大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽基于LED的夢(mèng)幻搖搖棒的設(shè)計(jì)

1、序號(hào)： 編碼： 燕山大學(xué)第十一屆“共創(chuàng)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽作品申報(bào)書(shū) 作品名稱： 基于led的夢(mèng)幻搖搖棒的設(shè)計(jì) 所屬學(xué)院： 燕山大學(xué)里仁學(xué)院電氣工程系 申報(bào)者姓名(集體名稱)： 韓林松 類別： 自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文 哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文 科技發(fā)明制作a類n 科技發(fā)明制作b類共青團(tuán)燕山大學(xué)委員會(huì)2011年3月申報(bào)者情況申報(bào)者代表情況姓名性別男出生年月學(xué)院里仁學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化年級(jí)二年級(jí)作品名稱基于led的夢(mèng)幻搖搖棒的設(shè)計(jì)論文題目基于led的夢(mèng)幻搖搖棒的設(shè)計(jì)宿舍地址4b-114手舍電話電子郵箱mansong其他作者情況姓 名性別年齡學(xué)院專業(yè)

2、年級(jí)電話朱波男23里仁學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化二年悅男22里仁學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化二年報(bào)作品情況（科技發(fā)明類學(xué)術(shù)論文）說(shuō)明： 1作品分類請(qǐng)按作品的學(xué)術(shù)方向或所涉及的主要學(xué)科領(lǐng)域填寫(xiě)；作品全稱作品分類（ b ）a機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動(dòng)化控 制、工程、交通、建筑等） b信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等） c數(shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等） d生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健 康、衛(wèi)生、食品等） e能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化 工、生態(tài)、環(huán)保等）作品撰寫(xiě)的目的和基本思路 在各種聚會(huì)、節(jié)日活動(dòng)中均能見(jiàn)

3、到搖搖棒的身影，作為一種娛樂(lè)性的玩具其中卻包含了許多的科學(xué)知識(shí)。在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，利用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制從而產(chǎn)生不同的圖像以滿足不同場(chǎng)所的需求，增強(qiáng)其商業(yè)價(jià)值。作品的科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處 1.裝置的巧妙設(shè)計(jì) 2. 通信下載功能，考慮大家的起點(diǎn)不同上位機(jī)軟件不加分，上位機(jī)軟件可以用串口助手等類似軟件代替，通信協(xié)議部分作為加分項(xiàng)目。3. 顯示動(dòng)畫(huà)，如沙漏、吃豆等等 4. 時(shí)鐘芯片（rtc）使用及文字圖像的存儲(chǔ) 作品的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義 作為一種流行的玩具，各種聚會(huì)、節(jié)日活動(dòng)中均能見(jiàn)到搖搖棒的身影。所以其具有廣闊的商業(yè)前景。在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)增強(qiáng)了其實(shí)用價(jià)值及其商業(yè)價(jià)值。學(xué)術(shù)論

4、文摘要夢(mèng)幻搖搖棒是如今流行的一種玩具，在各種聚會(huì)、節(jié)日中均見(jiàn)得到它的身影。本設(shè)計(jì)也追隨著搖搖棒的原理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。通過(guò)單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，進(jìn)而產(chǎn)生不同的圖像，使其更具有使用價(jià)值及商用價(jià)值。 作品在何時(shí)、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的會(huì)議上或報(bào)刊上發(fā)表及所獲獎(jiǎng)勵(lì)無(wú)請(qǐng)?zhí)峁?duì)于理解、審查、評(píng)價(jià)所申報(bào)作品具有參考價(jià)值的現(xiàn)有技術(shù)及技術(shù)文獻(xiàn)的檢索目錄1 高吉祥主編.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程.北京:電子工業(yè)出版社，20072 李廣弟主編.單片機(jī)基礎(chǔ).北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2008參賽作品打印處基于led的夢(mèng)幻搖搖棒的設(shè)計(jì)摘要：夢(mèng)幻搖搖棒是如今流行的一種玩具，在各種聚會(huì)、節(jié)日中均見(jiàn)得到它的身影

5、。本設(shè)計(jì)也追隨著搖搖棒的原理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。通過(guò)單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，進(jìn)而產(chǎn)生不同的圖像，使其更具使用價(jià)值及商業(yè)價(jià)值 關(guān)鍵詞：搖搖棒 玩具 單片機(jī) 圖像1系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.1整體方案比較與論證 根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)循環(huán)的led 顯示，要利用人的視覺(jué)滯留產(chǎn)生靜態(tài)顯示的現(xiàn)象，這就要求延時(shí)部分做的比較小，所以采用石英晶體振蕩器。而目前能夠?qū)崿F(xiàn)這種功能的器件有很多種，不同的類型的器件也能夠很好的完成。 綜上所述，提出來(lái)兩種切實(shí)可行的技術(shù)方案。 方案一：使用單片機(jī)控制。由慣性開(kāi)關(guān)的閉合對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生外部中斷， 從而對(duì)中斷進(jìn)行采集。到達(dá)一定數(shù)量便進(jìn)行圖象的轉(zhuǎn)換。整個(gè) 系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊，開(kāi)關(guān)及電源模塊和輸

6、出顯示模塊三個(gè) 部分構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如下：輸出顯示led慣性開(kāi)關(guān)單片機(jī) 方案二：使用fpga控制。過(guò)altera 公司生產(chǎn)的fpga 芯片及sopc 上可編程嵌入式系統(tǒng)方式，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能。 上述兩種方案均可行，但方案一方便，且價(jià)格低廉，故選方案一。1.2、主要部件原理及參數(shù)計(jì)算 1.2.1、單片機(jī)控制模塊 那么如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)led 的控制呢？led又是如何轉(zhuǎn)換的呢？下面 將回答這些問(wèn)題。 用單片機(jī)想要控制led 顯示只需要定時(shí)輸出就可以，但每個(gè)人搖動(dòng)的速 度不一樣，如何準(zhǔn)確的并穩(wěn)定的變換圖案呢？這就需要用到外部中斷。將慣 性開(kāi)關(guān)的兩個(gè)金屬片一端接vcc，一端接gnd，這樣的話，當(dāng)搖棒向

7、一邊運(yùn) 動(dòng)時(shí)led 按照程序編輯好的規(guī)律顯示，而向另一邊運(yùn)動(dòng)時(shí)led 全滅，此時(shí)一 個(gè)周期就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下跳沿的信號(hào)，信號(hào)傳遞給單片機(jī)的nint0 產(chǎn)生中斷， 對(duì)中斷的數(shù)量計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到10 時(shí)便轉(zhuǎn)換顯示的圖案，當(dāng)依次顯示完后便回 到初始狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)。 由于人的視覺(jué)滯留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)0.1s，所以在每顯示完一列l(wèi)ed 后加入一 段合適的延時(shí)，如5ms，每個(gè)字之間加入延時(shí)如15ms，這樣，我們就能看到 靜態(tài)的穩(wěn)定的字，并且每個(gè)字之間是有空隙的。為了讓字能夠在空間的中部 顯示，在啟動(dòng)中斷顯示后延時(shí)一段合適的時(shí)間，使棒在半圓軌跡的大約1/4處開(kāi)始顯示，這樣看到的文字方向才比較正。1.2.2 慣性開(kāi)關(guān)下圖是慣性

8、開(kāi)關(guān)的示意圖1.3、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)包括單片機(jī)控制模塊，開(kāi)關(guān)及電源模塊和輸出顯示模塊三個(gè)部分。單片機(jī)控制模塊由keil c 進(jìn)行編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，主要有兩部分， 一個(gè)是中斷服務(wù)部分一個(gè)是字符點(diǎn)陣。開(kāi)關(guān)及電源模塊采用兩至三節(jié)電池供電并配合慣性開(kāi)關(guān)使用。輸出顯示模塊采用16 個(gè)led 燈,在版上一字排開(kāi)。 1.3.1、硬件設(shè)計(jì) 硬件連接上用慣性開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的電平轉(zhuǎn)換引發(fā)中斷，傳遞給單片機(jī)，再由單片機(jī)調(diào)用點(diǎn)陣文件輸出到led 上。下面是電路圖（protel dxp）。1.3.2、軟件設(shè)計(jì) 軟件部分原分為 5 個(gè)文件，hanzi.c 顯示“電子工程師之家”字樣 eehome_cn.c 顯示“”字樣，ch

9、ina.c 顯示“中國(guó)行！”字樣heart_smile.c 顯示笑臉圖案和動(dòng)畫(huà)心，wave.c 是主函數(shù)文件，包括中斷服務(wù)程序。后來(lái)為了編譯方便全改在一個(gè)wave.c 中。軟件設(shè)計(jì)流程如下：2、系統(tǒng)測(cè)試 2.1、測(cè)試組成 主要測(cè)試單片機(jī)的工作情況，能否正常用led 顯示出各圖案，并 且記錄各圖案持續(xù)的時(shí)間和穩(wěn)定顯示度以及一個(gè)循環(huán)周期所用的時(shí) 間。并且檢查led 的發(fā)光亮度，使之可以明顯的分辯出來(lái)。用秒表記錄。2.2測(cè)試方法與數(shù)據(jù)2.3、測(cè)試結(jié)果 經(jīng)過(guò)測(cè)試，我們看到前兩個(gè)因?yàn)樽侄?，擺動(dòng)幅度不夠大或延時(shí)不夠短的原因，出現(xiàn)的圖案不是準(zhǔn)確的靜態(tài)，不過(guò)可以明顯的顯示出來(lái)。其它的可以 比較好的顯示出來(lái)。

10、整體來(lái)說(shuō)，本方案設(shè)計(jì)成功，基本達(dá)到要求。附錄：附圖一：eehome附圖二 電子工程師之家附圖三 中國(guó)行附圖四 笑臉 附圖五 心跳附圖六 實(shí)物附圖六 kile軟件程序源代碼： #include #define uchar unsigned char /-兩邊加0x0000 是為了兩個(gè)字之間延時(shí)時(shí)不出現(xiàn)字的”拖尾“現(xiàn) 象- uchar code ee198 = /-e- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xf8,0x01,0xfc,0x01,0x44,0x01,0x44,0x01,0 x44,0x01,0xcc,0x00,0xc8,0x00,0x00,0x00,0x00, /-e

11、- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xf8,0x01,0xfc,0x01,0x44,0x01,0x44,0x01,0 x44,0x01,0xcc,0x00,0xc8,0x00,0x00,0x00,0x00, /-h- 0x00,0x00,0x10,0x04,0x1f,0xfc,0x1f,0xfc,0x01,0x84,0x01,0x00,0x01,0 x04,0x01,0xfc,0x00,0xfc,0x00,0x04,0x00,0x00, /-o- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xf8,0x01,0xfc,0x01,0x04,0x01,0x04,0x01

12、,0 x04,0x01,0xf8,0x00,0xf8,0x00,0x00,0x00,0x00, /-m- 0x00,0x00,0x01,0x04,0x01,0xfc,0x01,0xfc,0x01,0x00,0x01,0xfc,0x01,0 xfc,0x01,0x00,0x01,0xfc,0x00,0xfc,0x00,0x00, /-e- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xf8,0x01,0xfc,0x01,0x44,0x01,0x44,0x01,0 x44,0x01,0xcc,0x00,0xc8,0x00,0x00,0x00,0x00, /-.- 0x00,0x00,0x0

13、0,0x00,0x00,0x0c,0x00,0x0c,0x00,0x0c,0x00,0x00,0x00,0 x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, /-c- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x70,0x00,0xf8,0x01,0x8c,0x01,0x04,0x01,0 x04,0x01,0x8c,0x00,0x88,0x00,0x00,0x00,0x00, /-n- 0x00,0x00,0x01,0x04,0x01,0xfc,0x01,0xfc,0x01,0x84,0x01,0x00,0x01,0x04,0x01,0xfc

14、,0x00,0xfc,0x00,0x00,0x00,0x00 ; /-兩邊加0x0000 是為了兩個(gè)字之間延時(shí)時(shí)不出現(xiàn)字的”拖尾“現(xiàn) 象- uchar code hanzi252 = /-電- 0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1f,0xf0,0x1f,0xf0,0x12,0x20,0x12,0x20,0 x12,0x20,0xff,0xfc, 0xff,0xfe,0x12,0x22,0x12,0x22,0x12,0x22,0x1f,0xf2,0x1f,0xf2,0x00,0 x0e,0x00,0x0e, 0x00,0x00, /-子- 0x00, 0x00,0

15、x00,0x80,0x00,0x80,0x40,0x80,0x40,0x80,0x40,0x80,0x40,0x82,0 x40,0x83,0x47,0xff, 0x4f,0xfe,0x58,0x80,0x70,0x80,0x60,0x80,0x40,0x80,0x01,0x80,0x01,0 x80,0x00,0x80, 0x00, 0x00, /-工- 0x00, 0x00,0x00,0x04,0x00,0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0 x40,0x04,0x7f,0xfc, 0x7f,0xfc,0x40,0x04,0x40,0x

16、04,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40,0 x04,0x00,0x04, 0x00, 0x00, /-程- 0x00, 0x00,0x08,0x20,0x48,0xe0,0x4b,0xc0,0x7f,0xff,0xff,0xff,0x89,0x82,0 x89,0xa2,0xfd,0x22, 0xfd,0x22,0x85,0xfe,0x85,0xfe,0x85,0x22,0xfd,0x22,0xfd,0x22,0x01,0 x22,0x00,0x02, 0x00, 0x00, /-師- 0x00, 0x00,0x00,0x02,0x3f,0xe6,0x3f,

17、0xec,0x00,0x78,0xff,0xf0,0xff,0x80,0 x4f,0xf0,0x4f,0xf0, 0x48,0x00,0x48,0x00,0x7f,0xff,0x7f,0xff,0x48,0x20,0x48,0x30,0x4f,0 xf0,0x4f,0xe0, 0x00, 0x00, /-之- 0x00, 0x00,0x00,0x04,0x10,0x06,0x10,0x0e,0x10,0x1c,0x10,0x18,0x10,0x3c,0 x90,0x24,0xd0,0x64, 0x70,0xc6,0x31,0x82,0x13,0x02,0x16,0x02,0x3c,0x02,0

18、x38,0x02,0x10,0 x02,0x00,0x02, 0x00, 0x00, /-家- 0x00, 0x00,0x00,0x00,0x18,0x94,0x38,0x94,0x28,0xbc,0x29,0xa8,0x29,0x7a,0 xab,0xd3,0xef,0xb3, 0x6d,0xfe,0x28,0xfc,0x29,0xf0,0x29,0x90,0x28,0x98,0x38,0x0c,0x30,0 x0c,0x20,0x08,0x00, 0x00 ; /-兩邊加0x0000 是為了兩個(gè)字之間延時(shí)時(shí)不出現(xiàn)字的”拖尾“現(xiàn) 象-/*-小心圖-*/ uchar code small_he

19、art36 = 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xc0,0x07,0xe0,0x07,0 xf0,0x07,0xf0,0x03,0xf8, 0x03,0xf8,0x07,0xf0,0x07,0xf0,0x07,0xe0,0x03,0xc0,0x00,0x00,0x00,0 x00,0x00,0x00,0x00,0x00 ; /*-大心圖-*/ uchar code big_heart36= 0x00,0x00,0x00,0x00,0x0f,0x80,0x1f,0xc0,0x1f,0xe0,0x1f,0xe0,0x1f,0 xf0,0x

20、0f,0xf8,0x07,0xfc, 0x07,0xfc,0x0f,0xf8,0x1f,0xf0,0x1f,0xe0,0x1f,0xe0,0x1f,0xc0,0x0f,0 x80,0x00,0x00,0x00,0x00 ; /*-笑臉圖-*/ uchar code smile36= 0x00,0x00,0x03,0x80,0x0c,0x60,0x10,0x18,0x20,0xc4,0x4c,0x24,0x4c,0 x12,0x4c,0x12,0x40,0x12, 0x40,0x12,0x4c,0x12,0x4c,0x12,0x4c,0x24,0x20,0xc4,0x10,0x18,0x0c,0

21、 x60,0x03,0x80,0x00,0x00 ; /-兩邊加0x0000 是為了兩個(gè)字之間延時(shí)時(shí)不出現(xiàn)字的”拖尾“現(xiàn)象- uchar code china144 = /-中- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3f,0xe0,0x3f,0xe0,0x10,0x40,0x10,0 x40,0x10,0x40,0xff,0xff, 0xff,0xff,0x10,0x40,0x10,0x40,0x10,0x40,0x3f,0xe0,0x3f,0xe0,0x10,0 x00,0x00,0x00,0x00,0x00, /-國(guó)- 0x00,0x00,0x00,0x00,0

22、x7f,0xff,0x7f,0xff,0x50,0x12,0x51,0x12,0x51,0 x12,0x51,0x12,0x5f,0xf2, 0x5f,0xf2,0x51,0x92,0x51,0xf2,0x51,0x72,0x50,0x12,0x7f,0xff,0x7f,0 xff,0x00,0x00,0x00,0x00, /-行- 0x00,0x00,0x08,0x40,0x18,0xc0,0x31,0x80,0x63,0xff,0xef,0xff,0xce,0 x00,0x46,0x00,0x22,0x00, 0x22,0x02,0x22,0x03,0x23,0xff,0x23,0xfe,

23、0x22,0x00,0x22,0x00,0x22,0 x00,0x02,0x00,0x00,0x00, /-!- 0x00,0x00,0x00,0x00,0x0f,0xfa,0x0f,0xfa,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0 x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0 x00,0x00,0x00,0x00,0x00 ; uchar wave_time = 0; uchar state = 10; / 無(wú)效狀態(tài) uchar flag =

24、 0; / 顯示過(guò)一遍則置1 /-延時(shí)- void delay(uchar time); void main() signed int i; it0 = 1; ie0 = 0; ex0 = 1; ea = 1;/-p1 接上面八位，p0 接下面八位- p1 = 0xff; p0 = 0xff; while(1) /-如果沒(méi)有中斷產(chǎn)生則不顯示- if(!flag) ie0 = 0;/-中斷請(qǐng)求置0- ea = 0;/-關(guān)中斷- /-狀態(tài)轉(zhuǎn)換- switch(state) /- case 0: delay(10); / 使圖形在中央附近顯示 for(i = sizeof(ee)-1;i = 0;i

25、-) p1 = eei; p0 = ee-i; delay(2); flag = 1; break; /-電子工程師之家- case 1: delay(10); / 使圖形在中央附近顯示 for(i = sizeof(hanzi)-1;i = 0;i-) p1 = hanzii; p0 = hanzi-i; delay(2); flag = 1; break; /-中國(guó)行！- case 2: delay(15); / 使圖形在中央附近顯示 for(i = sizeof(china)-1;i = 0;i-) p1 = chinai; p0 = china-i; delay(2); flag = 1; break; /-笑臉- case 3: delay(30); / 使圖形在中央附近顯示 for(i = sizeof(smile)-1;i = 0;i-) p1 = smilei; p