基于51单片机的旋转LED点阵显示屏设计与实现毕业设计论文 精品.docx

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基于51单片机的旋转LED点阵显示屏设计与实现

摘要

本设计是一个旋转式LED显示屏，它利用了视觉暂留原理，以51单片机为核心控制器件。

LED模块安装在稳定旋转地载体上，静止时，各列发光二极管等间距排列。

当显示模块随着旋转体速度的加快并最终稳定下来后，在程序精确的控制下，由于视觉暂留效应，人眼就能够看到显现出预设的文字，字符等。

红外收发二极管的作用是，当接收二极管随旋转显示屏转到发射二极管，两者对接时完成信号收发，引起单片机外部中断，单片机控制程序初始化。

因装在电机上的控制电路始终在高速旋转，所以不方便使用电刷供电方法来给控制系统和显示模块供电。

这里采用通过高频线圈耦合（等同于变压器初次线圈耦合）供电。

次级线圈耦合得到的是交流电，还需通过整流二极管整流成直流电，供旋转模块使用。

关键词：

视觉暂留，直流电机，无线耦合输电，红外触发

THEDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFROTATIONLEDDOTMATRIXDISPLAYSCREENBASEDON51MCU

ABSTRACT

ThedesignisarotatingLEDscreenbasedontheC51MCUcontrollingandthevisualpersistenceprinciple.Installing16LED（light-emittingdevice）onarotatingsteadilydevice,eachrowoflight-emittingdevicesspacingarelinedup,alongwiththerotationspeedandfinallystabilizedinthecontrolofthemicrocontrollerprogram,accurate,continuousrotationshowsthetext,characters,etc,whichisdesignedinadvance.

Thefunctionofainfrareddiodeisthatwhenthereceivingdiodewiththedisplayscreenrotatingtotheemittingdiode,theprocessofsignal’sreceivingandtransmittingiscompleted.TherewillbeainterruptleadingtoSCMcontrollabledisplayprogrambeingrestoredtoitsoriginalstate.

Thoughthemaincontrollingcircuitonthemotorisrotatingatahighspeed,it’snotconvenientwiththebrushcontacttosupplypowertocontrolsystemanddisplaymodule.Itcanbedonebyhigh-frequencycoilcoupling（justlikethetransformerprimarycoilcoupling）tosupplypower.Thoughthecurrentgotbysecondarycouplingcoilisalternatingcurrent,itneedtoberectifiertobeDCbyarectifierdiode,usedbyrotarymodule.

KEYWORDS:

persistenceofvision,DCmotor,wirelesstransmission,infraredtrigger

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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指导教师签名：

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使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

目　录

前　言

该设计课题使我们能够掌握LED显示屏的基本显示原理和设计方法，对LED显示屏这个行业能有较为深刻的了解和认识。

并且对大学期间所学习的一些理论进行了实践，使我们对所学过的理论知识有了新的认识。

在本文所设计的旋转LED显示屏以STC89C51单片机为核心，最大限度的利用单片机的资源，实现显示功能。

利用视觉暂留效应，设计一种旋转式LED显示屏在稳定旋转的载体上安装多个发光二极管。

静止时，各个发光二极管等间距排布。

当红外二极管收发器旋转到相对应位置，接收二极管电平变化，初始化显示。

通过低压直流电来驱动电机，使加载在直流电机上的设计电路达到匀速稳定旋转的效果，通过C语言程序在高速旋转中控制单片机相应引脚电平高低，来实现发光二极管在旋转中显示文字字符的效果。

其目前社会生活中应用领域主要在证券交易、银行等金融营业点信息显示，工业、道路交通安全信息显示和导引标志、舞台场景灯光的营造，机场航班、港口、车站旅客引动态信息显示、体育赛事场馆信息显示、指挥调度中心信息显示，餐饮业、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示、广告媒体宣传产品、大型户外LED屏展览、租赁、集会等各种场合。

而现如今，LED产业从全球分工来看，中国台湾已成为全球LED重要的生产基地，而美国、日本、欧盟在LED上游外延片、芯片生产上仍拥有巨大的技术优势，。

全球已形成了以日、美、德为龙头产业，中国台湾、韩国紧跟其后，中国大陆、马来西亚等国家和地区积极跟进的态势。

目前中国国内庞大的需求应用给LED下游厂商创造了巨大的发展机会，这为我国LED产业的发展提供了良好的机遇[1]。

未来LED产业会向着标准化、规范化，产品结构多样化的方向发展[2]。

所以，通过该课题设计，学习和熟悉51单片机的的软硬件开发工具的

使用方法和实际问题的解决能力，激发创新意识，活跃思维能力，为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。

其中所需要学习和研究的主要内容如下：

（1）以单片机为控制核心的控制应用，以及外围软硬件扩展兼容要求；

（2）红外收发器模块的触发工作原理；

（3）无线供电模块原理，旋转模块的控制；

（4）人眼视觉停留的参数；

（5）各模块电路功能结果的仿真；

本文分为四章，详细说明了LED旋转屏的原理、设计方法、以及设计流程。

第1章主要介绍系统总体设计方案及可行性论证。

第2章对系统硬件设计方案作了论证，介绍了对主控芯片和各块电路基本设计思路。

第3章详细介绍了系统的开发平台，系统要实现的主要功能，软件仿真程序设计及结果。

第4章对硬件焊接检查，程序下载实物演示，硬件和软件程序调试中遇到的问题作了说明，并对各功能进行了测试和分析。

第1章方案论证与选择

1.1系统总方案

由于旋转LED显示屏高速旋转，所以对硬件的质量要求非常的高。

为方便检修和维护，在硬件电路设计时通常采用模块化的设计方法。

硬件的设计这里采用模块化设计，要同时兼满足模块本身功能和系统兼容。

如图1-1所示，根据设计要求的功能特点确定系统总体要由通信系统，控制部分，显示部分三部分组成。

单片机通过通信模块下载得到的控制指令和显示内容代码，执行显示指令并将显示代码处理后控制显示部分的显示内容和显示方式[3]。

图1-1系统硬件组成框图

1.1.1主控制部分

控制部分是整个系统的核心部分，其功能为发送数据和控制指令处理后控制显示部分显示内容。

这里用的电子设计方法是采用单片机。

单片机总体概括性的说是集成了CPU，ROM，RAM和I/O口的微型计算机。

它有很强的接口性能，非常适合于工业控制,因此又叫微控制器（MCU）。

单片机品种齐全,型号多样CPU从8，16，32到64位，多数采用精简指令集（RISC）技术，有非常丰富片上I/O；有的单片机还集成有A/D，Whatdog，显示驱动，函数发生器，键盘控制等。

它们的价格也高低不等，这样极大地满足了开发者的选择自由。

这在便携式产品中大有用武之地[4]。

1.1.2通信模块

通信部分的最重要的设计要求就是要满足快速简单、稳定、易实现。

PC机数据传输一般采用的方式是串行通信和并行通信。

1.串行通信

串行通信数据是一位一位顺序传送，只用很少几根通信线，串行传送的速度低，但传送的距离长，因此串行适用于长距离而速度要求不高的场合。

在串行发送时，数据是一位一位按顺序进行的，而计算机内部的数据的传递和处理是并行的。

因此，当计算机接受数据时，必须将串行数据转换为并行数据。

反之，又必须将计算机中并行数据转换为串行数据输出。

这种转换可以用软硬件来实现。

但由软件实现会增加CPU负担，会降低其利用率，故目前常采用硬件实现。

通用异步接收/发送器，简称UART（UniversalAsynchromousReceeiver/Trabsnitter），是一种硬件电路。

在单片机芯片中，UART已经集成在其中，作为其组成部分，构成一个串行口[5]。

2.并行通信

并行通信，数据的各个位可以字或字节为单位并行同时进行传送。

并行通信最大特点是速度快，但其需要的通信线多、各位收发同步协调要求高，成本高，故适合远距离通信。

由于课题任务要求是基于51单片机的开发方式，单片机内已经集成UART，在此选择串行通信方式。

1.1.3LED显示屏方案

由于人眼具有视觉暂留的特性，当以一定速率刷新平面画面时，我们就可以看到连续的图像，阴极管显示屏采用的就是逐点扫射方式，每秒钟至少要刷新画面25帧的情况下,在人眼中才是一幅流畅的图像了。

传统的LED点阵显示屏逐行扫描循环点亮，当刷新速率足够大时，看到的即是一整幅稳定的画面。

它的原理示意如图1-2所示，其中（f）为人眼看到的由（