基于单片机的旋转时钟设计.docx
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基于单片机的旋转时钟设计
学士学位毕业设计（论文）
基于单片机的旋转时钟设计
学生姓名：
王小明
指导教师：
韩老师
所在学院：
信息技术学院
专业：
电气工程及其自动化
Xxxxxxx大学
中国·xx
2011年5月
Xxxxxxx大学
本科毕业设计（论文）任务书
学生姓名
王小明
所在班级
电气2007级（3）班
导师姓名
韩老师
导师职称
副教授
论文题目
Ö
基于单片机的旋转时钟设计
题目
分类
Ö
1．应用与非应用类：
〇工程〇科研〇教学建设〇理论分析〇模拟
2．软件与软硬结合类：
〇软件〇硬件〇软硬结合〇非软硬件
（1、2类中必须各选一项适合自己题目的类型在〇内打√）
主要研究内容及指标：
在稳定旋转地载体上安装20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，不断扫描出预设的时间，文字，图案等。
主要参考文献：
[1]Fanyang,GuopingLi,HuipengLi.Design&DevelopmentOfARemoteTemperatureMonitorSystemsOfWebUsingVirtualInstruments.advancesincomputer,information,andsystemssciencesandengineering.2006
[2]张迎新等.单片机初级教程——单片机基础.北京：
北京航空航天大学出版社.2006
[3]周坚.单片机C语言轻松入门.北京：
北京航空航天大学出版社.2006
[4]周兴华.手把手教你学单片机C语言程序设计.北京：
北京航天航空大学出版社.2007
阶段规划：
2010年12月20日——2011年1月20日温习单片机的理论知识
2011年1月21日——2011年2月22日温习单片机编程理论知识
2011年2月23日——2011年3月12日温习ProtelDXP基础理论
2011年3月13日——2011年3月19日购买电子元件
2011年3月20日——2011年4月25日PCB设计硬件焊接及软件编程
2011年4月26日——2011年5月15日整理论文准备答辩
开题时间
2010年12月20日
完成论文时间
2011年5月21日
专家审定意见：
系主任签字：
2010年12月13日
注：
1．任务书由指导教师填写后交给学生，要求学生妥善保存。
2．此任务书夹于论文扉页与论文一并装订，作为论文评分依据之。
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20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，不断扫描出预设的时间，文字，图案等。
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，但可以通过无限供电方式供直流电机使用。
采用时钟芯片DS1302以及电池能准确显示时、分、秒。
关键词：
视觉暂留单片机时钟芯片无线供电
ABSTRACT
Basedonthepersistenceofvisionprinciple,developedarotatingLEDdisplay.VectorrotationinastablewaytoinstallaLEDlight-emittingdevice,staticwhenglibenclamideLEDrowsequallyspacedpoints,withthescanratespeedsup,thecomputersoftwareunderthecontrolofprecisetiming,andconstantlyscanthedefaulttext,patternsandsoon.Packedinmotorsinhigh-speedcircuitalways,wecan'tusetheusualwaytogivemotorpowersupply,butcanthroughtheinfinitepowersupplymodefordcmotorusing.UsingclockchipDS1302andbatterycanaccuratelyshows,minutesandseconds.
Keywords:
PersistenceofVisionMCUClockchipWirelesspowersupply
前言
基于单片机原理的旋转时钟是一种实用性很高的新型时钟。
它利用了视觉暂留原理。
显示方式上采用平衡式的两排LED，这除了在旋转时能较好的保持平衡外，主要能利用两边交替显示方式，比单排要快一倍。
用LED灯排成一列，取中间一点为圆心，使LED灯围绕圆心旋转，最外侧的发光二极管显示时间刻度，当时针在12点时我们假设角度为0º，则每个小时时针之间的角度为360º/12=30º.于是当这一列发光二极管每旋转30º，最外侧的发光二极管就点亮一个瞬间一呈现时间刻度。
这样，如果在0.1s内这列发光二极管能旋转完一圈，则人眼就会产生错觉，而把先后产生的时间刻度连成12个完整的时间刻度。
电机带动一系列发光二极管绕轴旋转，单片机控制发光二极管在旋转过程中的相应位置上点亮以指示时时钟和文字，与此同时，单片机内部进行时钟的计时操作，以控制旋转时钟显示正确的走时。
此设计首先由一位外国人设计，近几年在国内随着感兴趣的人渐渐增多，许多类似的产品，如摇摇棒，也逐渐被大家所了解。
这里就详细介绍一下旋转时钟这一设计的具体内容。
1基本组成及原理
旋转时钟制作所需主要材料：
电动机，发光二极管，时间寄存器（DS1302），单片机（STC89C52），红外发射管，红外接收头，电池。
旋转时钟主要有两部分组成：
电机部分和单片机控制发光二极管显示部分。
1.1电机部分
1.1.1无线供电电路
由于装在电机上的电路始终在高速旋转，无法使用通常的方法来给电机供电，但可以通过无限供电方式供直流电机使用。
在这里此设计采用了一个小小的无线电路供电的电路板。
它的原理图如下图1：
图1无线供电原理图
图中左侧为电机启动部分，右侧为一个振荡电路，通电后振荡电路通路，大线圈上有交变电流，使磁环产生磁场，实现无线供电原理。
1.1.2电源模块
任何电路都离不开电源部分，单片机也不例外，而且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。
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2所示。
220V
50Hz
图2稳压电路组成框图
在此设计中使用了100-240转6V直流稳压电源来进行电压调控。
1.2单片机控制发光二极管显示部分
1.2.1单片机控制部分
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
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。
ISP
P0
P1
P2
P3
图3系统功能
早期的单片机都是8位或4位的。
其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评,其系统功能如图3。
此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。
基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。
随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。
90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。
随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。
而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。
当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。
而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
STC公司的单片机主要是基于8051内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快8~12倍,带ADC，4路PWM，双串口，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰强。
它的编程原理如图4所示。
有无
图4STC单片机编程原理说明
STC单片机的优点:
超强抗干扰:
1、高抗静电（ESD保护）
2、轻松过2KV/4KV快速脉冲干扰（EFT测试）
3、宽电压,不怕电源抖动
4、宽温度范围,-40℃~85℃
5、I/O口经过特殊处理
6、单片机内部的电源供电系统经过特殊处理
7、单片机内部的时钟电路经过特殊处理
8、单片机内部的复位电路经过特殊处理
9、单片机内部的看门狗电路经过特殊处理
三大降低单片机时钟对外部电磁辐射的措施:
1、禁止ALE输出；
2、如选6时钟/机器周期,外部时钟频率可降一半；
3、单片机时钟振荡器增益可设为1/2Gain.
超低功耗:
1、掉电模式:
典型功耗<0.1μA
2、空闲模式:
典型功耗2mA
3、正常工作模式:
典型功耗4mA-7mA
4、掉电模式可由外部中断唤醒,适用于电池
STC89C52单片机中包含中央处理器（CPU），程序存储器（Flash），数据存储器（SRAM），定时/计数器，UART串口，I/O接口，EEPROM，看门狗等模块。
此类单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。
图5STC89C52管脚图
本设计采用的是STC89C52单片机，其管脚图如图5所示，此系列单片机有很多种，本设计选用的是贴片PQFP。
其管脚图如图6所示。
图6PQFP管脚图
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。
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
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