課程設計模板

1、應用物理學專業(yè)實驗課程設計題 目 學生姓名 學 號 學 院 專業(yè)班級 指導教師 完成日期 太原理工大學應用物理學專業(yè)實驗課程設計任務書課程設計題目：基于單片機的16LED搖搖棒的設計設計目的：針對物理學專業(yè)實驗課程要求，對學生進行實用型電子線路設計、安裝、調試等各環(huán)節(jié)的綜合性訓練，培養(yǎng)學生運用課程中所學的理論與實踐緊密結合，獨立地解決實際問題的能力。設計任務和要求：1. 基于AT89S52單片機設計一款LED顯式棒（又稱搖搖棒）；2. 該搖搖棒能夠顯示字母、漢字及簡單的圖案等；3. 掌握點陣屏的顯示原理，并將其運用到搖搖棒的顯示中去；4. 學會使用Altium Designer設計印制電路板；

2、設計內(nèi)容：1. 畫出搖搖棒的原理圖；2. 畫出軟件程序流程圖；3. 焊接電路板，調試程序，并對不合理之處加以改正；4. 遞交課程設計報告（打印稿），程序應有適當注釋。推薦的主要參考文獻：1. 張俊謨.單片機中級教程.北京航空航天大學出版社，2006.10 2. 趙建領.單片機開發(fā)寶典.電子工業(yè)出版社，2007.43. 譚浩強.C程序設計.清華大學出版社，2009.74. 電子線路基礎輕松入門.人民郵電出版社，2010.65. 杜洋.制作SHOOK16搖搖棒.無線電雜志，2010.1學生應交出的設計文件：1. 課程設計說明書2. 搖搖棒的電路原理圖工作計劃及進度： 2012年 12月25日12月

3、27日：查閱資料； 專業(yè)班級 要求設計工作的起止日期 指導老師簽字： 日期 教研室主任審查簽字： 日期 系主任批準簽字： 日期 應用物理學專業(yè)實驗課程設計說明書基于單片機的16LED搖搖棒的設計目錄第一章 概述2第二章 設計方案32.1 設計目的32.2 設計要求32.3 設計思路3第三章 硬件設計43.1 水銀開關43.1.1 水銀開關的原理：43.2 搖搖棒原理圖43.2.1 單片機最小系統(tǒng)：53.2.2 LED顯示系統(tǒng)：53.3 硬件制作6第四章 軟件設計84.1 軟件設計思路84.2 主程序流程圖84.3 漢字取模軟件94.4 程序編寫10第五章 總結16參考文獻17第一章 概述標題：

4、黑體16磅加粗居中，單倍行距，段前0磅，段后18磅內(nèi)容：宋體12磅，多倍行距 1.5行，段前段后0磅 注意：每一章都要從新的一頁開始。LED顯示棒，又稱搖搖棒，是一種利用視覺暫留效應制作的“高科技”玩具?？梢杂谩办o如處子，動如脫兔”來形容它，即當靜止時，它只是幾個LED發(fā)光二極管（后簡稱LED） ，而一旦按照一定的頻率去搖晃它，它就會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。本設計要求制作LED顯示棒。通過搖晃時形成的亮燈區(qū)域能分辨出“藍色”兩個字。一級節(jié)標題：黑體14磅頂左，單倍行距，段前24磅，段后6磅第二章 設計方案2.1 設計目的本次設計制作的是一個顯示棒，基本要求就是

5、要小巧、輕便，所以要將單片機的系統(tǒng)板簡化設計。 通過本次設計，加強學生對MCS-51單片機的深刻理解，提高學生的設計能力和動手能力。2.2 設計要求設計一個16只高亮度LED發(fā)光二極管構成的搖搖棒，通過單片機編程配合手的左右搖晃就可呈現(xiàn)一幅完整的畫面，可以顯示字符、圖片。2.3 設計思路 本系統(tǒng)要求設計一個LED顯示棒且需要有按鍵進行內(nèi)容切換，它主要是由中央控制部分，LED驅動部分，LED顯示部分以及電源部分組成。單片機將提取的字模進行存儲，當接收到按鍵輸入的指令時單片機就將相應的字模代碼通過I/O口輸出，使LED燈點亮，利用視覺暫留原理最終使圖案完整的顯示在擺動的顯示屏中。1. LED燈的選

6、擇：高亮LED發(fā)光二極管。高亮LED比普通LED的顯示效果要好很多。2. 外部中斷信號產(chǎn)生方式：通過外部中斷可以控制數(shù)據(jù)開始傳輸?shù)臅r刻。選擇好外部中斷來源是本次制作的難點及重點。使用水銀開關。通過搖晃使得水銀開關的水銀珠與觸點接觸和斷開，利用這種接觸產(chǎn)生的電平變化來觸發(fā)中斷，結合軟件控制顯示，制作簡單，使用方便。3. 16只LED發(fā)光管作為畫面每一列的顯示，左右搖晃起到了掃描的作用人眼的視覺暫留現(xiàn)象使得看到的是一幅完整的畫面。與LED點陣的顯示有幾分相仿。第三章 硬件設計3.1 水銀開關 水銀開關，又稱傾側開關，是電路開關的一種，以一接著電極的小巧容器儲存著一小滴水銀，容器中多數(shù)為真空或注入惰

7、性氣體。3.1.1 水銀開關的原理：圖1 水銀開關剖析圖圖片標注： 楷體 12磅 置于圖片下居中，序號與圖片名間空兩格二級節(jié)標題：黑體13磅頂左，單倍行距，段前12磅，段后6磅，序號與題名間空兩格 因為重力的關系，水銀水珠會隨容器中較低的地方流去，如果同時接觸到兩個電極的話，開關便會將電路閉合，開啟開關。 注意：水銀對人體及環(huán)境均有毒害，因此使用水銀開關時，請務必小心謹慎，以免破出；在不再使用時，也應該妥善處理。3.2 搖搖棒原理圖圖2 搖搖棒原理圖上圖包含兩個主要部分：單片機最小系統(tǒng)和LED顯示部分。3.2.1 單片機最小系統(tǒng)：圖3 振蕩電路本裝置采用了AT89S52單片機，它支持直接通過串

8、口線下載程序，對于本設計而言，顯示文字需經(jīng)常改變，AT89S52方便許多，因此選擇AT89S52作為本設計所用的單片機。振蕩電路采用12MHz晶振，每個機器周期為1s。ISP選擇為六腳ISP下載口，由于搖搖棒為長條形外觀，使用六腳ISP下載口可以更節(jié)省空間。圖4 ISP下載口3.2.2 LED顯示系統(tǒng)： 本裝置采用了16個3MM高亮LED,其額定工作電壓在3V左右，因此可串聯(lián)一個可承受較大電流的二極管1N4007來進行分壓，為設計方便，二極管采用共陽接法。16個LED分別接在P0和P2口上。圖5 LED顯示模塊首先，我們根據(jù)LED點陣屏的顯示原理：點陣屏的顯示分為行掃描與列掃描兩種，列掃描是將

9、我們的字模數(shù)組通過點陣屏的行驅動進行輸入，然后通過列對每一行進行掃描，當列為低（高）電平、行為高（低）電平時則表示該點為圖案的一部分，將其讀出、顯示。它的順序可以總結為：行不斷的送數(shù)據(jù)，每送完設置的信息后列進行讀取，然后行再次送數(shù)據(jù)，列再次讀取依次循環(huán)下去，一幅完整的圖案就顯示在了顯示屏上。而本次設計的LED顯示棒數(shù)據(jù)傳輸原理與LED點陣屏相似?？梢园袻ED顯示棒看成是LED點陣屏中的一列。為了使顯示的圖案清晰，我們使用了16個LED管將它們排成一列，整個屏在靜止時也就相當于16行×1列。數(shù)據(jù)傳輸時我們同樣使用行送數(shù)據(jù)、列掃描。在擺動過程中，應用視覺暫留原理，我們點亮的列不會很快的消

10、失，而是隨著擺動的方向繼續(xù)向前移動，只要移動的速度高于視覺暫留的最短時間顯示內(nèi)容就不會熄滅，至此，一幅圖案也就可以這樣被“擺動”出來了。3.2.3 水銀開關的作用：棒在搖動時，只能在朝某一方向搖動時顯示，否則會出現(xiàn)鏡像字或鏡像畫面，所以通過接一只水銀開關來控制，使搖搖棒從左向右搖動時將內(nèi)容顯示出來。整套系統(tǒng)以AT89S52單片機作為核心控制系統(tǒng)，使用16只LED燈作為顯示屏，其中16只直接與單片機I/O口相連。當水銀開關觸發(fā)中斷T1時，單片機向16只LED傳送數(shù)據(jù)，依據(jù)人體的視覺暫留原理，隨著顯示棒的擺動前進，輸出數(shù)據(jù)的列也不會立刻消失而是隨著擺動逐漸顯示在了形成的扇形區(qū)域。3.3 硬件制作

11、由于制作PCB板的成本太高，我使用了長條形的洞洞板，手工焊接，跳線連接。因此做工比較粗糙。原先使用的是直徑5mm的紅色LED，感覺太大了些，遠看效果很好但近看圖6 搖搖棒實物圖時字不夠連貫。后改為3mm的高亮LED，效果好了很多。 水銀開關里的水銀珠很活躍，導致在接通時容易產(chǎn)生抖動，所以將水銀開關斜向上放置（尖朝斜上方45°角），靠水銀珠自身重力的作用減少抖動：水銀開關圖7 水銀開關的位置IC座里面隱藏元件，既美觀又能保護元件，還可以節(jié)省空間：圖8 單片機最小系統(tǒng)實物圖第四章 軟件設計4.1 軟件設計思路在搖動LED棒的時候單片機必須單程傳送數(shù)據(jù)否則顯示的圖形會產(chǎn)生重影，影響視覺效果

12、。因此當系統(tǒng)開始工作后通過慣性開關的位置來使單片機實現(xiàn)單程傳送數(shù)據(jù)給LED。如果水銀開關位于右邊，則進入外部中斷1并將一變量置1,。在變量為1期間讓單片機以一定的頻率將數(shù)據(jù)傳送給LED。如果水銀開關位于左邊，則進入外部中斷0并將變量置0,。在這期間單片機不會傳送數(shù)據(jù)給LED。在送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)送完后應延時一段時間來使搖動時顯示的每個字不會太擁擠。之后再立刻熄滅LED并開始重新判斷水銀開關的位置。4.2 主程序流程圖通過軟件設計思路分析，得到該系統(tǒng)的主程序流程圖如下：系統(tǒng)開始運行，內(nèi)部進行初始化后，等待外部中斷。當搖動到指定位置時，由水銀開關出觸發(fā)外部中斷，再經(jīng)過一段時間延時后開始顯示。顯示完成返

13、回主程序，等待下一個搖動周期的到來。4.3 漢字取模軟件 漢字取模軟件采用曉奇工作室提供的液晶漢字取模軟件，設置方便，簡單實用。圖10 漢字取模軟件參數(shù)設定為：輸出格式：從上到下從左到右 C語言編程取模方式：縱向8點下高位字庫選擇：粗宋16點陣4.4 程序編寫本程序由keil軟件編寫，程序如下：/*程序名稱：LED搖搖棒顯示64*16像素編 寫：某某某時 間：2012/01/11*/#include <reg52.h>#define KEY P30 /定義畫面切換按鍵unsigned char KY; unsigned char pic=0,num=0; /pic為按鍵次數(shù)；/*漢

14、字模數(shù)*/unsigned char code newyear = /新 0x00,0x00,0x44,0x22,0x4C,0x1A,0x7C,0x4E, 0xD7,0xFF,0xE6,0x7F,0x7C,0x0E,0x5C,0x9A, 0x44,0x60,0xFE,0x3F,0xFC,0x1F,0x46,0x00, 0xC2,0xFF,0xC3,0xFF,0x62,0x00,0x40,0x00,/年 0x00,0x00,0x20,0x04,0x10,0x04,0x18,0x04, 0xEC,0x07,0xCF,0x07,0x4A,0x04,0x48,0x04, 0xF8,0xFF,0xF8,

15、0xFF,0x48,0x04,0x48,0x04, 0x68,0x04,0x4C,0x04,0x08,0x06,0x00,0x04,/快 0x00,0x00,0xC0,0x00,0x60,0x00,0xFF,0xFF, 0xFE,0x7F,0x30,0x80,0x60,0x41,0x08,0x71, 0x08,0x3D,0xFF,0x0F,0xFE,0x07,0x08,0x0D, 0xF8,0x39,0xFC,0x71,0x08,0xE1,0x00,0x41,/樂 0x00,0x00,0x00,0x40,0x80,0x20,0x80,0x30, 0xFE,0x1C,0xFC,0x0E,0x84

16、,0x24,0x84,0x40, 0xFE,0xFF,0xF6,0x7F,0x82,0x00,0x83,0x02, 0xC2,0x0C,0x80,0x18,0x00,0x70,0x00,0x20;unsigned char code school =/太 0x00,0x00,0x00,0x80,0x20,0x40,0x20,0x60, 0x20,0x30,0x20,0x1C,0x20,0x0F,0xFF,0x1B, 0xFE,0x70,0xA0,0x23,0x20,0x0E,0x20,0x38, 0x20,0x70,0x30,0x60,0x20,0xC0,0x00,0x40,/原 0x00,0

17、x00,0x00,0x80,0x00,0x70,0xFF,0x3F, 0xFE,0x4F,0x02,0x20,0xFA,0x33,0xF2,0x5D, 0x5A,0x49,0x5E,0xFF,0x56,0x7F,0x52,0x05, 0xF2,0x0B,0xFA,0x19,0x13,0x70,0x02,0x20,/理 0x00,0x00,0x44,0x10,0x44,0x30,0xFC,0x1F, 0xFC,0x1F,0x46,0x08,0x44,0x48,0xFF,0x45, 0xFE,0x44,0x92,0x44,0xFE,0x7F,0xFE,0x7F, 0x92,0x44,0xFE,0x

18、45,0xFF,0x64,0x02,0x40,/工 0x00,0x00,0x00,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40, 0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40,0xFC,0x7F, 0xFC,0x7F,0x04,0x40,0x04,0x40,0x04,0x40, 0x06,0x40,0x04,0x60,0x00,0x40,0x00,0x00;/*n（us）延時子程序*/void delay_us(unsigned int n)while(n-);/*顯示子程序*/void display1(void)unsigned char i;delay_us(5000)

19、; /延時時間不定，試著調整使得顯示內(nèi)容居中即可for(i = 0;i < 64;i +)P0 = namei*2;P2 = namei*2+1;delay_us(1000);void display2(void)unsigned char i;delay_us(5000); /延時時間不定，試著調整使得顯示內(nèi)容居中即可for(i = 0;i < 64;i +)P0 = newyeari*2;P2 = newyeari*2+1;delay_us(1000);void display3(void)unsigned char i;delay_us(5000); /延時時間不定，試著調整使得顯示內(nèi)容居中即可for(i = 0;i < 64;i +)P0 = schooli*2;P2 = schooli