旋轉(zhuǎn)led顯示屏

陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程分院畢業(yè)論文 陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題 目 旋轉(zhuǎn)LED顯示屏 專 業(yè) 電氣自動(dòng)化 班 級(jí) 自控3122 姓 名 帥 基 誠(chéng) 學(xué) 號(hào) 25312236 指導(dǎo)教師 韓碩 二 一四 年題目:旋轉(zhuǎn)LED顯示屏專業(yè):電氣自動(dòng)化班級(jí):自控3122作者: 帥基誠(chéng)指導(dǎo)教師:韓碩旋轉(zhuǎn)LED顯示屏的設(shè)計(jì)摘要LED顯示屏已廣泛應(yīng)用于廣告、車站、銀行、商場(chǎng)等公共場(chǎng)所，它具有功耗小、壽命長(zhǎng)、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(gè)問題有待改進(jìn)：首先是整個(gè)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(gè)平面，同時(shí) 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(gè)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。本文給出了一種基于單片機(jī)控制的新型的十字旋轉(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(jiǎn)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(cè)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(jià)值。關(guān)鍵字： 單片機(jī)、LED, 視覺暫留，直流電機(jī)，橋式整流,旋轉(zhuǎn)。 目陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程分院畢業(yè)論文第一章 旋轉(zhuǎn)LED顯示屏的課題背景LED的特點(diǎn)非常明顯，壽命長(zhǎng)、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(duì)比，結(jié)果顯示：普通白熾燈的光效為12lmW，壽命小于2000小時(shí)，螺旋節(jié)能燈的光效為60lmW，壽命小于8000小時(shí)，T5熒光燈則為96lmW，壽命大約為10000小時(shí)，而直徑為5毫米的白光LED為2028lmW，壽命可大于100000小時(shí)。有人還預(yù)測(cè)，未來的LED壽命上限將無窮大。由于LED的種種優(yōu)勢(shì)，使得其在現(xiàn)在的各個(gè)領(lǐng)域里運(yùn)用越來越廣泛，我們?cè)O(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(gè)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。第二章 旋轉(zhuǎn)LED顯示屏顯示原理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(hào)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(cè)量及控制儀表中被廣泛的應(yīng)用。當(dāng)在LED上顯示漢字時(shí)，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(chǔ)器中進(jìn)行顯示。物體在快速運(yùn)動(dòng)時(shí), 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(shí)，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(shí)，視神經(jīng)對(duì)物體的印象不會(huì)立即消失，而要延續(xù)0.1 -0.4秒的時(shí)間，人眼的這種性質(zhì)被稱為“眼睛的視覺暫留”。假設(shè)我們?cè)O(shè)定我們的眼睛的暫留時(shí)間是0.4秒，如果我們的16個(gè)LED旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間快過0.4秒，那么我們看到的圖像就是這一列LED在各個(gè)位置顯示的圖像的疊加，如右圖，如果我們用定時(shí)器把LED旋轉(zhuǎn)一周的各個(gè)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(gè)累加的圖像效果了。 圖2-1圖列分析第三章 旋轉(zhuǎn)LED顯示屏系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介3.1系統(tǒng)硬件框圖系統(tǒng)各部分和各環(huán)節(jié)之間關(guān)系的圖示如下：12V電源5V電源直流電機(jī)單片機(jī)STC12C5A60S2LED顯示 圖3-1 系統(tǒng)硬件框圖3.2 旋轉(zhuǎn)LED顯示屏主機(jī)系統(tǒng)3.2.1 主機(jī)系統(tǒng)連接如圖所示圖3-2主控機(jī)管腳圖本次設(shè)計(jì)主機(jī)系統(tǒng)分為單片機(jī)、LED燈、電磁耦合供電電路，都焊接在主控板上，其次是在底座上的電動(dòng)機(jī)，和電磁初級(jí)線圈。3.2.2旋轉(zhuǎn)LED顯示屏主機(jī)芯片簡(jiǎn)介本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的STC12C5A60S2單片機(jī)，以下是對(duì)其的介紹：STC12C5A60S2簡(jiǎn)介：STC12C5A60S2是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。1、增強(qiáng)型8051CPU，1T（1024G），單時(shí)鐘/機(jī)器周期2、工作電壓5.5-3.5V3、1280字節(jié)RAM4、通用I/O口，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過120mA5、有EEPROM功能6、看門狗7、內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路8、外部掉電檢測(cè)電路9、時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機(jī)為：1117MHz 3.3V單片機(jī)為：812MHz10、4個(gè)16位定時(shí)器兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器T0和T1 11、3個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時(shí)鐘，獨(dú)立波特率發(fā)生器可以在P1.0口輸出時(shí)鐘12、外部中斷I/O口7路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，PowerDown模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3，CCP0/P1.313、PWM2路14、A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S15、通用全雙工異步串行口（UART）16、雙串口，RxD2/P1.2，TxD2/P1.317、工作范圍：-408518、封裝：LQFP-48，LQFP-44，PDIP-40，PLCC管腳說明P0.0P0.7P0：P0口既可以作為輸入/輸出口，也可以作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。當(dāng)P0口作為輸入/輸出口時(shí)，P0是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無需外接上拉電阻。當(dāng)P0作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時(shí)，是低8位地址線A0A7，數(shù)據(jù)線D0D7P1.0/ADC0/CLKOUT2標(biāo)準(zhǔn)IO口、ADC輸入通道0、獨(dú)立波特率發(fā)生器的時(shí)鐘輸出P1.1/ADC1P1.2/ADC2/ECI/RxD2標(biāo)準(zhǔn)IO口、ADC輸入通道2、PCA計(jì)數(shù)器的外部脈沖輸入腳，第二串口數(shù)據(jù)接收端P1.3/ADC3/CCP0/TxD2外部信號(hào)捕獲，高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出、第二串口數(shù)據(jù)發(fā)送端P1.4/ADC4/CCP1/SS非SPI同步串行接口的從機(jī)選擇信號(hào)P1.5/ADC5/MOSISPI同步串行接口的主出從入(主器件的輸入和從器件的輸出)P1.6/ADC7/SCLKSPI同步串行接口的主入從出P2.0P2.7P2口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入輸出口（8位準(zhǔn)雙向口），也可作為高8位地址總線使用。P3.0/RxD標(biāo)準(zhǔn)IO口、串口1數(shù)據(jù)接收端P3.1/INT0非外部中斷0，下降沿中斷或低電平中斷P3.3/INT1P3.4/T0/INT非/CLKOUT0定時(shí)器計(jì)數(shù)器0外部輸入、定時(shí)器0下降沿中斷、定時(shí)計(jì)數(shù)器0的時(shí)鐘輸出A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口在P1口，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)到250KHz（25萬次/秒）。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型IO口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不須作為A/D使用的口可繼續(xù)作為IO口使用。單片機(jī)ADC由多路開關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、10位DAC、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器以及ADC_CONTER構(gòu)成。該單片機(jī)的ADC是逐次比較型ADC。主次比較型ADC由一個(gè)比較器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過逐次比較邏輯，從最高位（MSB）開始，順序地對(duì)每一輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)過多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。需作為AD使用的口先將P1ASF特殊功能寄存器中的相應(yīng)位置為1，將相應(yīng)的口設(shè)置為模擬功能。3.3 LED以及LED顯示模塊原理3.3.1 顯示模塊工作原理旋轉(zhuǎn)掃描的原理：由于人眼具有視覺暫留的特性，當(dāng)畫面以一定速率刷新時(shí)，我們看到的就是連續(xù)的圖像，電視機(jī)顯示采用逐點(diǎn)掃描方式，每秒鐘要刷新畫面 50 場(chǎng)(25 幀),而在人眼中則是一幅完整的畫面，傳統(tǒng) LED 顯示屏一般采用 1/16 掃描，16 行進(jìn)行逐行循環(huán)點(diǎn)亮，由于刷新速率足夠大，看到的也是一幅穩(wěn)定的畫面。它的原理示意如圖3. 1 所示，其中(a) (b) (c) (d) (e) 分別是不同時(shí)刻的顯示狀態(tài)，(f)為人眼看到的完整畫面“3”。在這種LED顯示屏中，采用的是逐行換位下移點(diǎn)亮器件的掃描方式，每一行都必須有LED顯示器件，這就使顯示屏的成本偏大。圖3.3 傳統(tǒng)LED顯示屏的顯示原理圖旋轉(zhuǎn)掃描方式顯示器只有一列，由電機(jī)帶動(dòng)它進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，運(yùn)行到某一位置時(shí)就顯示該位置的狀態(tài)，到下一位置后又顯示下一位置的狀態(tài)，即一列顯示器件要完成全部圖像的顯示，掃描過程由機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)更換位置來實(shí)現(xiàn).其顯示原理如圖3.2所示。圖中a)b)c)是 圖3.4 旋轉(zhuǎn)柱式顯示屏的顯示原理圖不同時(shí)刻的顯示狀態(tài)，d)是人眼看到的完整畫面“3”。由于旋轉(zhuǎn)掃描成像不是平面，而是一個(gè)柱面，所以稱之為旋轉(zhuǎn)柱式顯示屏，其觀看視角是360，利用人眼的“視覺暫留效應(yīng)”顯示文字及圖案。圖3-4 LED連接引腳圖3.3.2 LED應(yīng)用簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED(lightemittingdiode)是發(fā)光二極管的英文縮寫，它是一種電致發(fā)光器件。目前，LED產(chǎn)業(yè)已經(jīng)走過了它的發(fā)展初期和中期，普通LED的應(yīng)用已經(jīng)成為過去，高亮度LED的使用也已無需著力推廣。另外，中小功率超高亮LDE亦已誕生，并正在以極快的速度走向應(yīng)用。顯示方面，LED被廣泛應(yīng)用于電子電器、工業(yè)設(shè)備等各類產(chǎn)品的狀態(tài)性能顯(指)示，也被越來越多地制作成多媒體平板顯示屏、交通信號(hào)燈等等。LED的應(yīng)用雖然已經(jīng)具有了很廣的范圍、很大的規(guī)模，但是,由于LED擁有很多社會(huì)應(yīng)用所需的優(yōu)點(diǎn)、相關(guān)技術(shù)也有很大的發(fā)展空間，因此，LED有著更為美好的前景。目前技術(shù)條件下，LED已經(jīng)顯示出了眾多的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的顯示媒介相比，有以下特點(diǎn)：（1）是壽命超長(zhǎng)，業(yè)內(nèi)公認(rèn)的平均值達(dá)10萬小時(shí)，可期望目標(biāo)將會(huì)達(dá)到25萬小時(shí)；（2）是色彩豐富，LED已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)波長(zhǎng)的單基色，有紅、琥珀黃、黃、綠、藍(lán)等，基本滿足了應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ED色彩的要求，隨著更多新材料的開發(fā)，還會(huì)實(shí)現(xiàn)更多的基色及至全彩色；（3）穩(wěn)定可靠，在LED的壽命期內(nèi)，LED差不多都能穩(wěn)定的工作，維護(hù)工作量極??；（4）電氣安全性高，LED一般工作在低電壓(6-24V)、小電流(10-20mA)情況下，屬弱電級(jí)工作器件，有較好的電氣安全性能；（5）節(jié)能環(huán)保效率高，在同等亮度下，LED的耗電僅為普通白熾燈的1/10，而且不存在有害金屬汞污染等問題，符合社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)；（6）應(yīng)用靈活性好，LED可進(jìn)行低壓供電，也可110V/220V電源供電，加上單粒LED的體積小(芯片更小)，只用3-5平方毫米，大大方便了工程應(yīng)（7）受控制能力強(qiáng)，現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)LED的亮度、灰度、動(dòng)態(tài)顯示，分布控制等，是其它發(fā)光裝置無可比擬的；（8）抗震性能優(yōu)越，LED的堅(jiān)固、耐震、耐沖擊性能，超過了目前所有其它類型的電光源產(chǎn)品；（9）響應(yīng)速度快，LED的響應(yīng)速度在毫秒級(jí)，可以自如有效地應(yīng)用于顯示屏、汽車剎車燈、相機(jī)閃光燈等；10）顯色性能良好，白色LED目前的顯色指數(shù)Ra達(dá)到了70以上，色溫范圍從3600K到11000K(隨熒光粉不同而變)，而且已經(jīng)獲得了實(shí)驗(yàn)室提高的方案；另外還有亮度高、無干擾、方向性好等等也是十分有用的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然LED產(chǎn)業(yè)內(nèi)還有不少問題需要從根本加以解決?；胁皇重S富，理想的是可見光波段實(shí)現(xiàn)全覆蓋，最好能達(dá)到自然光的水平；顯色性仍顯不高，理想水平是黑體相達(dá)到Ra=100；亮度需要有效地提高，包括發(fā)光效率的兩個(gè)方面(內(nèi)量子效率和光輸出效率)和功率的提高；另外還有體積、成本、專用集成電路、驅(qū)動(dòng)器、“冷光”感等問題?？v觀LED的發(fā)展，我們不難發(fā)現(xiàn)，LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展極大地緣于技術(shù)的進(jìn)步，而技術(shù)進(jìn)步的動(dòng)力則是來自于應(yīng)用的需求，亮度的提高、基色的豐富、功率的增加等等無不如此?？梢酝葡?，未來的LED產(chǎn)業(yè)，一定會(huì)根據(jù)應(yīng)用的要求，在亮度、功率、基色等技術(shù)方面進(jìn)一步突破，使不同類型的LED更加廣泛地被使用，并且還會(huì)逐步地建立起各自相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用領(lǐng)域，從而步入LED細(xì)分時(shí)代，我們有理由相信，亮飾、照明、顯示將會(huì)首先獨(dú)立出來，形成LED應(yīng)用的專門領(lǐng)域。當(dāng)然,從技術(shù)關(guān)聯(lián)角度看，未來的LED產(chǎn)業(yè)會(huì)像一棵樹，細(xì)分出來的專門領(lǐng)域，其源頭仍會(huì)統(tǒng)一在芯片材料的生產(chǎn)上，不同領(lǐng)域的LED應(yīng)用會(huì)得到不同技術(shù)支持。3.4電源的選擇與分析供電方式主要有3種：第一種，直接用電池給主板供電，電池裝在主板上隨主板轉(zhuǎn)動(dòng)，缺點(diǎn)是成本高，壽命短，且電池增加了主板的重量，影響主板的平衡性和給步進(jìn)電機(jī)過重的負(fù)擔(dān)。第二種方案是采用電刷供電，電刷對(duì)于接觸面的磨損很大，對(duì)主板造成損傷，且增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。第三種方案是采用無線供電技術(shù)，利用電磁耦合原理，用磁線圈對(duì)主板進(jìn)行供電，此方案對(duì)主板沒有任何損耗。電磁耦合對(duì)很多人來說，再也熟悉不過了，變壓器就是利用這個(gè)原理來傳遞能量。如果把變壓器的兩個(gè)繞組分開，就是某種意義上的無線供電。但是用電磁耦合的方式有很大的缺點(diǎn)，沒有高磁導(dǎo)率的磁芯作為介質(zhì)，磁力線會(huì)嚴(yán)重發(fā)散到空氣中，傳遞效率下降非常厲害。所以不適合大功率，遠(yuǎn)距離的無線供電。本設(shè)計(jì)所需的功率很小，供電距離很小，所以是較理想的方案。其結(jié)構(gòu)如圖8所示，其中L1為給主板部分供電的磁線圈。圖3-5 無線供電結(jié)構(gòu)圖綜合上述3種方案，本設(shè)計(jì)采用方案3圖3-6 PCB電路板上的供電電路圖3-7 電機(jī)部分供電模塊供電電路圖實(shí)際原理分析：(1) 為了使系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，必須解決系統(tǒng)的供電問題。通過無線供電的方式，并通過整流、濾波、穩(wěn)壓得到系統(tǒng)供電電源。 （2）通過電磁感應(yīng)的原理，在PCB板下方固定一個(gè)線圈同時(shí)固定在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，在外圍接入一個(gè)通電的線圈。由此可得到一個(gè)簡(jiǎn)易發(fā)電機(jī)裝置，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，里面線圈隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行發(fā)電，再由整流、濾波、穩(wěn)壓可為PCB板子上的系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。K!L;Vi 圖3-8系統(tǒng)供電效果展示3.5重心調(diào)節(jié)重心調(diào)節(jié)是最困難的一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)。旋轉(zhuǎn)的重心直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定的運(yùn)行，以及安全性問題。旋轉(zhuǎn)的重心如果不在轉(zhuǎn)軸上的話，在高速的旋轉(zhuǎn)中，會(huì)產(chǎn)生劇烈的抖動(dòng)，在巨大的離心力下，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)分解，產(chǎn)生安全隱患。所以，重心調(diào)節(jié)是必須解決的問題。下面介紹重心調(diào)節(jié)的方法。首先是電路板的外觀設(shè)置。根據(jù)物理質(zhì)心計(jì)算方法，可知道，均勻的圓盤的重心就在圓盤的中心。但是，由于電子器件的封裝，重量都是不同的，圓盤電路板的重心是不均勻分布的，比較難調(diào)節(jié)，故不采用這種方法。根據(jù)杠桿原理，當(dāng)支點(diǎn)兩端的物體的質(zhì)量與力距乘積相等時(shí)，杠桿就處于平衡。因此我采用了長(zhǎng)條方型的電路板結(jié)構(gòu)。M2M1L2L1圖3-9 杠桿原理示意圖如上圖4.1所示，只要M1*L1 = M2*L2時(shí)，在布PCB的同時(shí)，只要通過簡(jiǎn)單的測(cè)量和計(jì)算便可以使得杠桿處于平衡 壓器集成電路，屬于線性穩(wěn)壓器件3.6 PCB電路板上元件的焊接由于美觀原因本次設(shè)計(jì)使用的元件都為貼片元件。貼片元件的焊接方式和注意事項(xiàng)如下。3.6.1貼片元件的焊接方式：1、在焊接之前先在焊盤上涂上助焊劑，用烙鐵處理一遍，以免焊盤鍍錫不良或被氧化，造成不好焊，芯片則一般不需處理。2、用鑷子小心地將貼片元件放到PCB板上，注意不要損壞引腳。使其與焊盤對(duì)齊，要保證芯片的放置方向正確。把烙鐵的溫度調(diào)到300多攝氏度，將烙鐵頭尖沾上少量的焊錫，用工具向下按住已對(duì)準(zhǔn)位置的芯片，在兩個(gè)對(duì)角位置的引腳上加少量的焊錫，仍然向下按住芯片，焊接兩個(gè)對(duì)角位置上的引腳，使芯片固定而不能移動(dòng)。在焊完對(duì)角后重新檢查芯片的位置是否對(duì)準(zhǔn)。如有必要可進(jìn)行調(diào)整或拆除并重新在PCB板上對(duì)準(zhǔn)位置。3、開始焊接所有的引腳時(shí)，應(yīng)在烙鐵尖上加上焊錫，將所有的引腳涂上焊錫使引腳保持濕潤(rùn)。用烙鐵尖接觸芯片每個(gè)引腳的末端，直到看見焊錫流入引腳。在焊接時(shí)要保持烙鐵尖與被焊引腳并行，防止因焊錫過量發(fā)生搭接。4、焊完所有的引腳后，用助焊劑浸濕所有引腳以便清洗焊錫。在需要的地方吸掉多余的焊錫，以消除任何可能的短路和搭接。最后用鑷子檢查是否有虛焊，檢查完成后，從電路板上清除助焊劑，將硬毛刷浸上酒精沿引腳方向仔細(xì)擦拭，直到焊劑消失為止。5、貼片阻容元件則相對(duì)容易焊一些，可以先在一個(gè)焊點(diǎn)上點(diǎn)上錫，然后放上元件的一頭，用鑷子夾住元件，焊上一頭之后，再看看是否放正了;如果已放正，就再焊上另外一頭。如果管腳很細(xì)在第2步時(shí)可以先對(duì)芯片管腳加錫，然后用鑷子夾好芯，在桌邊輕磕，墩除多余焊錫，第3步電烙鐵不用上錫，用烙鐵直接焊接。當(dāng)我們完成一塊電路板的焊接工作后，就要對(duì)電路板上的焊點(diǎn)質(zhì)量的檢查，修理，補(bǔ)焊。符合下面標(biāo)準(zhǔn)的焊點(diǎn)我們認(rèn)為是合格的焊點(diǎn):（1）焊點(diǎn)成內(nèi)弧形(圓錐形)。（2）焊點(diǎn)整體要圓滿、光滑、無針孔、無松香漬。（3）如果有引線，引腳，它們的露出引腳長(zhǎng)度要在1-1.2MM之間。（4）零件腳外形可見錫的流散性好。（5）焊錫將整個(gè)上錫位置及零件腳包圍。不符合上面標(biāo)準(zhǔn)的焊點(diǎn)我們認(rèn)為是不合格的焊點(diǎn)，需要進(jìn)行二次修理。（1）虛焊：看似焊住其實(shí)沒有焊住，主要原因是焊盤和引腳臟，助焊劑不足或加熱時(shí)間不夠。（2）短路：有腳零件在腳與腳之間被多余的焊錫所連接短路，亦包括殘余錫渣使腳與腳短路。（3）偏位：由于器件在焊前定位不準(zhǔn)，或在焊接時(shí)造成失誤導(dǎo)致引腳不在規(guī)定的焊盤區(qū)域內(nèi)。（4）少錫：少錫是指錫點(diǎn)太薄，不能將零件銅皮充分覆蓋，影響連接固定作用。（5）多錫：零件腳完全被錫覆蓋，即形成外弧形，使零件外形及焊盤位不能見到,不能確定零件及焊盤是否上錫良好.。（6）錫球、錫渣：PCB板表面附著多余的焊錫球、錫渣，會(huì)導(dǎo)致細(xì)小管腳短路。注意事項(xiàng)：焊接時(shí)不允許直接加熱元件的焊端和元器件引腳的腳跟以上部位，焊接時(shí)間不超過3s/次，同一焊點(diǎn)不超過2次；以免受熱沖擊損壞元器件圖3-10 焊接結(jié)果展示第四章 軟件的設(shè)計(jì)與分析4.1 系統(tǒng)編程語言和編程工具在單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)中，匯編語言作為傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的編程語言，己經(jīng)不能滿足實(shí)際需要，高級(jí)語言被逐漸引入，C語言就是其中之一。C語言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，它既有高級(jí)語言的各種特征，又能直接操作系統(tǒng)硬件。對(duì)于大多數(shù)S系列單片機(jī)，使用C語言與使用匯編語言相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 不需要了解處理器的指令集，也不必了解存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。(2) 寄存器分配和尋址方式由編譯器進(jìn)行管理。(3) 指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性。(4) 可使用與人的思維更相近的關(guān)鍵字和操作函數(shù)。(5) 程序的開發(fā)和調(diào)試時(shí)間大大縮短。(6) C語言中的庫(kù)文件提供了許多標(biāo)準(zhǔn)的例程。(7) 可實(shí)現(xiàn)模塊化編程技術(shù)，從而可將己編制好的程序加入到新程序中。(8) C語言可移植性好且非常普及。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，它是把一個(gè)功能完整的較大的程序分解為若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的較小的程序模塊，對(duì)各個(gè)程序模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試，最后把各個(gè)調(diào)試好的程序模塊聯(lián)成一個(gè)大的程序。模塊化程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是單個(gè)功能明確設(shè)計(jì)和調(diào)試比較方便、容易完成。一個(gè)模塊可以為多個(gè)程序所共享。4.2旋轉(zhuǎn)LED顯示的軟件原理分析我們知道16*16取模是一列一列取的了，一列有2個(gè)字節(jié)，一共16列，所以一個(gè)16*16的漢字就有32個(gè)字節(jié)，需要占用單片機(jī)的Code空間 32個(gè)字節(jié)。然后再結(jié)合硬件來分析，如下圖：圖4-1 硬件連接管腳圖P2.2P2.1P5.3P2.0一列燈16個(gè) 剛好對(duì)應(yīng)16*16一個(gè)漢字的一列：2個(gè)字節(jié)，所以把取模到的數(shù)據(jù)依次送到P2口 和P4 P5口，這里硬件中P4 P5組成一個(gè)字節(jié)，所以顯示程序如下：for(i=0;i4;/這里行和列 都是IO口獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的LED DelayUs(200);/延時(shí)讓LED亮起來 每列延時(shí)的時(shí)間 P2=0XFF; P4=P5=0XFF; 在什么時(shí)候送顯示呢？當(dāng)單片機(jī)IO判斷到 紅外接收管接收到起點(diǎn)信號(hào)，就開始顯示，顯示完16列后等待下一次的起點(diǎn)信號(hào)。這樣只要電機(jī)的速度夠快就會(huì)穩(wěn)定的把字顯示字空中了。平面的文字顯示同理。如何讓一組文字不斷的移動(dòng)？這就需要一個(gè)字幕計(jì)數(shù)器，旋轉(zhuǎn)LED每旋轉(zhuǎn)一圈，這個(gè)字幕計(jì)數(shù)器就加一，指向下一列，這樣不斷的刷新，感覺文字就在移動(dòng)了，程序如下：j就是字幕計(jì)數(shù)器，每轉(zhuǎn)一圈j就會(huì)加1；if(KEY=0) /紅外接收管 判斷起始位 j+; if(j672) /根據(jù)顯示的字?jǐn)?shù)定義改數(shù)值672/16=42個(gè)字 顯示完42個(gè)字后 重新開始 j=0 ; for(i=j;i4;/這里行和列 都是IO口獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的LED DelayUs(200);/延時(shí)讓LED亮起來 每列延時(shí)的時(shí)間P2=0XFF;P4=P5=0XFF;第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 系統(tǒng)測(cè)試分類(1) 整板測(cè)試整板測(cè)試是在元件焊接完成但未加電前對(duì)電路板進(jìn)行的檢查。該過程是系統(tǒng)上電前的檢查工作，需要對(duì)每個(gè)器件逐個(gè)引腳進(jìn)行檢查，一方面是檢查有沒有引腳虛焊或與其他信號(hào)線短路，另一方面是對(duì)器件引腳功能的再檢查，查看設(shè)計(jì)是否正確。整板測(cè)試可以按照先電源和地，再逐個(gè)器件引腳的順序測(cè)試。(2) 上電功能測(cè)試上電測(cè)試是調(diào)試的關(guān)鍵部分，按照系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的模塊化思想，應(yīng)該分模塊測(cè)試系統(tǒng)。首先還是應(yīng)該測(cè)試電源部分，系統(tǒng)上電以后，測(cè)試各個(gè)電源端口和器件的電源部分是否工作正常，同時(shí)應(yīng)注意系統(tǒng)中有無器件過熱情況，如果有的話，可能是相應(yīng)的器件損壞或電路中有短路，需要處理之后再加電。如果沒有問題，則可以進(jìn)行功能的檢測(cè)。5.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試由于系統(tǒng)硬件較復(fù)雜，硬件電路裝配、焊接完成后，可能不能正常工作。為了方便調(diào)圖5-1 PCB電路板結(jié)果圖試，采用分塊調(diào)試的方法。電路由多個(gè)模塊組成，電源模塊、復(fù)位電路、輸入輸出接口電路、下載接口電路等。單片機(jī)處理器是系統(tǒng)的靈魂，所以先對(duì)單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)調(diào)試。首先，利用下載口檢測(cè)單片機(jī)，如果檢測(cè)不到，問題一般是單片機(jī)的復(fù)位電路、下載口、以及晶振。分別對(duì)這三個(gè)端口進(jìn)行檢測(cè)，基本都可以解決問題。5.3 調(diào)試結(jié)果與分析經(jīng)過最后的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)最后，便是系統(tǒng)整體調(diào)試了。系統(tǒng)上電后，并沒有看到正確的文字顯示。文字顯示歪歪斜斜的，過了很長(zhǎng)一段時(shí)間，還是這樣。分析可能是定時(shí)器的初始值可能太大或太小所至。通過修改程序，從進(jìn)入中斷開始計(jì)時(shí)到進(jìn)入下次中斷，把時(shí)間發(fā)送出去。液晶顯示的數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)想的數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)。通過修改定時(shí)器的初始值后，上測(cè)試，LED能夠顯示出文字。顯示效果如圖5-2 圖5-2 調(diào)試結(jié)果圖5.4 總結(jié)通過幾個(gè)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(shí)也提高了利用高級(jí)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(shí)間，能夠穩(wěn)定的顯示數(shù)字或文字，軸向分辨率為16位。(2)能夠控制顯示數(shù)字或文字。(3)通過電磁感應(yīng)，解決了系統(tǒng)供電問題，使系統(tǒng)能夠長(zhǎng)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(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)，應(yīng)該在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)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(jiǎn)單的圖