线阵LED图文显示装置分析方案.docx

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线阵LED图文显示装置分析方案

线阵LED图文显示装置报告

电子设计竞赛

南京信息工程大学电子设计大赛作品论文

11通信1班

王增瑞，尹杰，肖彬

2018/4/6

线阵LED图文显示装置报告

摘要

LED旋转显示器时基于视觉暂留原理，开发的一种旋转式LED显示屏。

本设计基于STC89C52RC单片机，通过直流电机带动旋转，在具有一定转速地载体上安装16个LED发光器件，各LED发光管等间距排位一条直线，随着旋转速度的加快，不断扫描出预设的文字，图案等。

针对传统LED显示屏视角单一、体积较大、需要的发光二极管数目较多等特点，利用电机带动LED显示阵列高速旋转实现环形显示，达到360全视角，在相同显示信息量上降低产品体积，减少对发光二极管的使用，设计一个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、价格低廉、结构简单的信息播放系统，即旋转LED显示屏。

实际制作的LED旋转显示屏技术参数的测试结果，以及实际的运行效果表明，本文设计和制作的旋转显示屏基本符合设计的基本要求，具有一定的创新性与实际应用价值。

设计关键词：

STC89C52RC单片机，视觉暂留，直流电机，旋转。

一、任务要求

1.基本要求

（1）制作一个由16只LED构成的线状点阵及其控制电路，安装于可旋转的平台上，在平台的中心设置一个按键，用于功能的切换，电机带动平台以合适速度旋转。

（2）开机时装置完成显示自检，能对点阵中16只LED逐个点亮，每只LED显示时间约为1秒，此时平台不旋转。

（3）以离按键最远的一个LED编号为16，离按键最近的一个LED编号为1，能通过按键切换，实现16个同心圆图形中的偶数序号同心圆顺序显示<由大到小）和奇数序号同心圆逆序<由小到大）显示。

每个同心圆图形均显示时间为0.5秒左右。

2.发挥部分

（1）通过按键切换，显示一个指针式秒表，该秒表以标志杆为起始标志，秒针随时间动态旋转，旋转一周的时长为60±1秒。

（2）其它。

二、总体方案设计

1．系统分析

本设计要求进行旋转LED显示屏的研究和设计。

系统以STC89C52RC系列单片机作为核心控制器件，通过控制电机保持一定的速度稳定旋转，带动单排LED旋转，形成扫描显示屏；单片机根据LED旋转的速度，控制LED发光或熄灭，在视觉上形成平面图形点阵的显示效果。

2．方案论证

①系统供电方案选择

我们采用固定电池供电。

即在电路板是直接附带一组干电池，为系统供电。

采用电池供电，使用时，将电池固定在电路板上适当的位置，既解决旋转时因重力引起的重心不稳，同时也省去制作的时间。

②驱动电机模块

方案一：

采用步进电机。

步进电机能够准确的定向，但是图像或者文字的分辨率受到步进电机的步进角度的限制。

并且步进电机以及控制电路成本较高，并且需要单片机控制，占用CPU的资源。

方案二：

采用普通的直流电机。

此方案，使用方便，成本较低，通过简单的改装，可以给系统供电。

综合各方面考虑，为了节省成本，简单系统电路，以及更方便的为系统供电，使系统能够长期工作，我们采用了直流电机。

3.方案设计

本文的设计是以STC89C52RC为核心，利用LED显示阵列搭建的点阵式旋转LED屏系统。

该系统主要由电机，控制电路，LED显示阵列三部分组成。

电机的作用就是带动电路部分进行旋转，这个部分的关键就在于电机的转速要均匀，这样才能保证图像在水平方向不会被局部伸展或者压缩。

为了使LED转速保持稳定，我们采用使用匀速的直流电机。

LED整列是旋转屏的显示主体，为LED显示控制电路的作用是将存储在芯片内图像或符号，在旋转位置感应信号的同步下，根据旋转的位置按列扫描显示在LED阵列上。

这部分是整个系统的核心。

4．系统总体方框图

单片机

STC89C52R

直流电机

系统框图

三、电路与程序设计

1系统硬件设计

1.1重心调节

重心调节是最困难的一个技术环节。

旋转的重心直接关系到系统的稳定的运行，以及安全性问题。

旋转的重心如果不在转轴上的话，在高速的旋转中，会产生剧烈的抖动，在巨大的离心力下，会使整个系统分解，产生安全隐患。

所以，重心调节是必须解决的问题。

下面介绍重心调节的方法。

首先是电路板的外观设置。

根据物理质心计算方法，可知道，均匀的圆盘的重心就在圆盘的中心。

但是，由于电子器件的封装，重量都是不同的，圆盘电路板的重心是不均匀分布的，比较难调节，故不采用这种方法。

根据杠杆原理，当支点两端的物体的质量与力距乘积相等时，杠杆就处于平衡。

因此我采用了长条方型的电路板结构。

2.1硬件设计

总设计原理图

2．软件设计

系统用C语言编程，程序主要由下列几部分组成

1主程序：

voidmain（>

{

LEDwater（>。

while（1>

{

ucharSystem_Mode。

if（key1==0>

System_Mode=1。

if（key2==0>

System_Mode=2。

switch（System_Mode>

{

case1:

flash（>。

break。

case2:

default:

break。

}

}

}

2流水灯：

LEDwater（>//流水灯

{

uinti,j。

P1=0xff。

P3=0xff。

while（1>

{

for（i=0。

i<8。

i++>

{

P1=table1[i]。

delay_50ms（20>。

}

P1=0xff。

for（j=0。

j<8。

j++>

{

P3=table1[j]。

delay_50ms（20>。

}

P3=0xff。

P1=0x00。

P3=0x00。

delay_50ms（20>。

P1=0xff。

P3=0xff。

break。

}

}

同心圆：

flash（>//功能1：

奇数偶数闪烁

{

uchari,j。

while（1>

{

for（i=0。

i<8。

i++>//偶数闪

{

P1=table1[i]。

delay_50ms（10>。

i++。

if（key1==0>

LEDwater（>。

}

P1=0xff。

for（j=0。

j<8。

j++>

{

P3=table1[j]。

delay_50ms（10>。

j++。

if（key1==0>

LEDwater（>。

}

P3=0xff。

for（i=0。

i<8。

i++>//奇数闪

{

P3=table2[i]。

delay_50ms（10>。

i++。

if（key1==0>

LEDwater（>。

}

P3=0xff。

for（j=0。

j<8。

j++>

{

P1=table2[j]。

delay_50ms（10>。

j++。

if（key1==0>

LEDwater（>。

}

P1=0xff。

for（i=0。

i<8。

i++>//奇数偶数一起闪

{

P1=table1[i]。

P3=table2[i]。

delay_50ms（10>。

i++。

if（key1==0>

LEDwater（>。

}

P1=0xff。

P3=0xff。

for（j=0。

j<8。

j++>

{

P3=table1[j]。

P1=table2[j]。

delay_50ms（10>。

j++。

if（key1==0>

LEDwater（>。

}

P3=0xff。

P1=0xff。

break。

}

}

五、系统测试

1．测试方案

分别对硬件，软件以及整个系统进行测试。

硬件以对元件焊接测试，整板测试，上电功能测试为主；软件主要对写好的程序进行仿真运行；做好软硬件的测试后，整机调试时非常重要的，要进行不断的调试，让软件和硬件完美的结合，这样才能达到预期的效果。

2．调试环境

硬件：

（万用表、pc机、直流电源>

软件：

3．测试结果

设计显示出了预想的结果，基本达到了要求。

4．测试结果分析

从测试数据分析可知，系统电路设计基本满足功能要求，能顺利实现基础部分的要求。

由于电机驱动的结构设计还不是很理想，所以运行时，会导致成品的晃动，但还是完成了预期的效果。

六、总结与展望

本论文以单排LED显示字幕、图案为研究对象，通过对单片机，16个单排LED灯，电机的结合运用，在此基础上提出了硬件和软件设计方案，总结前面几章的论述，本文得出部分硬件、软件理论原理和具体的控制方案，具体结论如下：

1、通过利用高速旋转电机带动一排LED灯旋转，通过单片机控制LED灯的闪烁时间和频率以呈现一幅完整的画面，如显示同心圆；

2、单片机从价格、处理速度，选择STC89C52单片机既可以保证控制精度，又能使设计大大简化；

3、考虑到价格和电源方面的因素，此设计运用了以直流电机来带动LED旋转，并能获得较佳的效果；

4、考虑到美观和阻力因素，此设计运用LED，用干电池为LED供电，从中降低了硬件设计难度，且成本也不高。

5、旋转LED动态显示屏已制作完成，在实际运行中可能还会出现许多未曾考虑到的问题，有待于进一步的完善具体来说进一步的工作主要有：

优化软件流程，加快执行速度；

增加对多屏的控制；

优化硬件结构，最大限度降低制作成本和运行阻力。

附言：

在这次电子设计大赛的过程中，我们团结协作，受益匪浅。

在这个过程中，我们组也历尽坎坷。

最初，我们在软件仿真中很快就把其基本功能实现了，基本功能的程序也已编好。

然后，就到买器材的时间了，由于是第一次参加电子设计大赛，所以对这一切都不熟，在距离上交作品还有一周时我们组去买器材，那是周日，我们早上很早就去电子市场买器材<由于当时有等级考试及其他许多事，所以才等到周日），结果人家周日休息，我们白跑一趟。

大家忍着无奈，疲惫的返回学校继续完善设计。

第二天，周一，我们抽下午没课的空再次赶到电子市场，终于买到了器材。

为了容易开到发票，所以全部器材都在一家买的，导致最后我们发现自己的电机比别人小很多，我们担心它最终会转不起来。

但时间已经很紧了，而且我们也没时间再去买器材了，所以就用了那个小的。

作品6号要交，我们的电路终于在4号晚上焊的差不多了。

5号我们测试，发现LED灯一个都不亮，我们都很紧张，也很不解。

紧张是因为作品马上就要上交了，而不解是因为我们在电路的焊接过程中一直很小心，电路应该没问题。

就这样，我们一直在找原因。

转眼间就到6号中午了，我们还没找到问题出在哪，晚上就要交了，我们还没有头绪，大家都很失落。

到了这个时候，我们就先去图书馆把这些天借的书还了，顺便活动一下思路，放松一下心情。

从图书馆出来，说实话，我们都有些灰心了，但是我们不甘心，我们不想这么多天的辛苦和努力白费，于是我们又返回实验室重新焊电路，把器件从原来的电路板上熔下来，再焊到新的板子上。

从14:

30开始我们开始赶制。

功夫不负有心人，终于把控制电路焊好了，我们看到了希望。

LED灯一开始有几个不亮，经检查，有三个是由于焊接处接触不良造成的，有一个是因为灯是坏的。

我们马上换灯补焊，16个LED灯终于可以全部亮起来了。

我们激动，因为灯亮了就有希望了。

接下来，我们把其他部件一一加了上去，由于时间不够了，复位电路我们就没有再焊上去。

在这个过程中，每加一个部件灯的闪烁就会出现异常，我们很不安，生怕完成不了。

但最终，问题一一被解决。

其中，晶振电路有点接触不良，所以LED灯闪烁不稳定，这个毛病最终被我们找到了。

最后我们把那个很小的电机粘了上去，发现电路可以旋转，基础部分总算是完成了。

我们还想调试时钟电路，但发现已经20:

30了，来不及了，于是我们把电路的接线处处理了一下，然后我们又赶回宿舍拿发票及封装盒。

虽然累得喘不过气，但我们最终在截止时间前上交了我们的作品。

看着我们辛苦了这么久总算是有了结果，不管结果如何，我们已经尽了最大努力，在这个过程中我们学到好多，分工明确，团队合作是十分重要的，此外，从一开始对单片机一无所知到最终做出自己的作品，我们对C语言的编程控制有了更加深入的理解，体会到了它的强大。

对单片机最小系统有了体会。

我们终于明白实际中做一个作品还是很不容易的事。

我们这个编程还不算困难，如果真正做一个大的工程，需要考虑的事是很多的，同时，这也激发了我们继续深入研究的兴趣。