毕业设计（论文）LED显示牌.doc

武汉职业技术学院毕业论文题 目：LED显示牌学 号 姓 名 合 作 者 专 业 电子信息工程技术专业 指导教师 杨 完成时间 2013 年 3 月 20 日 电子信息工程学院目 录0 摘要.31 系统方案.4 1、1比较与选择.41、2 方案描述.52 理论分析与计算 .62、1现状点阵LED驱动参数分析与计算.62、2线阵LED运动参数分析与计算.62、3指针式秒表分析与计算.62、4显示亮度自动调节分析与计算.63 电路与程序设计.63、1电路设计.63、2 程序设计.94 测试方案与测试结果.14 4、1测试方案条件及仪器.144、2测试结果完整性.14致谢.15参考文献. .16摘要本设计是一个由16只LED构成的线阵旋转显示屏的设计，整机以STC89C52为核心，介绍了以它为控制系统的LED线阵电子显示屏的动态设计和开发过程。基于人眼视觉暂留效应，研制了一种利用人眼视觉暂留效应的线阵LED动态显示系统该系统由电机带动一列16个LED高速旋转，通过单片机精确控制LED的亮灭时间，从而实现字符、图形及动态画面的显示。关键词：视觉暂留；LED显示Abstract：This design is the design of the rotation of a linear array of 16 LEDs display the whole production of TI's STC89C52 as the core, dynamic electronic display LED linear array with its control system design and development process. Based on human visual persistence effect, developed using the human visual persistence effect linear array LED dynamic display system. The system is driven by the motor with a 16 LED high-speed rotation, through the microcontroller to precisely control the LED light off time in order to achieve the characters, graphics and dynamic screen displayKey words：persistence of vision；LED display screen.一、 系统方案1.1 比较与选择1.1.1功率放大器的选择方案一：LM386功放，它是专为低损耗电源设计的功率放大器集成电路。它的内建增益为20，透过pin1和pin8脚位间电容的搭配增益最高可达200，LM386可使用电池为供应电源，输入电压范围可由4V-12V，无动作时仅消耗4mA电流，输出电压稳定 ，且失真低。方案二：用三极管放大原理代替功放。因为三极管放大不稳定，受温度影响，易出现零点漂移，输出不稳定，我们就选择了方案一，选LM386功放，集成简化电路，输出比较稳定，不易受温度影响而输出不稳定值。1.1.2单片机的选择 方案一：STC89C52单片机，它是一种低功耗、高性能的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。方案二：MSP430单片机，它是一款超低功耗类型单片机，有多种省电模式，片内资源丰富，含有ADC、PWM等，开发简单，16位精简指令结构，高效16位RISC CPU 可以确保任务的快速执行，缩短了工作周期。大多数指令可以在一个周期内完成，6微妙的快速启动时间可以延长待机时间并使启动更加迅速，降低了电池的功耗。其产品系列可以提供多种储存器选择。 出于对MSP430单片机的不熟悉，不了解它的编程方式，故采取方案一，选择我们熟悉的STC89C52单片机。1.1.3信号采集器件的选择 鉴于题目要求，我们选择一般的光敏二极管作为信号采集器件。光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。 光敏二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子-空穴对，称为光生载流子。 它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光敏二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。1.1.4传感器的选择 方案一：红外对管，直径3mm，波长：940nm，工作电压：1.2V，工作电流：20mA，测量距离：<20cm。波段为红外光，受可见光影响少。 方案二：霍尔传感器，有许多优点，它们精度高，线性度好；他们结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHz），耐振动，耐腐蚀。根据实际情况的检测显示，我们选择方案二，选择霍尔传感器测速。1.1.5电源选择 方案一：使用手机电池供电，它重量适中，体积有点大。 方案二：使用纽扣电池，电压3V，体积小，但数量需要3个，能量过低； 方案三：使用9V电池供电，电压9V，重量过重，体积很大，但容量大； 实验检测中，纽扣电池体积不大，重量也可以。由于其过小的容量，使用过程中几乎点不亮LED灯，LED发光很暗，需要外加强光照着光敏二极管才能点亮LED灯，而且测试过程中电池能量很快用尽。使用手机电池原本很方便，体积符合我们要求范围内，还可以外部充电，但是达不到我们设计的电路的电压要求。使用9V电池，体积过大不好放置，重量过重造成很大的向心力，是整个装置很不稳定，但是其电压以及容量都达到要求，故我们选择了方案三。1.1.6单片机供电源 方案一：选用7805三端稳作降压处理给单片机供电，其功率大，最大输出电 流达到1A，5V电压输出。 方案二：实用78L05三端稳压作降压处理给单片机供电，其功率比较小，输出最大电流100mA，5V电压输出。 对比这两个78系列稳压芯片，相对于我们的电路而言我们不需要大功率的 7805，我们需要的是尽量减小功率损耗，所以我们选择了78L05三端稳压芯片，它足以满足要求。1.2方案描述1.2.1单片机控制方面：我们采用STC89C52单片机作为主控核心，通过P1，P2两组I/O进行信号发送，单片机不作为发光二级管的驱动，只是送信号。1.2.2发光二级管暗度调节：通过采用光敏二极管来进行数据采集，在对采集到的信号进行放大。在最初设计方案中我们采用普通三极管进行放大，但在运行中三极管放大不稳定，很容积收到外界的干扰，容易零点漂移。经过查资料在TI官网查询到功放芯片LM386，此芯片比普通厂商的386功放芯片稳定可靠。1.3系统总体方框图电流检测光敏二极管功率放大亮度自动调节数据信号键盘控制系统LED扫描二、 理论分析与计算2.1线状点阵LED驱动参数分析与计算我们采用贴片型0805白发绿高亮度LED，2.2线阵LED运动参数分析与计算贴片式的白发绿LED在高速运转的直流电机驱动下形成一个圆盘，由于是线性排列的LED,而且同轴，我们可以用像点阵那样用列的方式来送数据，一列一列的送数据最终可以形成我们想要的结果。电机我们那个的是3000rad/s的直流电机，转速非常快，所以我们要很精确的计算时间来进行控制。在控制同心圆的正逆转的时候我们用定时器1工作方式1来进行控制，由于需要一秒及0.3秒的处理，所以这种方法比较准确而且可以随意改时间。在显示“TI杯”字符的时候我们要进行微秒级控制，所以我们再用到一个定时器0工作方式1；具体处理如下：一分钟转速：v0=1500rad/min;一秒钟转速：v1=50 rad/s;转一圈的时间：t1=20ms;我们把一圈分120份，一份是t2=160us;所以我们每160us送一次数据，为了时间精确，我们采用内部中断0方式1来确定时间，每定时器0产生一次中断，单片机就向LED送一次信号；还有一种方法就是通过霍尔传感器进行对单片机的外部中断进行信号控制，这种方式前提也是要先了解所使用的直流电机的转速，这种方法也比较好控制数据的发送，可也精确定位所显示的字符。2.3指针式秒表分析与计算 在处理指针式秒表时，用到定时器1工作方式1；因为要进行一秒钟的跳变，时间精度也要很精确，在这一秒钟内循环显示次可以达到稳定的动态效果。在这里我们同样是200us送一次数据，一秒钟可以整体显示40次；还有一种方法也是通过霍尔传感器对单片机的控制，在这种方法中，我们通过对电机转速的大致了解，来进行数据计算。2.4显示亮度自动调节分析与计算 显示亮度自动调节时通过光敏二极管来控制的，光敏二级管的特性是光照越强，光敏二极管两端的反向电阻越小，流过光敏二极管的电流就越大，再通过功放芯片LM386进行电流放大，最终达到显示亮度自动；光照越弱刚好相反。三、 电路与程序设计 3.1电路设计 单片机控制部分电路图这部分是整个装置的控制部分，将接受到的信号进行处理，或者按自身的程式控制显示部分。LED做的共阳极处理，故其阴极连接P口，这十六支LED分别连接单片机的P1口和P2口，单片机低电平点亮，用的12MHz晶振，复位电路别除去，因为高速旋转的控制电路板，去操作复位键事件困难的事情，实用意义不大，故被移除，电池用的9V电源，对于C51单片机过高，故用78L05做了降压处理给单片机供电。光敏控制部分电路图. 根据需要，设计了这部分光敏感应部分。光敏二极管感受外界环境的亮度，外界环境光亮度的变化影响流过光敏二极管的电流和其两端点的电压，因此影响out，out直接连接共阳极LED的公共阳极端，所以也将影响LED的亮度，设计功能是如果外界环境中的光亮度变暗，LED的亮度也变暗，反之变亮。显示部分电路图显示部分，也是作品功能的展示部分，它是由16支LED和上拉电阻组成，然后每支LED的阴极端分别连接到单片机的P1口和P2口上。 电源供电部分. . 这是电源供电部分，因为直接接的9V电源，不可能用9V直接给单片机供电工作，单片机承受不了，故设计这部分模块，9V电源一路输出给LM386供电，另一路经过三端稳压芯片78L05进行稳压到5V再给单片机供电。 3.2程序设计#include<reg52.h>sbit key=P35;#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar num,num1,i,j,zz,z,fz,f,key1,miao;uchar code TIBEI= 0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x10,0x7F,0xF8, 0x42,0x10,0x42,0x10,0x7F,0xF0,0x42,0x10, 0x42,0x10,0x7F,0xF0,0x42,0x10,0x02,0x00, 0x02,0x04,0x02,0x04,0x01,0xFC,0x00,0x00, /电 0x08,0x80,0x08,0x44,0x0F,0xFE,0x10,0x00, 0x10,0x08,0x37,0xFC,0x50,0x00,0x90,0x08, 0x17,0xFC,0x10,0x00,0x13,0xF8,0x12,0x08, 0x12,0x08,0x12,0x08,0x13,0xF8,0x12,0x08/ 信;uchar paomadeng8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void delayus(uint a)while(a-);void shizhong()for(i=0;i<60;i+)while(num<20)for(j=0;j<120;j+)if(j=i*2)P1=0; P2=0;delayus(150);elseP1=0xfe;P2=0xff;delayus(150);if(num>=20)num=0;if(key=0)i=60;key1+;if(key1>=5)key1=0;void main()TMOD=0x11;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-300)/256;TL1=(65536-300)%256;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;key1=0;i=0;j=0;num1=0;while(1)if(key=0)delay(20);if(key=0)key1+;P1=0xff;P2=0xff;while(!key);if(key1>=5) key1=0;TR0=1;TR1=0;if(key1=4) TR0=1;TR1=0;EX1=1;IT1=1;if(miao=1) miao=0;shizhong();if(key1=3) TR0=0;TR1=1;void ser_time0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;if(key1=4)num+;if(key1=1)zz+;if(zz=6)zz=0;if(z=16) P2=0xff;z=0;if(z>=0&&z<8)P1=paomadengz;if(z>=8&&z<16) P1=0xff; P2=paomadengz-8;z+;if(key1=2) fz+;if(fz=6)fz=0;if(f=16)P1=0xff;f=0;if(f>=0&&f<8)P2=paomadeng7-f; if(f>=8&&f<16)P2=0xff;P1=paomadeng15-f;f+;if(key1=0)num1+;if(num1=20)num1=0;if(j=16)P2=0xff;j=0; if(j>=0&&j<8)P1=paomadengj; if(j>=8&&j<16)P1=0xff;P2=paomadengj-8;j+;void ser_time1() interrupt 3TH1=(65536-600)/256;TL1=(65536-600)%256;if(i>=0&&i<64)P1=TIBEIi+;P2=TIBEIi+;if(i>=64&&i<240)P1=0xff;i+;P2=0xff;i+;if(i=240)i=0;void waibuzongduan() interrupt 2miao=1;四、 测试方案与测试结果 4.1测试方案条件及仪器方案一：线阵转速测试。使用仪器：可编程电源，霍尔传感器， 4.1.1线阵转速的测试 通过程控电源向直流电机输入5V、0.8A的稳压电源让直流电机高速转动，程序设定记录转速时间为一分钟，霍尔传感器将信息传给单片机，LED的亮灭代表“0”和“1”来记录线阵的所转的转数，最后通过LED的亮灭所代表的信息计算出转数从而计算出线阵的转速。 4.2测试结果完整性 通过测试该题基本部分和提高部分均完成，直流电机输入5V 0.8A，转速1500到1600转每分钟。致 谢老师、同学、朋友及家人表示最衷心的感谢。时光如梭，一转眼学生学习生活即将过去，在这里我要求向所有给予我关心的人表示感谢。本论文是在我的指导老师杨杰老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。杨杰老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向杨杰老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！ 张红卫 2013年1月20号 参考文献1 余发山，王福忠等单片机原理及应用技术。中国矿业大学出版社，2003年2 何利民等，单片机应用技术选。北京航空航天大学出版社，1995年3 吴金戍等，沈庆阳等8051单片机实践与应用.清华大学出版社，2004年4 何利民，MCS-51系列单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社5 孙和平，单片机原理及其接口技术.冶金工业出版社，2003年6 严天峰，89C51单片机I/O口模拟串行通信实现方法.2005年7 谢白美，电子线路设计·实验·测试.华中科技大学出版社，2005年8 黄洁，数字电子技术应用基础.华中科技大学出版社，2008年9 黄洁，电子技术基础，华中科技大学出版社，2006年10 王川，模拟电子技术应用基础，子工业出版设，2011年11 黄洁，数字电子技术应用基础，电子工业出版社，2011年12 谭浩强，C语言程序设计（第二版），清华大学出版社，2011年13 石建华 李媛，单片机原理与应用技术，北京邮电大学出版社2010年14 阮艳，电子CAD，中国劳动社会保障出版社，2010年