旋转LED显示屏.docx
《旋转LED显示屏.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《旋转LED显示屏.docx（71页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
旋转LED显示屏
摘要
旋转LED显示屏是利用机械转动动态扫描代替传统逐行扫描方式，是一种新型的显示屏，具有成本低，可视范围大的特点，是LED显示屏的一个新的发展方向。
其实质就是与机械转动配合起来的动态扫描显示技术。
主控芯片为AT89S52，以及电机模块，时间模块，温度模块，显示模块，速度模块等辅助组件而成。
本次“旋转LED显示屏”的制作用于我的毕业论文，它提高我的实践能力和专研能力，激发我对学习兴趣，引导自主学习及培养创新能力、协作精神、工程实践素质。
这次的设计利用高速旋转中控制LED的亮灭，进行字符的显示，温度的监控（主控DS18B20），简单图形的显示，速度控制（主控霍尔3144），以及控制器采用单片机，完成显示内容的传输、字库的转换、显示等功能。
关键词AT89S52霍尔3144DS18B20
Abstract
RotatingLEDdisplayistheuseofdynamicscanningtoreplacethetraditionalmechanicalrotatingprogressivescanning,isanewdisplay,lowcost,thecharacteristicsofvisualrange,LEDdisplayisanewdevelopmentdirection.Itsessenceistomatchupwiththemechanicalrotationofdynamicscanningdisplaytechnology.MasterchipAT89S52,andmotormodules,thetimemodule,thetemperaturemodule,displaymodule,thespeedmoduleandotherauxiliarycomponentstogether.The"rotatingLEDdisplay"productionformythesis,whichimprovedmyabilitytopracticeresearchskillsandexpertisetostimulatemyinterestinlearning,guidedself-learningandfosterinnovation,teamspirit,qualityofengineeringpractice.Thedesignofthecontrolhigh-speedrotatingbrightLEDoff,thecharactersdisplay,temperaturecontrol（masterDS18B20）,asimplegraphicaldisplay,speedcontrol（MasterHall3144）,andthecontrollerusessinglechip,completeThetransmissiondisplay,fontconversion,display.矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
KeywordsAT89S52Hall3144DS18B20聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
结束语30
第1章绪论
1.1旋转时钟的发展背景
现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。
ED显示屏已广泛应用于广告、车站、银行、商场等公共场所。
它具有功耗小、寿命长、色彩好等优点。
现在的LED显示屏的发光器件主要采用LED平板模块，大型的LED点阵的显示屏。
它给我们日常生活中带来了方便和快捷。
但是这种类型的显示屏有很大的弊病。
新型的旋转式显示屏，克服了以上两个不足，以单排LED或双排LED转动的方式代替逐行扫描，成本大大降低，采用以少显多的方案来组成大型虚拟的LED点阵显示，其内容紧凑有条理，并且容易查找出LED失真的具体原因，很快捷的加以维修处理以及它可以和点阵一样显示原理。
凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。
如果你在网上用google搜索“POVLED”一词（POV即persistanceofvision），会找到世界各地的各种LED旋转屏的制作介绍。
那些摇晃出的空中图案，漂浮在车轮上的动画，以及形态各异的时钟，一定给你留下深刻印象。
恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。
1.2旋转时钟的特点
旋转时钟的主要特点就是结构新颖，效果奇特。
加入了现代科技的元素，利用人眼的视觉暂留特性，用单片机作为主控芯片，采用电机带动发光二极管高速旋转，霍尔传感器进行定位，利用刷屏显示原理呈现时钟画面及DS18B20温度显示。
造型及显示效果个性、新颖，解决了传统时钟结构单一，显示效果固定的缺陷，更好了满足了人们对美的追求。
鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。
1.3旋转时钟的发展趋势
现今人们家庭用的时钟主要还是传统意义上的时钟，固定的表盘与表针，显示效果单一，不能满足时钟不但用来看时间还是一件很好的装饰品的要求。
随着科技的发展网络上出现了以DIY为主要形式的旋转时钟作品。
硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。
但是随着单片机技术、高亮发光二极管制造技术和高速稳定电机制造技术的发展，这种千奇百怪、创意无限的电子旋转时钟必将走进千家万户。
阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。
1.4新旧led社会市场调研
据报导大型的LED点阵显示屏从06年开始在各大公共场合登陆舞台，到2010年占据了中国的绝大部分的市场。
在市场中广泛流通的是传统型的显示屏。
氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。
普通小型的8*8点阵在市场报价：
普通稍大点3208点阵在市场报价：
可见成本成多倍增长。
若大型广告显示屏，车站显示屏其可见成本要远远大于实用成本，普通点阵用户花销费用巨大，不经济不实惠。
釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。
而新型的可旋转的LED显示屏，在国内几乎没有个人和企业应用。
这个新生产业技术才刚刚起步，拥有巨大的市场发展潜力！
它只需要几个发光LED，便可以实现虚拟大型的点阵显示屏。
怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。
普通发光二极管的市场报价：
普通LED贴片市场报价：
可见器件成本对比度十分的悬殊！
时间就是金钱，成本就是效益！
！
第2章系统的总体设计
2.1方案可行性论证
2.1.1需求分析
随着科技的发展和人们对创新事物和美感的追求，传统的固定的电子时钟无法满足现代人们的物质和文化生活的需要，必将被淘汰。
这种新兴的，创意无限的，视觉效果好的创意电子旋转时钟必将越来越多的走进人们的生活。
这种新兴的旋转时钟将会倍受人们的青睐，成为人们装饰、送人的首选佳品。
谚辞調担鈧谄动禪泻類。
2.1.2方案论证
旋转时钟是一种利用人眼的视觉惰性，让LED高速旋转形成LED屏，显示文字、数字及图形的LED屏显示的电子产品。
主要构成：
在AT89S52单片机的P0、P2口上接上16个贴片的LED；在分别用P1.0、P1.1和P1.2上接上一个三极管9013，分别用三极管驱动8个贴片LED，总共40个贴片。
用霍尔传感器CS3144来测定转速，用DS18B20温度传感器来测温。
采用取字模软件将字符和图案自动生成扫描码。
系统采用两节3V电子供电，旋转由一个电机带动。
嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。
2.2关键技术与解决方案
可旋转LED就是运用以少胜多的理念，把动起来的一排或多排LED抽象成一个巨大的点阵屏幕，是利用人们的视觉残留来实现显示图像数字的功能。
熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
A：
普通的点阵屏是利用刷屏的方式来显示东西的，例如：
图2-1点阵成像原理
它是随着不同频率的个点成像来达到成像，也就是说当画面以一定速率新时我们看到的就是一个完成的图像了。
B:
新颖的可旋转的LED和老式的成像原理基本相近，举例说明：
一条由30个led组成的条形显示板：
当它转动的时候可形成一个复杂的圆形点阵：
图2-2模拟点阵成像
由此可知一条发光LED板子转动可利用人的视觉残留留下一个虚拟的点阵显示屏。
整个设计的供电系统。
电机供电旋转时钟系统有两个部分需要供电，一是底座上的电机，二是单片机系统。
可选用分离供电，即一组电池提供单片机系统的电源（它必定随着电路板旋转，因此体积和重量需要尽量轻），另外一组固定在底座上的电池为电机提供电源。
可以使用同一个电源，但是需要处理电力的传递问题，可通过电刷方式。
在电机的转轴上安装绝缘的塑料皮和一个外加导电铁皮，铁皮固定到电路板上，电机转动带动板子，在导电铁皮的旁边设置电刷，可供应电路板的正常用电。
而整个的电机控制转速可以采用霍尔芯片来测定它的转动过程。
鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
2.3系统总体方案
系统总体分为软件部分和硬件部分两部分构成。
硬件部分由主控芯片部分、测速定位部分、温度测试部分、信息采集传输部分、显示部分、电机部分组成。
总体框图如下：
纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。
图2-3系统总体框图
2.3.1系统的硬件构成
系统的硬件部分主要有单片机（AT89系列）及其最小系统，霍尔传感器（CS3144）测速定位系统DS18B20数字温度传感器测温系统及LED显示部分组成。
颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
单片机是系统的核心，是系统的主控单元。
单片机及其构成的最小系统单元控制系统信息的采集，及测速定位系统的各项数据，来调节系统。
霍尔传感器是用来测定电机转速，根据转速来定扫描时间。
LED显示部分是通过电机带动高速旋转利用人眼的视觉暂留特性来呈现时钟画面。
濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
图2-4系统硬件图
2.3.2系统的软件构成
利用层次图来表示系统中各模块之间的关系。
层次方框图是用树形结构的一系列多层次的矩形框描绘数据的层次结构。
顶层是一个单独的矩形框，代表完整的数据结构，下面的各层矩形框代表各个数据的子集，最底层的各个矩形框代表组成这个数据的实际数据元素（不能再分割的元素）。
随着结构的精细化，层次方框图对数据结构也描绘得越来越详细，这种模式非常适合于需求分析阶段的需要。
銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
本系统一共分为LED显示、时钟调整、红外控制、温度控制、电机控制五大模块，每个模块之间虽然在表面上是相互独立的，但是对整个系统是紧密相连的。
每个模块的功能都是按照在调研中搜集的资料进行编排制作具体详细程序见附录Ⅰ。
挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
旋转led时钟
电机控制模块
时钟调整模块
温度控制模块
红外控制模块
LED
显示模块
图2-5系统软件图
2.4本章小结
经过长达2周的时间，确定了我的毕业设计的基本制作方向选定了制作的基本器件在考虑性能/价格比的前提下,在本次设计中我选择最容易实现产品的指标的几种仿真器件如下：
赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
（1）、主机：
Intel（R）coteTM2DuoPC机，伟福仿真器；
（2）、主控芯片：
兼容MCS-51系列中的89S52系列芯片；
（3）、时钟芯片：
DS1302芯片；
（4）、转速调整芯片：
3144霍尔传感；
（5）、LED数码管或LED贴片；
（6）、稳定电机；
（7）、红外控制（可选）；
（8）、温度传感器：
用数字温度传感器DS18B20组成一个温度检测电路（可选）；
深入的了解我的设计的整体思路为以后软硬件的搭建开创了先河。
第3章系统的硬件
3.1系统的主控单元构成
系统的主控单元由AT89S52及其最小工作系统构成，主要功能是控制系统的总体，是系统的核心，相当于系统的大脑和心脏。
其电路图如下：
塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。
系统的整体电路图如下：
图3-1系统总体电路图
3.1.1单片机AT89S52简介
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。
图3-2系统主控单元
3.1.2主要功能及特性
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。
●与MCS-51单片机产品兼容
●8K字节在系统可编程Flash存储器
●1000次擦写周期
●全静态操作：
0Hz～33Hz
●三级加密程序存储器
●32个可编程I/O口线
●三个16位定时器/计数器
●八个中断源
●全双工UART串行通道
●低功耗空闲和掉电模式
●掉电后中断可唤醒
●看门狗定时器
●双数据指针
●掉电标识符
3.1.3管脚图管脚说明
图3-3AT89S52引脚图
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需要外部上拉电阻。
绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3-1所示。
骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
表3-1P1口的第二功能
引脚号
第二功能
P1.0
T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5
MOSI（在系统编程用）
P1.6
MISO（在系统编程用）
P1.7
SCK（在系统编程用）
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。
P3口作为AT89C51的一些特殊功能口，如表3-2所示：
表3-2P3口的特殊功能
口管脚
备选功能
P3.0RXD
（串行输入口）
P3.1TXD
（串行输出口）
P3.2/INT0
（外部中断0）
P3.3/INT1
（外部中断1）
P3.4T0
（记时器0外部输入）
P3.5T1
（记时器1外部输入）
P3.6/WR
（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD
（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。
3.1.4复位电路
为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。
一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。
由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。
目前为止，单片机复位电路主要有四种类型：
（1）微分型复位电路；
（2）积分型复位电路；（3）比较器型复位电路；（4）看门狗型复位电路。
栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。
电路图如下：
图3-4复位电路图3-5时钟电路
3.1.5震荡电路
晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振（电路图如图3-5）。
辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。
由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。
这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。
晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。
一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。
峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。
3.1.6芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所有其它芯片功能。
詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。
3.2显示单元部分
显示部分主要由40个贴片发光二极管和三个9013三极管组成。
3.2.1LED特性
导体发光二极管（LED）作为第三代半导体照明光源。
这种产品具有很多梦幻般优点：
（1）光效率高：
光谱几乎全部集中于可见光频率，效率可以达到80%-90%。
而光效差不多的白炽灯可见光效率仅为10%-20%。
则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。
（2）光线质量高：
由于光谱中没有紫外线和红外线，故没有热量，没有辐射，属于典型的绿色照明光源。
（3）能耗小：
单体功率一般在0.05-1w，通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要，浪费很少。
以其作为光源，在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/8-1/10。
胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。
（4）寿命长：
光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时。
一个半导体灯正常情况下可以使用50年，即使长命百岁的人，一生最多也就用2只灯。
鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。
（5）可靠耐用：
没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，非正常报废率很小，维护费用极为低廉。
（6）应用灵活：
体积小，可以平面封装，易开发成轻薄短小的产品，做成点、线、面各种形式的具体应用产品。
稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。
（7）安全：
单位工作电压大致在1.5-5v之间，工作电流在20-70mA之间。
（8）绿色环保：
废弃物可回收，没有污染，不像荧光灯一样含有汞成分。
（9）响应时间短：
适应频繁开关以及高频运作的场合。
3.2.29013三极管的特性及相关参数
C9013NPN三极管相关参数如下：
集电极-发射极电压25V集电极-基电压 45V
射极-基极电压5V集电极电流 0.5A陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。
耗散功率 0.625W贮存温TSTG-55-150℃
封装形式常见的为TO-92型
3.3测温部分
3.3.1测温模块
本设计的测温元件采用的是DS18B20测温元件,DS18B20是由DALLAS（达拉斯）公司生产的一种温度传感器。
超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20很受欢迎。
这是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。
DS18B20数字温度计提供9位（二进制）温度读数，指示器件的温度。
信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从单片机到DS18B20仅需一条线连接即可。
它可在1秒钟（典型值）内把温度变换成数字。
沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。
3.3.2DS18B20的主要特征有以下几点
●全数字温度转换及输出；
●先进的单总线数据通信；
●最高12位分辨率，精度可达土0.5℃；
●12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒；
●可选择寄生工作方式；
●检测温度范围为–55℃——+125℃；
●内置EEPROM，限温报警功能；
●64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接；
●多样封装形式，适应不同硬件系统。
DS18B20芯片有3个引脚:
GND为电压地直接接地；DQ为单
升级会员 