.工作电压：

5.5V-3.4V（5V单片机）/3.8V-2.0V（3V单片机）。

●3.工作频率范围：

0-40MHz，相当于普通8051的0-80MHz，实际工作频率可达48MHz。

●4.用户应用程序空间4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节。

●5.片上集成1280字节/512字节RAM。

●6.通用I/O口（32/36个），复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是开路输出，作为总线扩展用时，不加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

●7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片。

●8.EEPROM功能。

●9.看门狗。

●10.内部集成MAX810专用复位电路（D版才有），外部晶体20M以下时，可省外部复位电路。

●11.共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。

●12.外部中断4路：

下降沿中断或低电平触发中断，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。

●13.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。

●14.封装：

LQFP-44，PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。

引脚功能说明：

VCC——电源电压

GND——地

P0口——P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接“上拉电阻”。

P1口——P1口是一个内部带上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输出口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

P1.0和P1.1的第二功能：

P1.0T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出

P1.1T2EX（定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制）

P2口——P2是一个内部带上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。

FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

P3口——P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下所示：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2INTO（外中断0）

P3.3INT1（外中断1）

P3.4TO（定时/计数器0）

P3.5T1（定时/计数器1）

P3.6WR（外部数据存储器写选通信号）

P3.7RD（外部数据存储器读选通信号）

此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

RST——复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

D0置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU访问外部程序存储器（地址0000H-FFFFH），EA端必需保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。

STC89C52RC/RD+系列单片机是STCmirco推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。

1.3驱动模块

单片机的时钟有一个11.0592MHz的晶振和两个30PF的小电容阻成，它们决定了单片机的工作时间精度为1Us。

单片机内各部件之间有条不紊地协调工作，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，而产生这种基本节拍的电路就是振荡器和时钟电路。

STC89C52单片机内部有一个用于构成振荡器的单级反相放大器。

引脚XTAL1为反相器输入端，XTAL2为反相器输出端。

当在放大器两个引脚上外接一个晶体（或陶瓷振荡器）和电容组成的并联谐振电路作为反馈元件时，够成一个自激振荡器。

内部振荡器等效电路图如图1.3所示。

图1.3内部振荡器等效电路图

此振荡器由XTAL1端向内部时钟电路提供一定频率的时钟源信号。

另外振荡器的工作还可以由软件控制，当对单片机内电源控制寄存器PCON中的PD位置1时，可停止振荡器的工作，使单片机进入省电工作状态，此振荡器称为内部振荡器。

单片机也可以通过外部振荡器向内部时钟电路输入固定频率的时钟源信号。

此时，外部信号接至XTAL1端，输入给内部时钟电路，而XTAL2端浮空即可。

片内振荡器频率是由外接石英晶体的频率决定的，其频率值可在0～24MHz之间。

当频率稳定性要求不高时，可选用陶瓷振荡器。

片内振荡器对构成并联谐振电路的外接电容C1和C2要求并不严格。

外接晶体时，C1和C2的典型值为30PF左右；外接陶瓷振荡器时，C1和C2的典型值为47PF左右。

而且在设计印刷电路板时，晶体（或陶瓷）振荡器和电容应尽可能安装得靠近单片机，以减少寄生电容，保证振荡器的稳定性和可靠性。

1.4霍尔传感器模块

霍尔传感器处于工作状态时，输出总是处于高电平状态，当磁钢N极接近传感器正面的有效距离，输出端变为低电平。

当磁钢撤离传感器有效距离，输出端又显示低电平，从而产生下降边沿，使单片机中断口接收到下降沿，从而发出中断，使得电路能够同步。

当霍尔传感器感应到N极时会回到原始状态，达到复位的功能。

霍尔传感器是一种磁传感器。

它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。

霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。

霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着广泛的应用。

此次实验中运用了AH3144单极性霍尔开关电路。

AH3144E、AH3144L是由电压调整器，霍尔电压发生器，差分放大器，施密特触发器和集电极开路的输出级组成的磁敏感电路，其输入是磁感应强度，输出是一个数字电压讯号。

它是一种单磁极工作的磁敏感电路，适合于矩形或者柱形磁体下的工作。

AH3144L的工作温度范围为-40~150℃，可用于汽车工业和军事工程中。

它们有两种封装形式：

TO-92UA和TO-92T。

霍尔传感器功能方框图如图1.4所示。

图1.4传感器功能方框图

霍尔传感器引脚解析图如图1.5所示。

图1.5引脚解析

如图1.6所示，其中Bnp为工作点“开”的磁感应强度，Bnp为释放点“关”的磁感应强度。

图1.6霍尔传感器特性曲线

当外加的磁感应强度超过动作点Brp时，传感器输出为低电平，当磁感应强度超过动作点Brp时，传感器输出高电平，当磁感应强度降到动作点Bnp以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点时，传感器才由低电平跃变为高电平。

Brp与Bnp之间的滞后使开关动作更为可靠。

另外还有一种“锁键型”（或称“锁存型”）开关霍尔传感器，其特性如图1.7所示。

图1.7锁存型霍尔传感器特性

特点：

电源电压范围宽。

开关速度快，无瞬间抖动。

工作频率宽（DC~100KHz）。

寿命长，体积小，安装方便。

能直接和晶体管及TTL、MOS等逻辑电路接口。

1.5显示模块

LED显示器具有功耗低，接口控制方便等优点，而且模块的接口信号和操作指令具有广泛的兼容性，并能直接与单片机接口，可方便地实现各种不同的操作，在各类测量及控制仪表中被广泛的应用。

当在LED上显示汉字时，应先取得汉字的点阵构成数据，然后将其写入显示存储器中进行显示。

旋转LED显示器是一种通过同步控制发光二极位置和点亮状态来实现图文显示的新型显示器，其结构新颖，成本低廉，可视角度达360°。

本设计采用16个并排发光二极管，利用人眼的“视觉暂留效应”显示文字及图案。

显示模块如图1.8所示。

图1.8显示模块框图

由于采用时钟芯片DS1302，可以准确的显示北京时间。

DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM。

通过简单的串行接口与单片机进行通信：

实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整：

时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或者12小时格式。

DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：

（1）RES（复位）；

（2）I/O（数据线）；（3）SCLK（串行时钟）。

时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31字节的字符组方式通信：

DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。

主要性能指标：

实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力。

31×8位暂存数据存储RAM。

I/O串行口方式使得管脚数量最少。

工作电压范围：

2.0～5.5V。

工作电流：

2.0V时，小于300mA。

读/写时钟或RAM数据时，有两种传送方式：

单字节传送和多字节传送（字符组方式）。

8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装（根据表面装配）。

简单3线接口。

与TTL兼容：

（Vcc=5V）。

可选工业级温度范围：

-40℃～+85℃。

与DS1202兼容。

在DS1202基础上增加的特性：

—对Vcc1有可选的涓流充电能力。

—双电源管用于主电源和备份电源供应。

—备份电源管脚可由电池或大容量电容输入。

—附加的7字节暂存存储器。

DS1302的管脚排列及描述如图1.9所示。

图1.9DS1302引脚图

DS1302引脚描述如表1.1所示。

表1.1管脚描述

引脚

说明

X1,X2

32.768KHz晶振管脚

GND

地

RST

复位脚

I/O

数据输入/输出引脚

SCLK

串行时钟

Vcc1,Vcc2

电源供电管脚

1.6电源模块1

任何电路都离不开电源部分，单片机也不例外，而且我们应该高度重视电源部分，不能因为电源部分电路比较简单而有所忽略，其实有将近一半的故障或制作失败都和电源有关，电源部分做好才能保证电路的正常工作。

3节1.5V电池是最好的，电池输出的电压是最干净的，不会有任何干扰波动。

上电复位：

保障上电时能准确地启动系统。

掉电复位：

当电源失效或电压降到某一电压值以下时，复位系统自动保存数据。

除上电复位和掉电复位外，很多监控电路集成了系统所需的功能。

电源测控：

供电电压出现异常时提供预警指示或中断请求信号，方便系统实现异常处理。

数据保护：

当电源或系统工作异常时，对数据进行必要的保护，如保护数据备份或切换后备电池。

1.7电源模块2

电网提供的交流电源经过整流、滤波，可得到直流电压，但此电压仍然存在波纹。

同时，由于交流电网电压的波动，负载的变化和温度的影响等，使输出电压纹波会更大，即输出电流电压不稳定。

为了得到稳定的输出电压，在滤波电路与负载之间常常加入稳压电路，以使负载得稳定的输出电压。

通过上面的分析可知，直流稳压电源主要由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四大部分组成。

直流稳压电路组成框图如图1.10所示。

图1.10直流稳压电源的组成框图

桥式整流滤波电路如图1.11所示。

图1.11桥式整流滤波电路

220V交流电压经过变压器输出为9V交流电压，再经过桥式整流成为单向脉冲电压，再经过滤波电路成为比较平稳的直流电压，最后通过7806稳压成输出稳定的6V直流电。

7806引脚图如图1.12所示。

图1.127806引脚图

对于7806三端稳压IC，它和其它78XX一样，都属于+V电压稳压输出链路。

其1脚为输入端，2脚接地，3脚稳压输出。

7806是正电压三端固定稳压器集成电路，属于线性稳压器件。

7806应用非常广泛，在各种稳压电源、充电器、家电等产品中均有运用。

主要参数：

最高输入电压：

3.5V

输入输出最小的电压差：

2V

最大输出电流：

1.5A。

输出电压偏差：

典型=6V；最低=5.75V；最高=6.25V。

工作温度范围：

0~70℃。

2系统程序的设计

2.1程序的分步完成

1.对于程序的编写有些茫然，所以上网搜了些资料经过仔细研究后大致知道程序可以分为几个模块，对于以后的编写有了一定的启发。

2.编写了程序显示了一个字，观察二极管是否能有规律的闪烁，从而确定硬件电路的准确性。

3.编写程序测试一次最多能显示多少字，以及测试霍尔传感器的转速。

4.对一些基本性能了解后开始程序的编写。

2.2程序流程图

首先对所要编写的程序作一个系统的了解。

程序流程图如下图2.1所示。

Y

N

2.1程序流图

3性能调试与分析

3.1程序的检查与修改

一个工程的完成不可能一步达成，正如俗话说“不积跬步，无以至千里”。

所以整个程序的编写也是一步一个脚印，最后攀登上胜利的高峰。

程序是在Keil51让软件上编写的，它具有仿真、编译及检错的功能。

从一开始显示的乱码到一步一步的修改直至最后程序的出来我们付出了很多心血，终于皇天不负有心人。

在编写程序的时候遇到了两个比较大的问题：

一个是送数，另一个是时间。

1.直流电机的转速决定了最多能显示多少个字，而且只有在霍尔传感器感应到N极的时候才能送数，否则就无效。

2.这次设计对于时间的控制很严格，时间决定我们是否能正确的显示汉字。

因为是基于视觉暂留效应，如果延时太长就不能看清楚字，所以要控制显示的字的数目。

3.2硬件的焊接与检查

1.晶振短路

万用板上插孔之间有的已经通过锡导通，在焊接时没有用电烙铁把锡挑掉，造成晶振短路，还好发现及时，并没有造成严重后果。

2.发光二极管共阴、共阳发生错误

原理图中二极管共阴连接。

焊接完成后，芯片引脚出来的是低电平，二极管又共阴连接，导致二极管不亮，后来把二极管改成共阳的。

3.P0口未接上拉电阻

画原理图时没有考虑周全，P0口未接上拉电阻，焊接完成后，编写小程序时发光二极管不能正常显示。

4.霍尔传感器反接

由于网上下载的资料错误，外加对霍尔传感器知识的不扎实，导致霍尔传感器反接。

多次检查之后，终于发现并改正了这个错误。

5.发光二极管顺序错误

芯片上P0口从上到下顺序为0～7，而P2口从上到下的顺序为7～0,由于焊接时的疏忽，只参照了原理图上芯片的引脚排布，没有注意到实际的，导致程序编写进去后，显示的是乱码，不是正常的汉字。

6.重新制作

整个作品完成后，基本功能都已完成，唯一的缺点是显示的字不好看。

因为采用大的发光二极管，直径太靠近转轴，字体变形。

电路布线合理且经过调试了，如果把大的二极管换成小的会影响整个布线，这样就比较麻烦了，为了追求更美观、完美，所以决定重新焊一个。

7.发光二极管亮度不够

重新焊接完成后，字形显示改观了，但又遇到一个新问题，发光二极管亮度不够，只有在黑暗条件下才能看清。

所以最后换成了贴片的，现在效果明显好转，亮度均匀。

总结

09年10月我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论