LED摇摇棒设计

毕业设计论文LED摇摇棒摘要：随着科技的不断发展，社会的不断进步，供人们娱乐休闲的工具越来越多，摇摇棒也随之成为一个热点产品。“摇摇棒”是基于人眼视觉暂留原理而产生的,当进行摇动时，由于人的视觉暂留会在发光二极管摇动区域产生一个视觉平面，从而达到在该视觉平面上传达信息的作用。本文介绍了以STC单片机控制为主控芯片、配合高亮度LED二极管以及水银开关构成简易摇摇棒的设计过程，通过分时刷新16个发光二极管来显示输出文字或图案等信息。关键词：摇摇棒、单片机、LED摘要毕业设计论文2目录1.绪论................................................................12.摇摇棒的基本原理....................................................22.1基本原理.........................................................22.2缺陷及其解决方案.................................................22.2.1缺陷.........................................................22.2.2解决方案.....................................................23.硬件设计与实现......................................................33.1硬件基本结构.....................................................33.2STC单片机结构与原理.............................................43.2.1STC12C5412AD的各引脚功能....................................53.3.2STC12C5412AD的内部资源......................................53.4ISP下载的实现...................................................73.4.1在系统可编程序（ISP）原理使用说明............................83.4.2电脑端的ISP控制软件界面使用说明.............................94.软件设计与实现.....................................................104.1软件设计的思想与结构...........................................104.1.1软件设计的思想...............................................104.1.2软件设计的结构..............................................104.2LED显示控制模块原理及实现方法..................................114.3图像点阵原理及实现方法..........................................125.PCB制作工艺及流程.................................................135.1印制电路板的介绍................................................135.2PCB设计流程....................................................135.2.1印制电路板的设计的一般步骤..................................135.2.2印刷板制作工艺流程..........................................146.实验测试及问题分析与解决..........................................156.1实验测试.......................................................156.2制作过程中的问题及解决方法......................................156.2.1硬件电路调试...............................................156.2.2软件程序调试...............................................15致谢.................................................................17参考文献.............................................................18附录1...............................................................19附录2...............................................................21毕业设计论文LED摇摇棒11.绪论随着人们物质生活水平的提高，人们对精神生活的追求也愈加强烈，对信息的渴求已成为了人们必不可少的需要，更加简捷与新颖的信息传递方式无疑会给人们带来耳目一新的感受。而现代工具务求简捷化、便携化，因此，摇动显示装置的到来，必将会给人们带来一种新的方便的文化传递方式。让你的心声闪烁在夜空——LED摇摇棒横空出世！LED摇摇棒又叫摇摇棒、魔棒、闪光棒、闪字棒、闪图棒、星光棒。LED摇摇棒的诞生是闪光系列产品中的一大革命，它最大的神奇之处，是在手中左右摇晃LED摇摇棒，就会在棒子划过的轨迹上留下清析的文字或图案。目前市场上，这是最新，价格最低，可远距离观看的一款电子产品。设计具有市场前景，可满足各种大型演出、集会、游行等宣传需要，为人们的生活提供便利。目前LED摇摇棒的优势。LED摇摇棒可显示内容有：中文、英文、日文、韩文、图案等。显示内容可设计成单色显示、双基色显示，一根棒可存储、显示多幅文字或图案。目前研发生产的LED摇摇棒具有的优势如下：1、在控制模块上，设计了USB接口。2、LED摇摇棒，采用专利驱动技术，具有摇晃速度自适应系统。根据使用者摇动速度自动调整显示速度，不论摇晃的速度快或慢，图象始终稳定显示。3、在LED摇摇棒的手握部分，设计成手柄，更人性化，而且使得摇晃过程中，显示内容的定位更准确。4、这种设计的软件可拓展性能强大，现今拓展了可通过USB接口连接线对显示内容进行编辑和更换的功能。未来，将可能实现图象与音乐自主相结合的功能等等。3.硬件设计与实现毕业设计论文22.摇摇棒的基本原理2.1基本原理人的眼睛存在视觉暂留现象，正因为眼睛反应迟钝，才丰富了人的视觉感受，LED摇摇棒很好地利用了人眼的视觉暂留特性。运用最新专利电子技术研制而成的线阵LED运动成像的高科技产品。LED摇摇棒是在手摆动到不同位置的时候，让位于一条直线上的LED显示二维图像的不同的列，利用人眼的视觉暂留效应，实现图形扫描显示。输出信号频率的控制通过单片机来实现，用16个发光二极管进行不同频率的亮灭刷新。当进行摇动时，由于人的视觉暂留原理，会在发光二极管摇动区域产生一个视觉平面，在视觉平面内的二极管通过不同频率的刷新，会在摇动区域内产生图像，从而达到在该视觉平面上传达信息的作用。具体地说，已知摇摇棒从一侧摆动到另一侧所需的时间是0.8秒，把0.8秒分成64份，则每一列的图形显示时间为0.0125秒。每一列对应两个八位的字节，16位字节对应16个LED发光二极管，然后在这每一份的时间里显示图形的相应一列，则可以得到完整的图形显示。2.2缺陷及其解决方案2.2.1缺陷LED摇摇棒利用的是人眼的视觉暂留特性制作而成，LED发光管作为画面每一列的显示，左右摇晃起到了扫描的作用，人眼的视觉暂留现象使得看到的是一幅完整的画面。然而，它也有它的不足之处：1.在LED显示模块中，如果LED灯的数量过少，在显示时就会导致最终在显示文字时分辨率降低，从而显示的图像等不够细腻；2.摇摇棒在摇晃的过程中，如果显示的文字，图像等信息左右不对称，在回扫的过程中如继续显示图象信息的话就可能出现反向重影的现象，导致图象或信息显示错误。2.2.2解决方案1.对于显示模块中，LED灯的数量太少导致的问题。可以在制作的过程中，适当的增加LED灯的数量。比如，通常我们是使用的是16或者32个LED发光二极管。但是如果需要64或者128个LED发光二极管，那就得通过单片机外接译码器来实现了。2．对于重影问题，可用水银开关或者惯性开关解决的。摇摇棒在摇动时，通过水银开关自身的重力作用，只能在朝某一方向摇动时电路才会接通，同时也才会显示图形，文字等信息；在反向回扫过程中开关自动关闭，LED就不显示内容，所以可以通过接一只水银开关来控制，使摇摇棒从左向右摇动时将内容清晰的显示出来。毕业设计论文LED摇摇棒33.硬件设计与实现3.1硬件基本结构硬件电路的系统电源VCC为5V，下载程序和调试时一定要保证5V电压，实际使用时用3节干电池串联4.5V即可。STC12C5412AD单片机作为控制器，在它的P1、P2口接有16只以共阳的方式连接的高亮度LED，由单片机输出低电平点亮。S2为水银开关。硬件电路包括三部分：LED显示模块、单片机控制模块以及下载口模块。即：图3.1硬件电路模块实物图如下：图3.2实物图1.LED显示部分由：16个高亮度的发光二极管，16个270欧姆的电阻以及水银开关组成。其中水银开关的作用：棒在摇动时，只能在朝某一方向摇动时显示，否则会出现镜像字或镜像画面，所以通过接一只水银开关来控制，使摇摇棒从左向右摇动时将内容显示出来。图3.3LED显示模块2.单片机部分由：一个11.059MHz的晶振以及两个25pf的电容构成的晶振电路、一个23uF的电容，10K的电阻以及复位开关构成的复位电路、芯片STC12C5412ADLED显示模块单片机控制模块下载口模块水银开关3.硬件设计与实现毕业设计论文4三部分构成。图3.4单片机最小系统图3.MAX232串行接口部分由：芯片MAX232、5个10uF的电容、RS232接口构成。图3.5下载口模块3.2STC单片机结构与原理STC12C5412AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟单片机，是高速/低功复位开关毕业设计论文LED摇摇棒5耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路，4路PWM，8路高速10位AD转换，针对电机控制，强干扰场合。3.2.1STC12C5412AD的各引脚功能1.I/O端口输入输出引脚P1.0—P1.7：P1口是一个漏极开路双向I/O口。在访问外部存储器时，它是分时多路转换的地址和数据总线，在访问期间激了内部上拉电阻。P2.0—P2.7：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。它的各个引脚还有相应的图3.6STC12C5412AD引脚图其他功能，如P3.0和P3.1口分别有串行数据接收和发送的作用；P3.2和P3.3有外部中断的功能；P3.4和P3.5有定时/计数器0/1的外部输入的功能等。2.控制线控制引脚（RST）RST为复位信号，当输入的复位信号延时两个机器周期以上的高电平即时有效，用以完成单片机的复位初始化操作。3．外接晶振线XTAL1和X