LED旋轉(zhuǎn)顯示器的設(shè)計(jì).doc

廣東嶺南職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)課題：旋轉(zhuǎn)LED顯示器指 導(dǎo) 教 師：許自敏廣東嶺南職業(yè)技術(shù)學(xué)院Guangdong Lingnan Institute of Technology姓 名： 吳文天專 業(yè)：移動通信技術(shù)學(xué) 號：09601280208LED旋轉(zhuǎn)顯示器的設(shè)計(jì)摘要LED顯示屏已廣泛應(yīng)用于廣告、車站、銀行、商場等公共場所，它具有功耗小、壽命長、色彩好等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在的 LED 顯示屏的發(fā)光器件主要采用 LED 平板模塊，這種類型的顯示屏主要有兩個問題有待改進(jìn)：首先是整個顯示屏全由LED 模塊組成，器件數(shù)量多，成本高；另外，由于顯示屏是一個平面，同時 LED 象素點(diǎn)有一定視角限制，使顯示屏的可視范圍被局限到正面某個范圍之內(nèi)，在應(yīng)用中使顯示屏的信息發(fā)布受到了一定的空間限制。本文給出了一種新型的柱式旋轉(zhuǎn)LED顯示屏，以旋轉(zhuǎn)掃描方式代替逐行掃描，可視范圍達(dá)到了360 度，成本大大降低，克服了LED平板顯示屏的不足。本文在簡要介紹旋轉(zhuǎn)LED顯示屏工作原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)說明了旋轉(zhuǎn)顯示屏的方案選擇和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及具體硬件電路和軟件設(shè)計(jì)流程。在此基礎(chǔ)上，本文還討論了旋轉(zhuǎn)LED顯示屏設(shè)計(jì)中需要注意的一些關(guān)鍵問題，給出了相應(yīng)的解決方案，并提出了一些改進(jìn)和完善本系統(tǒng)的思路和設(shè)想。實(shí)際制作的LED旋轉(zhuǎn)顯示屏技術(shù)參數(shù)的測試結(jié)果，以及實(shí)際的運(yùn)行效果表明，本文設(shè)計(jì)和制作的旋轉(zhuǎn)顯示屏符合設(shè)計(jì)要求，具有一定的創(chuàng)新性和實(shí)際應(yīng)用價值。目 錄前 言41 LED旋轉(zhuǎn)顯示器的顯示原理52系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)62.1系統(tǒng)硬件框圖62.2系統(tǒng)硬件原理圖72.3 顯示模塊82.4 電源模塊83系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)94性能調(diào)試與分析10總結(jié)11參考文獻(xiàn)12致謝13附錄14引言目前，單片機(jī)技術(shù)如火如荼，蓬勃發(fā)展，其電子產(chǎn)品如雨后春筍地出現(xiàn)，正潮水般的涌入各個領(lǐng)域。其電子產(chǎn)品以靈敏、結(jié)構(gòu)簡單易制、成本低、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)電子市場，給人們生活帶來了極大的方便，深受人們的青睞。此次作品以宏晶科技STC89C52RC單片機(jī)為主控單元，還有DS1302時鐘芯片，利用視覺暫留效應(yīng)，精確的顯示北京時間。LED的特點(diǎn)非常明顯，壽命長、光效高、無輻射與低功耗。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，其發(fā)光效率可達(dá)8090%。將LED與普通白熾燈、螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈進(jìn)行對比，結(jié)果顯示：普通白熾燈的光效為12lmW，壽命小于2000小時，螺旋節(jié)能燈的光效為60lmW，壽命小于8000小時，T5熒光燈則為96lmW，壽命大約為10000小時，而直徑為5毫米的白光LED為2028lmW，壽命可大于100000小時。有人還預(yù)測，未來的LED壽命上限將無窮大。由于LED的種種優(yōu)勢，使得其在現(xiàn)在的各個領(lǐng)域里運(yùn)用越來越廣泛，我們設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)LED顯示屏幕，具有結(jié)構(gòu)新穎，節(jié)約材料的特點(diǎn)，一列16個LED燈旋轉(zhuǎn)顯示之后，可以代替顯示近似于16x180像素的顯示寬度和內(nèi)容，我想以后不斷完善和改進(jìn)之后應(yīng)該可以在燈箱廣告和兒童玩具方面有一定的發(fā)展空間1系統(tǒng)設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)時鐘是利用視覺暫留效應(yīng)設(shè)計(jì)出來的，物體在快速運(yùn)動時, 當(dāng)人眼所看到的影像消失后，人眼仍能繼續(xù)保留其影像0.1-0.4秒左右的圖像，這種現(xiàn)象被稱為視覺暫留現(xiàn)象。是人眼具有的一種性質(zhì)。人眼觀看物體時，成像于視網(wǎng)膜上，并由視神經(jīng)輸入人腦，感覺到物體的像。但當(dāng)物體移去時，視神經(jīng)對物體的印象不會立即消失，而要延續(xù)0.1 -0.4秒的時間，人眼的這種性質(zhì)被稱為“眼睛的視覺暫留”。假設(shè)我們設(shè)定我們的眼睛的暫留時間是0.4秒，如果我們的16個LED旋轉(zhuǎn)一周的時間快過0.4秒，那么我們看到的圖像就是這一列LED在各個位置顯示的圖像的疊加，如右圖，如果我們用定時器把LED旋轉(zhuǎn)一周的各個位置分割出180分，讓它在相應(yīng)的位置顯示相應(yīng)的圖像，那么我們就可以得到一個累加的圖像效果了畢業(yè)論文2系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件框圖系統(tǒng)硬件框圖右圖所示。12V電源 直流電機(jī)5V電源單片機(jī)STC89C52LED顯示光耦傳感器2.2 系統(tǒng)硬件原理圖系統(tǒng)硬件原理如下圖所示P0.0P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.72.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)LED顯示器具有功耗低，接口控制方便等優(yōu)點(diǎn)，而且模塊的接口信號和操作指令具有廣泛的兼容性，并能直接與單片機(jī)接口，可方便地實(shí)現(xiàn)各種不同的操作，在各類測量及控制儀表中被廣泛的應(yīng)用。當(dāng)在LED上顯示漢字時，應(yīng)先取得漢字的點(diǎn)陣構(gòu)成數(shù)據(jù)，然后將其寫入顯示存儲器中進(jìn)行顯示。旋轉(zhuǎn)LED顯示器是一種通過同步控制發(fā)光二極位置和點(diǎn)亮狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)圖文顯示的新型顯示器，其結(jié)構(gòu)新穎，成本低廉，可視角度達(dá)360。本設(shè)計(jì)采用16個并排發(fā)光二極管，利用人眼的“視覺暫留效應(yīng)”顯示文字及圖案。2.4 電源模塊的設(shè)計(jì)電網(wǎng)提供的交流電源經(jīng)過整流、濾波，可得到直流電壓，但此電壓仍然存在波紋。同時，由于交流電網(wǎng)電壓的波動，負(fù)載的變化和溫度的影響等，使輸出電壓紋波會更大，即輸出電流電壓不穩(wěn)定。為了得到穩(wěn)定的輸出電壓，在濾波電路與負(fù)載之間常常加入穩(wěn)壓電路，以使負(fù)載得穩(wěn)定的輸出電壓。通過上面的分析可知，直流穩(wěn)壓電源主要由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四大部分組成。直流穩(wěn)壓電路組成框圖如圖1.10所示。圖1.10 直流穩(wěn)壓電源的組成框圖2 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)21程序的分布完成1.對于程序的編寫有些茫然，所以通過上網(wǎng)的查找資料，發(fā)現(xiàn)程序可以分為幾個模塊，對于以后的編寫有一定的啟發(fā)。2.編寫了程序?qū)懸粋€字，觀察二極管是否有規(guī)律的閃爍，從而確定硬件電路的穩(wěn)定性。3.編寫程序一次最多能顯示幾個字，以及測試霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速。4.對一些基本性能了解后開始了程序的編寫。初始化2.2程序流程圖標(biāo)志位=0送碼表顯示標(biāo)志位置=0等待YN3 性能調(diào)試與分析3.1程序的檢查與修改一個工程的完成不可能一步完成，所以程序的編寫也是一步一個腳印，最后【攀登上勝利的高峰。在編寫程序的時候遇到兩個較大的問題：一個是送數(shù)，另一個是時間。1. 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速決定了最多能顯示多少個字，而且只有在霍爾感應(yīng)器感應(yīng)到N極的時候才能送數(shù)，否則就無效。2. 這次設(shè)計(jì)對于時間的控制很嚴(yán)格，時間決定我們是否能正確的顯示漢字，。因?yàn)槭腔谝曈X暫留效應(yīng)，如果延時太長就不能看清楚字，所以要控制顯示字的數(shù)量。結(jié)論通過幾個月的努力，掌握了旋轉(zhuǎn)LED顯示屏的工作原理，并且成功的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的基本要求。同時也提高了利用高級語言編寫單片機(jī)程序的能力，以及查閱資料和解決問題的能力。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能有：(1)通過單片機(jī)控制LED掃描顯示的時間，能夠穩(wěn)定的顯示數(shù)字或文字，軸向分辨率為16位。(2)能夠通過無線控制顯示數(shù)字或文字。(3)通過對電機(jī)的改造，解決了系統(tǒng)供電問題，使系統(tǒng)能夠長期工作。不過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)仍然存在不足的地方。比如重心偏移，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生抖動，應(yīng)該在設(shè)計(jì)時對PCB布局進(jìn)行科學(xué)的分析，調(diào)整重心；軸向分辨率只有16位，只能顯示簡單的圖像或文字；數(shù)據(jù)的傳送速度比較慢，沒有實(shí)現(xiàn)主機(jī)到從機(jī)的大量的數(shù)據(jù)的交換，主要使用了半雙工通訊芯片nRF401，其收發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要13ms，影響了數(shù)據(jù)通訊的效率?？傊?，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)鞏固了以前所學(xué)的知識，很大程度上提高了分析問題和解決問題的能力。5參考文獻(xiàn)1 陳尚松,雷加,郭慶.電子測量與儀器M.北京：電子工業(yè)出版社，2005：1081262 徐科軍.傳感器與檢測技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，2004：12333馬忠梅.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999：2083 4 陳衛(wèi)兵，宋健娟.單片機(jī)原理及應(yīng)用.西安科技大學(xué)出版社，2008.07.5 周興華.手把手教你學(xué)單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì).北京航天航空大學(xué)出版社，2007.08.6 楊碧石，何其貴.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京航天航空大學(xué)出版社，2006.01.致謝首先，我要感謝我的導(dǎo)師胡鴻志老師對我的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷。他為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文的順利完成傾注了心血和汗水，他淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的性格以及在設(shè)計(jì)上敏銳的洞察力，使我受益非淺。在整個畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，胡鴻志老師給了我非常大的幫助和支持，從給我定題目，到工作開展，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，直到最后論文的撰寫都離不開他的悉心指導(dǎo)。胡鴻志老師給我提出了很多寶貴的建議，讓我少走了很多彎路，得以順利的完成論文。同時，還要感謝實(shí)驗(yàn)室的蔣艷紅老師和邱治金老師。他們在我進(jìn)行調(diào)試過程中給了許多指導(dǎo)并提供了實(shí)驗(yàn)設(shè)備，讓我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成。正是由于他們給我的幫助，讓我很快的進(jìn)入了實(shí)際的工作。在這四年的學(xué)習(xí)生活中，感謝電子工程學(xué)院科技協(xié)會給了我發(fā)揮的機(jī)會和展現(xiàn)自我的舞臺。在那里我學(xué)到了知識，結(jié)識了一幫有著共同愛好的朋友，我們大家共同學(xué)習(xí)，為完成畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在此我向他們表示誠摯的祝福。最后，我感謝我的家人和朋友，他(她)們對我的支持和付出是我的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行的保障。謝謝大家！附錄附錄一 元器件清單元件名稱型號（大?。?shù)量電阻20016個電阻1K1個電阻2K1個電阻10K1個排阻1個瓷片電容30pF2個瓷片電容1042個電解電容10uF1個電解電容1000uF1個電解電容470uF1個發(fā)