搖搖棒課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要.............................................1</p><p>　　引言........................................2</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案......................

2、..........2</p><p>　　1.設(shè)計(jì)思路...................................2</p><p>　　2.模塊方案的論證與比較.......................2</p><p>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)..................................3</p><p>

3、　　總體設(shè)計(jì)..................................3</p><p>　　單元電路設(shè)計(jì)..............................4</p><p>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)................................5</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)思路............................

4、...5</p><p>　　系統(tǒng)流程圖.................................6</p><p>　　軟件實(shí)現(xiàn)功能的完善.........................6</p><p>　　結(jié)論........................................7</p><p>　　參考文獻(xiàn)...

5、......................................8</p><p>　　附錄.............................................8</p><p>　　附錄一 元器件明細(xì)表.........................8</p><p>　　附錄二 系統(tǒng)程序..................

6、...........9</p><p>　　附錄三 電路圖...............................12</p><p><b>　　一、引言</b></p><p>　　LED顯示棒，又稱搖搖棒，是一種利用視覺暫留效應(yīng)制作的“高科技”玩具?？梢杂谩办o如處子，動(dòng)如脫兔”來形容它，即當(dāng)靜止時(shí)，它只是幾個(gè)LED發(fā)光二極管（后

7、簡稱LED） ，而一旦按照一定的頻率去搖晃它，它就會(huì)隨著位置的變化而變化（亮或滅），最終顯示一幅圖片或字符串。</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求制作完成一個(gè)LED的顯示棒。要求LED燈線狀排列，通過搖動(dòng)時(shí)形成的亮燈扇形區(qū)域能夠分辨出如：“電”、“A”、五環(huán)之類的漢字或圖案且可以使用按鍵對(duì)顯示內(nèi)容進(jìn)行切換。</p><p><b>　　二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</b></p

8、><p><b>　　1.設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)一個(gè)LED顯示棒，且需要有按鍵進(jìn)行內(nèi)容切換，它主要是由中央控制部分、LED驅(qū)動(dòng)部分、LED顯示部分以及電源部分組成，如圖1所示： </p><p>　　圖1：LED顯示棒系統(tǒng)框圖</p><p>　　單片機(jī)將提取的字模進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)接收到按鍵輸入的指

9、令時(shí)單片機(jī)就將相應(yīng)的字模代碼通過I/O口輸出，使LED點(diǎn)亮，利用視覺暫留原理最終使圖案完整的顯示在擺動(dòng)的顯示屏中。</p><p>　　本題的難點(diǎn)在于送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔以及較長畫面或文字的完整顯示。以下將對(duì)各模塊的方案進(jìn)行論證與比較：</p><p>　　2.模塊方案的論證與比較</p><p>　　2.1 LED燈的選擇</p><p>　

10、　方案一：傳統(tǒng)LED發(fā)光二極管。顏色多樣，在可以同樣顯示圖案的前提下使用它更為經(jīng)濟(jì)，但是顏色較為黯淡，不鮮亮。</p><p>　　方案二：高亮LED發(fā)光二極管。正如其名，它的亮度比傳統(tǒng)二極管要亮，而且同樣也有很多顏色，但是高亮LED的工作電流也要大于傳統(tǒng)二極管。</p><p>　　為了使顯示的圖案清晰、明了，我們選擇方案二，經(jīng)過比較，使用綠色5mm的LED使得顯示畫面更為明顯、突出，使

11、用3節(jié)1.5V電池為其供電，提供足夠的電流。</p><p>　　2.2 外部中斷信號(hào)產(chǎn)生方式</p><p>　　通過外部中斷可以控制數(shù)據(jù)開始傳輸?shù)臅r(shí)刻。選擇好外部中斷來源是本次制作的難點(diǎn)及重點(diǎn)。</p><p>　　方案一：使用慣性開關(guān)如水銀開關(guān)。通過搖晃使得慣性開關(guān)的擺桿與焊接的左右兩個(gè)觸點(diǎn)接觸，利用這種接觸產(chǎn)生的電平變化來觸發(fā)中斷，結(jié)合軟件控制顯示，制作簡單

12、，使用方便。</p><p>　　方案二：使用光遮斷器。在棒上裝一個(gè)可以擺動(dòng)的用來遮擋光遮斷器光線的細(xì)桿，細(xì)桿每左右擺動(dòng)一次這個(gè)桿就會(huì)通過一次光遮斷器，發(fā)生電平變化。同樣通過這種電平變化，結(jié)合軟件控制顯示。 </p><p>　　本次設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的中斷是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的單程傳輸。如果使用光遮斷器，其觸發(fā)單片機(jī)的時(shí)刻處于正中間，不能解決畫面因?yàn)榉祷嘏c原來圖片重疊的現(xiàn)象。而使用慣性開關(guān)，因?yàn)樵谧笥?/p>

13、都有觸點(diǎn)，所以很容易的在往返途中產(chǎn)生兩次中斷，方便指令控制，所以選擇使用方案一。</p><p>　　2.3 抗重影方案的選擇</p><p>　　方案一：使用外部中斷控制數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻。外部中斷信號(hào)由慣性開關(guān)產(chǎn)生，觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。慣性開關(guān)左右兩邊的觸點(diǎn)分別與單片機(jī)兩個(gè)外部中斷接口相連，默認(rèn)為高電平，搖動(dòng)的擺桿接地。慣性開關(guān)處于不同位置進(jìn)入不同的中斷，從而決定何時(shí)送數(shù)據(jù)。該方案簡單易行

14、，可以保證數(shù)據(jù)是單程傳輸?shù)模苊饬酥赜?。不搖動(dòng)時(shí)把慣性開關(guān)處在左邊就可以使LED棒熄滅，可以達(dá)到省電的效果。 </p><p>　　方案二：使用定時(shí)器與外部中斷。當(dāng)我們?cè)跀[動(dòng)手臂的時(shí)候，短時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)位置和左右幅度不會(huì)有太大變化，利用我們手臂的這個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只要能得到棒從一側(cè)擺動(dòng)到另一側(cè)的時(shí)間，然后把這個(gè)時(shí)間分成N份，在每一份的時(shí)間里顯示不同的花樣就能實(shí)現(xiàn)圖形的顯示。設(shè)計(jì)中搖動(dòng)的擺子與左右兩個(gè)觸點(diǎn)接觸各一次的時(shí)間可

15、以通過外部中斷和定時(shí)器計(jì)算出來，然后用單片機(jī)的另一個(gè)定時(shí)器T1，其定時(shí)時(shí)間是T0 的N 分之一，每次中斷依次顯示一列，就可以得到預(yù)期顯示的圖案了。該方法可以控制搖動(dòng)頻率低的時(shí)候不顯示圖形。但程序的穩(wěn)定性不高，圖形之間的間隔不易確定，只要電源開關(guān)開著LED始終是點(diǎn)亮的。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)要求顯示的字符長度較短，使用方案一中的外部中斷方法只要控制好延時(shí)就可以達(dá)到完整顯示圖案的目的，而且方案一中只使用了外部

16、中斷，它所占用的內(nèi)存比方案二中既使用外部中斷又使用兩個(gè)定時(shí)器所占用的單片機(jī)資源要少，所以選擇使用方案一。</p><p><b>　　三、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　經(jīng)過分析論證，我們決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案，流程圖如下：</p><p

17、>　　圖2：LED顯示棒系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　整套系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)，使用16只LED燈作為顯示屏，其中前24只直接與單片機(jī)I/O口相連，后8只由一個(gè)74HC595控制。當(dāng)慣性開關(guān)觸發(fā)中斷T1時(shí)，單片機(jī)向32只LED傳送數(shù)據(jù)，依據(jù)人體的視覺暫留原理，隨著顯示棒的擺動(dòng)前進(jìn)，輸出數(shù)據(jù)的列也不會(huì)立刻消失而是隨著擺動(dòng)逐漸顯示在了形成的扇形區(qū)域。（整體電路圖見附錄圖1）</p&

18、gt;<p><b>　　2.單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)制作的是一個(gè)顯示棒，基本要求就是要小巧、輕便，所以要將單片機(jī)的系統(tǒng)板簡化設(shè)計(jì)。它的最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位開關(guān)和電源部分。圖3為AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)。</p><p>　　圖3 AT89S

19、52單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p><b>　　原理圖：</b></p><p><b>　　PCB圖：</b></p><p><b>　　程序：</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　

20、　AJMP WGQWXD</p><p><b>　　ORG 0003H</b></p><p><b>　　AJMP INT</b></p><p><b>　　ORG 0030H</b></p><p>　　WGQWXD:SETB EA</p><p&g

21、t;<b>　　SETB IT0</b></p><p><b>　　SETB EX0</b></p><p><b>　　AJMP $</b></p><p>　　;===================================================================

22、===========</p><p>　　INT: JNB P3.5,WGQ_B</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　;==============================================================================</p><p

23、>　　WGQ_B: MOV R2,#00H</p><p>　　WGQ_A: MOV A,R2</p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　CPL A</b></p><p><b>　　MOV 54

24、H,A</b></p><p><b>　　INC R2</b></p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　CPL

25、A</b></p><p><b>　　MOV 55H,A</b></p><p><b>　　ACALL DL</b></p><p>　　MOV P0,55H</p><p>　　MOV P2,54H</p><p><b>　　INC R2<

26、/b></p><p>　　CJNE R2,#256,WGQ_A;#32為1個(gè)字,#64為2個(gè)字,以此類推.</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　;==============================================================================<

27、;/p><p>　　DL: MOV R3,#030H</p><p>　　L1: MOV R4,#010H</p><p>　　L2: DJNZ R4,L2</p><p>　　DJNZ R3,L1</p><p><b>　　RET</b></p><p>

28、　　;==============================================================================</p><p>　　TAB: DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p><p&

29、gt;　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p>

30、<p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H;空

31、字符</p><p>　　DB 10H,04H,57H,0D5H,55H,7EH,55H,54H</p><p>　　DB 0F7H,0D4H,55H,54H,55H,7EH,57H,0D5H</p><p>　　DB 10H,0CH,0FFH,90H,10H,70H,91H,8CH</p><p>　　DB 56H,02H,30H,01H,

32、10H,07H,00H,00H;戴</p><p>　　DB 02H,02H,02H,04H,12H,08H,12H,10H</p><p>　　DB 12H,20H,12H,7EH,0FEH,89H,13H,09H</p><p>　　DB 32H,11H,16H,11H,0AH,21H,12H,61H</p><p>　　DB 32H,0

33、1H,06H,07H,02H,00H,00H,00H;老</p><p>　　DB 00H,00H,3FH,0F1H,00H,02H,00H,0CH</p><p>　　DB 0FFH,0F0H,00H,00H,40H,00H,4FH,0FCH</p><p>　　DB 48H,00H,48H,00H,7FH,0FFH,48H,08H</p><

34、p>　　DB 48H,04H,0DFH,0F8H,48H,00H,00H,00H;師</p><p>　　DB 08H,02H,08H,44H,0FH,0A8H,0F8H,10H</p><p>　　DB 08H,28H,0FH,0C6H,01H,00H,41H,00H</p><p>　　DB 41H,02H,41H,01H,47H,0FEH,49H,00H

35、</p><p>　　DB 51H,00H,63H,00H,01H,00H,00H,00H;好</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,0

36、0H,00H,00H</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H</p><p>　　DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H;空字符</p><p>　　;===========

37、===================================================================</p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1．軟件設(shè)計(jì)思路</b></p&g

38、t;<p>　　在搖動(dòng)LED 棒的時(shí)候單片機(jī)必須單程送數(shù)據(jù)否則顯示的圖形會(huì)產(chǎn)生重影，影響視覺效果。因此當(dāng)系統(tǒng)開始工作后通過慣性開關(guān)的位置來使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)單程送數(shù)據(jù)給LED。如果慣性開關(guān)位于右邊，則進(jìn)入外部中斷T1并將一變量置1。在變量為1期間讓單片機(jī)以一定的頻率將數(shù)據(jù)送給LED。如果慣性開關(guān)位于左邊，則進(jìn)入外部中斷T0并將變量置0，在這期間單片機(jī)不會(huì)送數(shù)據(jù)給LED。在送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)送完后應(yīng)延時(shí)一段時(shí)間來使搖動(dòng)時(shí)顯示的每個(gè)字不

39、會(huì)太擁擠。之后再立刻熄滅LED并開始重新判斷慣性開關(guān)的位置</p><p><b>　　圖4.系統(tǒng)流程圖</b></p><p>　　3．軟件實(shí)現(xiàn)功能的完善</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)是去除重影，我們的解決方法是使用外部中斷讓數(shù)據(jù)單程傳輸。</p><p>　　其實(shí)此設(shè)計(jì)還可以添加多種變幻字符，由于本人技術(shù)有

40、限，取自摸的時(shí)候一直出錯(cuò) ，所以改來改去只做了一個(gè)最基本的</p><p>　　綜上，只要控制好數(shù)據(jù)傳輸方式以及每次傳輸數(shù)據(jù)間的延時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)多</p><p><b>　　種數(shù)據(jù)的顯示方法。</b></p><p>　　五、結(jié)論在戴在平老師的指導(dǎo)下，通過一周的時(shí)間完成了搖搖棒的設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)以傳感器和單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用為背景，介紹了以單片機(jī)和

41、傳感器為核心系統(tǒng)搖動(dòng)傳感器和顯示設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和基本原理。本次將使用單片機(jī)對(duì)搖動(dòng)顯示進(jìn)行實(shí)例化，設(shè)計(jì)一個(gè)LED搖動(dòng)顯示器來顯示文字、圖像等信息。掌握利用8051型單片機(jī)對(duì)發(fā)光二極管陣列進(jìn)行搖動(dòng)控制的方法。輸出信號(hào)頻率的控制通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，用搖動(dòng)傳感器檢測當(dāng)前搖動(dòng)狀態(tài)，用16個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行不同頻率的亮滅刷新，通過手動(dòng)搖動(dòng)可顯示輸出文字及圖案等信息。當(dāng)進(jìn)行搖動(dòng)時(shí)，由于人的視覺暫留原理，會(huì)在發(fā)光二極管搖動(dòng)區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)視覺平面，在視覺平面

42、內(nèi)的二極管通過不同頻率的刷新，會(huì)在搖動(dòng)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生圖像，從而達(dá)到在該視覺平面上傳達(dá)信息的作用。設(shè)計(jì)具有市場前景，可滿足各種大型演出、集會(huì)、游行等宣傳需要，為人們的生活提供便利，通過這次課程設(shè)計(jì)，使我學(xué)會(huì)了編寫程序，焊接電路板，增強(qiáng)了我的動(dòng)手能力，為以后打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]《電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分

43、》 康華光 編 高等教育出版社</p><p>　　[2]《單片機(jī)C51程序設(shè)計(jì)教程與實(shí)驗(yàn)》 祁偉 楊亭 編 北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　[3]《LED及其工程應(yīng)用》 楊清德 康婭編 人民郵電出版社</p><p>　　[4]《C程序設(shè)計(jì)》 譚浩強(qiáng) 編 清華大學(xué)出版社</p><p>　　[5]《全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽試題

44、精解選》 陳永真 編 電子工業(yè)出版社</p><p><b>　　附錄：</b></p><p>　　附錄1：元器件明細(xì)表：</p><p>　　1、單片機(jī)AT89S52 1片；</p><p>　　2、發(fā)光二極管 16只；</p><p>　　3、12M晶振