基于STC89C52的旋转LED设计.docx

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基于STC89C52的旋转LED设计

毕业论文（设计）

中文题目：

基于STC89C52的旋转LED设计

英文题目：

TheDesignofRotaryLEDBasedonSTC89C52

专业班级09电子信息工程1班

提交日期2013年5月15日

摘要

随着现代科技的发展，LED显示屏因其具有功耗低，寿命长，亮度高，色彩好，坚固耐用等特点,已被广泛应用于各种各样的场所，而旋转LED因其更加炫目的视觉效果而备受青睐。

本设计基于STC89C52单片机，给出了一种新型的柱式旋转LED，可视范围达到了360度，从而最大限度地减小了LED发布信息时的所受到的空间限制。

为避免电机因工作时间过长导致温度过高而烧坏，对电机进行温度检测及过热报警提示，从而延长电机的使用寿命。

关键词

LEDSTC89C52单片机温度检测

TheDesignofRotaryLEDBasedonSTC89C52

Abstract

Withthedevelopmentofmodernscienceandtechnology,LEDdisplayscreenhasbeenwidelyusedinavarietyofplacesbecauseofitslowpowerconsumption,longlife,highbrightness,goodcolor,durabilityandothercharacteristics,rotaryLEDisfavoredbecauseofitsmoredazzlingvisualeffects.ThedesignisbasedonSTC89C52microcontroller,thedesigngivesusanew-stylerotaryLEDwhichiscylindrical,thevisualrangeof360degrees,TherebyminimizingtheLEDLiveChatbyspacelimitations.Causedduetolongworkinghoursinordertoavoidmotortemperatureistoohighandburnoutthemotortemperaturedetectionandoverheatalarm,thusextendingtheusedlifeofthemotor.

Keywords

LEDSTC89C52microcontrollerTemperaturedetection

1绪论

1.1LED的研究背景及研究意义

近年来，随着微电子技术、自动化技术、计算机技术的迅速发展，半导体制作工艺日趋成熟，导致LED显示尺寸越来越小，解析度越来越高。

而可将显示光的三基色（红、绿、蓝）集成化一体达到全彩效果，使得发光二极管（LED）作为显示器件的应用范围日益扩大。

随着高亮度发光二极管（LED）技术的发展，LED显示屏从室内走到室外，其显示内容也从没有层次的计算文字动画发展到能显示有层次的电视图像。

屏幕显示技术由早期传统的白炽灯经历了阴极射线管和石英管的阶段，到现在的LED全彩色显示屏，有了长足的发展。

目前技术条件下，与传统的显示媒介相比，LED显示出了众多的优点，有以下特点：

一是寿命超长，业内公认的平均值达10万小时，可期望目标将会达到25万小时；二是色彩丰富，LED已经实现了多个波长的单基色，有红、琥珀黄、黄、绿、蓝等，基本满足了应用领域对LED色彩的要求，随着更多新材料的开发，还会实现更多的基色及至全彩色；三，稳定可靠，在LED的寿命期内，LED差不多都能稳定的工作，维护工作量极小；四，电气安全性高，LED一般工作在低电压（6-24V）、小电流（10-20mA）情况下，属弱电级工作器件，有较好的电气安全性能；五，节能环保效率高，在同等亮度下，LED的耗电仅为普通白炽灯的1/10，而且不存在有害金属汞污染等问题，符合社会发展趋势；六，应用灵活性好，LED可进行低压供电，也可110V/220V电源供电，加上单粒LED的体积小（芯片更小），只用3-5平方毫米，大大方便了工程应用；七，受控制能力强，现有的技术已经可以实现LED的亮度、灰度、动态显示，分布控制等，是其它发光装置无可比拟的；八，抗震性能优越，LED的坚固、耐震、耐冲击性能，超过了目前所有其它类型的电光源产品；九，响应速度快，LED的响应速度在毫秒级，可以自如有效地应用于显示屏、汽车刹车灯、相机闪光灯等；十，显色性能良好。

我国经济发展迅猛，对信息传播有越来越高的要求。

可以相信，LED电子显示屏以其优越的性能将在社会经济发展中扮演越来越重要的角色。

特别是进入20世纪以来，显示技术作为人机联系和信息展示的窗口已应用于社会生活的各个方面。

目前己经开发和应用的各类显示设备有:

液晶显示器、等离子体显示器、场发射显示器、真空荧光显示器、发光二极管（LED）等等，其中，LED作为一种新型的显示设备，从一问世，就引起了世人的极大关注并广泛应用于金融市场、医院、体育场馆、机场、码头、车站、高速公路等公共场所的信息显示和广告宣传。

现代信息社会中，作为人机信息视觉传播媒体的显示技术得到迅速发展，进入二十一世纪后，显示技术已是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展。

1.2LED简介

LED（LightEmittingDiode），发光二极管，简称LED,，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极使整个晶片被环氧树脂封装起来。

半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。

但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。

当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。

而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体。

LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的电子显示屏幕。

1.3柱式旋转LED简介及应用

现在的LED显示屏的发光器件主要采用LED平板模块，室内显示屏主要采用16行循环扫描的方法，即每16行为一个单元，在每一帧中,逐次每行亮十六分之一秒的时间，由于帧频一般大于60Hz，我们并不觉察到扫描，而认为是一幅稳定的图像。

这种类型的显示屏有两个问题有待改进：

第一、显示屏整个面积全由LED模块组成，器件数量多，成本高；第二、由于显示屏是一个平面，而且LED象素点有一定视角限制，使显示屏的可视范围被局限到正面某个范围之内，在应用中使显示屏的信息发布受到了空间的限制。

新型的旋转柱式显示屏，克服了以上两个不足，以机械转动扫描方式代替逐行扫描，成本大大降低，可视范围做到了360度。

由于人眼具有视觉暂留的特性，当画面以一定速率刷新时，我们看到的就是连续的图像，传统LED显示屏一般采用1/16扫描，16行进行逐行循环点亮，由于刷新速率足够大，看到的也是一幅稳定的画面。

它的原理示意如图1-1所示，其中（a）（b）（c）（d）（e）分别是不同时刻的显示状态，（f）为人眼看到的完整画面“3”。

在这种LED显示屏中，采用的是逐行换位下移点亮器件的扫描方式，每一行都必须有LED显示器件，这就使显示屏的成本偏大。

图1-1传统LED显示屏的显示原理图

旋转扫描方式显示器只有一列，由电机带动它进行旋转，运行到某一位置时就显示该位置的状态，到下一位置后又显示下一位置的状态，即一列显示器件要完成全部图像的显示，扫描过程由机械转动更换位置来实现。

其显示原理如图1-2所示。

图中a）b）c）是不同时刻的显示状态，d）是人眼看到的完整画面“3”。

图1-2柱式旋转LED显示屏的显示原理图

由于旋转扫描成像不是平面，而是一个柱面，所以称之为柱式旋转显示屏，其观看视角是360度，柱式旋转LED显示屏是一种新颖的显示屏，总的来看，成本低是一大优点，如果能较好的解决显示亮度问题，可应用于室外，尤其是在广告塔、楼顶等一些场合用于广告宣传，是LED显示屏的一个新品种与发展的新方向。

目前，旋转LED广告牌已逐渐应用于很多行业，它为企业做信息商品的宣传做出了巨大贡献，一般旋转LED广告牌都会立放在无遮挡物且人流集中的地方，会起到很好的宣传作用。

2系统整体设计方案

2.1设计要求

本设计研究：

如何用保持一定速度稳定旋转的电机，带动单排LED旋转，形成柱式扫描显示屏，通过控制LED发光或熄灭，利用人眼的暂留效应，在视觉上形成文字的显示效果，同时保证显示内容的逼真性。

本设计的目标为柱式旋转LED显示屏持续滚动显示汉字内容“中国人寿保险公司，用心经营，诚信服务，成己为人，成人达己”。

另外，对电机进行实时温度监控，具体内容包括：

给电机添加散热风扇，当电机温度达到某个值时风扇启动，对电机进行温度测量及过热报警提示，避免电机因工作时间过长导致温度过高而烧坏，保证旋转LED连续工作时电机的安全性，从而达到延长电机的使用寿命的目的。

2.2系统整体结构框图

本设计由旋转LED显示部分及温度监控部分两部分所组成。

每部分各自以一个STC89C52单片机为核心控制器件，即总共使用了两块STC89C52单片机。

LED显示部分为柱式旋转LED显示屏，这部分中使用了无线供电模块供电；温度监控部分使用数字温度传感器DS18B20采集电机温度，并在LCD1602实时显示，当电机温度超过29度时启动散热风扇，电机温度超过36度时蜂鸣器及LED灯报警。

结构框图如图2-1，

图2-1系统整体结构框图

3系统硬件设计

3.1STC89C52单片机主控模块

3.1.1STC89C52芯片介绍

MCS-51系列单片机是目前国内应用最广泛的单片机之一。

随着基于MCS-51系列单片机的嵌入式实时操作系统的出现与推广，在很长一段时间内，MCS-51系列单片机仍将占据嵌入式系统产品中的中、低端产品市场。

故而，在本设计汇中使用宏晶公司生产的8位单片机——STC89C52作为控制器件。

STC89C52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。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52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。

STC89C52具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置2KBEEPROM，MAX810复位电路，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。

另外STC89C52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。

最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

单片机STC89C52各引脚定义如图3-1所示，

图3-1STC89C52引脚图

3.1.2复位电路

为确保单片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。

一般单片机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～