毕业设计（论文）-基于单片机的LED旋转屏设计与研究.doc

南京理工大学紫金学院毕业设计说明书(论文)作 者:学 号：系：电子工程与光电技术系专 业:通信工程题 目:基于单片机的LED旋转屏设计与研究讲师指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2014 年 5 月南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕业设计（论文）评语学生姓名： 班级、学号： 通信一班 100404126 题 目： 基于单片机的LED旋转屏设计与研究 综合成绩： 指导者评语：论文给出了LED旋转屏装置的设计方案，并对其相关理论及设计方案进行了适当地阐述及论证。设计采用STC12C5A32S2作为主控制器，实现了无线短距离供电，旋转LED的平面、立体、显示汉字图片及电子万年历，同时可以通过按键调整显示模式和时间设置等功能。设计方案合理，工作量较大，难度较高。论文结构安排合理，观点论述较准确，语言表达较流畅，图标清晰、规范。符合毕业设计格式要求,完成了任务书的各项要求，在完成课题的过程中该同学已表现出一定的实际动手能力和综合运用所学知识的能力。 建议成绩评定为：良同意提交答辩 指导者(签字)： 年 月 日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日毕业设计说明书（论文）中文摘要本文主要研究基于单片机控制的LED旋转显示屏。LED旋转屏体积小，挪移方便，成像立体美观，因此受到人们的喜爱。LED旋转显示屏在直流电机的带动下利用视觉残留原理显示图像或文字，系统主要由供电模块，显示模块，红外控制模块以及单片机最小系统构成。LED旋转屏采用无线供电的方式，利用电磁感应原理给单片机及高亮度LED灯供电，单排LED在直流电机带动下旋转，可以通过红外遥控控制系统采用不同的模式显示文字。并在系统中装有DS1302时钟芯片，使LED旋转屏能实时显示时间。基于单片机控制的LED旋转屏成本低，成像方式新颖，被广泛应用于宾馆、酒吧、餐厅的娱乐场所，具有很大的市场前景。关键词 旋转显示屏 无线供电 最小系统 红外遥控 Title The Design and Research of the LED rotating display Base on the control of SCM AbstractThe paper mainly analyse the rotating LED display panel based on thecontrol of SCM. With small volume, easy mobility and sharp image formation ,the rotating LED panel is favorable by people .Images and words are displayed on it ,driven by DC machine with the visual residue principle.The system consists of four main components: the power module, the display module ,the infrared control module as well as the smallest system of SCM .The rotating LED panel is powered wirelessly while SCM and high-brightness LED are the supplied power with application of the principle of electromagnetic induction .Single-row LED rotate by the drive of DC machine and display words in differentpatterns based on the infrared remote control system .The system is equipped with DS1302 clock chip ,ensuring the LED panel showing the hour in real time .On account of it low cost, the novel image formation and the wide use in entertainment venues of hotels ,bars and restaurant the rotating LED panel based on the control of SCM has greatmarket prospects.Keywords rotating display wireless power minimum system Infrared remote control 毕业设计说明书（论文）外文摘要 本科毕业设计说明书（论文） 第 II 页 共 II 页目 次1 绪论11.1 LED旋转显示屏概述11.2 LED旋转屏成像原理11.3 课题研究的背景与意义21.4 课题设计的内容和技术指标21.5 本章小结32.1 主控芯片选择方案42.2 系统供电方案42.3 电机选择42.4 系统设计的总体框图52.5 系统的硬件构成62.6 系统各模块的功能62.7 本章小结73 系统硬件电路及实现原理83.1 整体电路83.2 电源模块83.3 显示模块93.4 红外控制模块103.5 单片机最小系统113.6 本章小结124 系统软件设计134.1 整体程序设计134.2 立体显示旋转字程序134.3 平面显示数字时钟程序154.4 平面显示指针表盘程序174.5 红外控制程序194.6 本章小结205 系统硬件调试215.1 系统元件焊接与检测215.2 系统硬件调试215.3 本章小结26结 论27致 谢28参 考 文 献29附录A Protel原理图30 本科毕业设计说明书（论文） 第 33 页 共 30 页1 绪论随着科技的进步，信息的传输成为人们日常生活中不可或缺的一部分，一些简洁新颖的信息传递方式更容易被人们所喜爱。LED显示屏作为一种传递信息的载体，逐渐深入人们的日常生活。随着技术的进步，LED显示屏不断的朝巨型化和微型化两个方向发展。本课题主要研究微型化的室内旋转LED显示屏。与普通只能平面显示的LED显示屏不同，LED旋转屏能够利用视觉残留的原理，通过控制电机保持一定的速度稳定的带动单排LED旋转，形成360显示的环形画面，创造立体效果。这样，人们不管站在哪个角度，都能看到显示内容，还具有一定的浮空效果，就像字体漂浮在空中一样，效果美观新颖。LED旋转显示屏以单片机作为系统控制核心，成本低，制作简单，并且体积小，挪移方便，因此得到广泛的应用。在今后将逐渐取代平面LED显示屏。 1.1 LED旋转显示屏概述随着LED显示技术的发展，人们已不满足让LED显示屏仅仅显示二维画面。各种形式的LED显示技术变得更加成熟，LED显示产品也愈加趋于多样化。与传统的平板LED显示屏不同，LED旋转显示屏以其新颖的显示方式逐渐走进人们的生活之中。LED旋转屏的立体显示效果受到人们的追捧，其360显示方式使得人们不管在哪个角度都能看到图像，没有盲点。并且字体有一定的浮空效果，更加吸引人们的注意。微型化的LED旋转屏体积小，挪移方便，成像立体美观。因此可用在室内作为装饰品，广泛的出现在诸如餐厅，酒吧，宾馆等娱乐场所。LED旋转屏主要以圆盘式旋转运动、柱面式旋转运动、往复式摇摆运动以及球面式旋转运动四种运动方式完成不同的显示形态。圆盘式旋转屏的单排LED灯与转轴垂直，通过旋转能够平面显示图像。与圆盘式旋转屏不同，柱式旋转屏的LED灯与转轴平行，运动状态下图像呈柱面立体显示。往复式摇摆旋转屏又被称为摇摇棒，通过左右的往复甩动完成显示文字等功能。球面式旋转屏则以转轴为直径，将LED灯排列在圆环上，转动之后形成发光的球形画面，立体感更强。当然，上诉几种显示方式并不是十分全面，随着技术的进步，将会有越来越多的旋转LED显示形式出现。1.2 LED旋转屏成像原理LED旋转屏利用POV成像原理。POV 即 “视觉暂留”的意思。当人的眼睛在看到图像之后,人眼中的视网膜能将图像保留一段短暂的时间。当视网膜中保存的图像还没完全消退，人眼又在短暂的时间内看到新的图像时,这些被保存下来的图像就会形成连贯的画面。这就是所谓的“视觉残留”原理。“视觉残留”的原理可以追溯到古时候，当时人们就发现如果在扇子的一面画上鸟笼，另一面画上一只小鸟，当人们快速的转动扇子，就形成了鸟在笼子里的现象。LED旋转屏成像就是利用这种视觉残留的原理设计而成。当高速旋转的电机带动单排LED快速旋转，单片机控制单排LED灯上不同位置的发光二极管在短暂的时间内点亮或熄灭，那么每一列LED灯的显示都不同。由于电机旋转速度很快，因此按一定时间点亮的LED灯就会在人的大脑里形成连贯的图像，呈现出有意义的显示画面来。为了让单排LED灯转动后能够实现文字的显示，采用文字取模的原理，将取得的字模导入代码，再送至单片机。这样，在电机带动下旋转的单排LED就能将图像呈360显示。1.3 课题研究的背景与意义进入信息时代后， LED行业以成为一个极具发展前景的新兴行业。利用LED显示屏传播信息的手段随处可见。街边的广告牌，银行大厅的信息显示，楼宇灯饰，体育赛事的计分屏幕，这些都与LED显示屏息息相关。因此，LED显示屏成为社会信息化的重要标志，具有广大的市场前景。 LED显示屏具有广泛的应用领域，通过对本课题的研究能更加深入的了解LED显示屏的实现原理与设计思路，并通过实际动手加深对所学知识的整合与运用。随着科技的进步，LED旋转显示屏不仅成本低，而且图像立体美观，在现代娱乐场所，诸如宾馆、餐厅、酒吧等地方大受欢迎。随着LED显示技术的发展，LED显示屏将会从室内走到室外，显示内容也变得更加有层次更加生动。因此，基于单片机的LED旋转显示屏的设计与研究也显得更加有意义。1.4 课题设计的内容和技术指标1.4.1 本次毕业设计的内容1）按LED旋转屏控制系统设计的技术要求，选择方案，要求阐述方案工作原理。2）按课题技术要求设计LED旋转屏系统的硬件电路和相关的软件程序。要求对硬件电路和相关软件程序加以必要说明。3）仿真所设计的LED旋转屏电路。使用Protues仿真软件，按技术要求验证系统设计的正确性。4）实物制作所设计的LED旋转屏系统实验样机。5）实物制作所设计的LED旋转屏系统实验样机。按技术指标要求测试系统的技术指标。1.4.2 本次设计要求的技术指标1）完成总体方案设计；2）设计一个完整的电路：旋转屏规格：横向：20只LED灯，纵向：16只LED灯单片机：STC12C5A60S2；系统响应时间为40MS；3）能够静态和动态高速旋转显示汉字，例如“天道酬勤”；4）能够实时显示电子万年历；5）实现PC机和单片机通信，通信波特率：9600；6）选择旋转屏及红外遥控完成输入，输出功能;7）采用KeiluVision2进行程序设计和protues的仿真；8）了解和掌握Protel的使用方法。1.5 本章小结本章主要概述了本课题的研究背景以及LED显示屏的研究意义。LED显示屏在信息化社会中占据越来越重要的地位，LED行业也成为高速发展的新兴行业，因此对于LED显示屏的研究也更加有意义。本课题研究的LED旋转显示屏利用视觉残留的原理，通过控制电机保持一定的速度稳定旋转，带动单排LED旋转，形成360显示的环形画面，创造立体效果。2 系统总体方案设计2.1 主控芯片选择方案2.1.1 方案1采用STC89C51单片机。STC89C51单片机能满足LED旋转屏系统的需求，达到控制LED旋转屏显示文字的功能。但是由于本设计中LED旋转屏主控板面积较小，采用STC89C51单片机将会占据主控板面积的很大一部分，照成系统重心调节不易的麻烦，因此不采用此芯片作为系统的主控芯片。2.1.2 方案2采用STC12C5A32S2单片机为核心控制器件。STC12C5A32S2是贴片式单片机，体积小，重量轻，不会照成重心调节不易的麻烦。并且STC12C5A32S2单片机具有足够的I/O端口和中断引脚以及方便的编程下载能力，完全能够满足LED旋转屏系统的要求。故采用此芯片作为系统的主控芯片。 2.2 系统供电方案 2.2.1 方案1采用固定电池供电。即在LED显示屏主控板上装一个蓄电池，采用蓄电池直接为系统供电。这种供电方式比较简单。但是，存在一些难以解决的问题。首先，蓄电池能够提供的电源有限，不能长时间的为LED灯以及单片机提供电源。其次，由于电池的体积和重量比较大，不仅增加了旋转重心调节的难度，使系统难以平衡。而且旋转显示屏工作时需要高速旋转，体积较大的蓄电池一旦在离心力的作用下被甩出去将会照成安全隐患，因此需要将蓄电池固定在主控板上，但这也造成了蓄电池更换不易的问题。故不采用此方法。2.2.2 方案2取两个电感线圈，利用电磁耦合的原理给单片机及高亮度LED灯供电。该方案主要由两个线圈，自激振荡电路与整流滤波电路组成，直流电经自激振荡电路转为交流电，交流电接初级感应线圈。而次级感应线圈在电机的带动下旋转，切割磁感线，产生感应电动势，再经整流滤波电路整流后给单片机及LED供电。此方法容易实现，故能够采用。2.3 电机选择2.3.1 方案1采用步进电机。步进电机由脉冲频率和脉冲个数控制电机的转动速度以及停止的位置，因此可以用来定位。但是图像或者文字的分辨率受到步进电机的步进角度的限制。并且步进电机接收的脉冲需要单片机提供，需要占用单片机的I/O口，增加电路复杂度。而且采用不进电机成本较高，故不推荐使用此方案。2.3.2 方案2采用普通的电机。普通电机不需要与单片机连接，只为LED旋转屏的旋转提供动能，并带动无线供电模块中的电感线圈转动即可。关于定位则可以在底座和主控板上装一对红外传感器即可，电路简单，不需要占用系统资源。而且普通电机成本低，使用方便，综合各方面考虑，采用普通电机更佳。2.4 系统设计的总体框图对系统的设计方案进行论证之后，得到了系统的总体设计框图。系统框图如图2.5所示。系统主要由电源模块、显示模块、红外控制模块以及单片机最小系统组成。其中电源模块采用无线供电的方案，利用电磁感应原理给单片机供电。显示模块由单排LED构成，单片机根据电机旋转速度控制LED灯发光或熄灭，因此旋转起来的LED利用视觉残留的原理便能在视觉上显示文字或图像。红外控制模块采用市面上常见的遥控器发送红外信号，由红外接收头接收信号，将信号发送给单片机的外部中断，触发单片机读取中断子函数，完成红外控制。单片机最小系统则以单片机为核心控制器件，外加复位电路与时钟电路。图2.5 系统总体框图2.5 系统的硬件构成系统的硬件部分主要有单片机STC12C5A60S2最小系统，红外传感器测速定位系统及LED显示部分组成。单片机是系统的主控单元。单片机及其构成的最小系统单元控制系统信息的采集，及测速定位系统的各项数据，用来调节系统。红外传感器是用来测定电机转速，根据转速来定扫描时间。LED显示部分是通过电机带动高速旋转的单排LED灯，利用人眼的视觉残留特性来呈现文字的。2.6 系统各模块的功能系统主要由电源模块、显示模块、红外接收模块以及单片机最小系统等模块组成。电源模块主要用来给单片机及LED灯供电。整个电源模块由直流电源、直流转交流电路、初级感应线圈、次级感应线圈以及电机组成。首先由直流电源经过自激振荡电路将直流电变为交流电，电机接交流电后高速旋转，带动单排LED灯运动，形成显示画面。电机高速旋转时经过整流滤波后利用电磁感应原理经过初、次级感应线圈给单片机及高亮度LED灯供电，使系统能够正常运行。 显示模块主要由横向20只LED灯与纵向16只LED灯构成。LED旋转屏利用视觉残留的原理，通过控制电机保持一定的速度带动单排LED稳定旋转，形成扫描显示屏。当电机带动单排LED灯高速旋转时，由于视觉残留，横向20只LED灯能平面显示图像，如电子万年历等；而纵向16只LED灯能立体显示图像，如文字“天道酬勤”等。通过文字取模，将取得的字模导入单片机，由单片机控制LED灯的点亮与熄灭，旋转后就能显示完整的图像了。 红外控制模块主要由遥控器和一体化红外接收管组成。控制时遥控器发射红外信号，一体化红外接收管接收信号后，将信号发送给单片机，单片机接收到信号就激发外部中断，由中断程序控制完成不同的功能，显示不同的图像，如立体文字或显示时间。 控制模块主要由单片机最小系统，红外传感器构成。采用STC12C5A60S2单片机为核心控制器件，完成系统的各种控制。红外传感器是用来测定电机转速，根据转速来定扫描时间。单片机最小系统由振荡电路和复位电路等构成，控制LED灯的点亮和熄灭显示文字，以及系统上电复位等功能。2.7 本章小结本章主要对本次课题设计做了方案论证，对系统的供电、电机的选择、主控芯片的旋转等问题给出了方案选择思路。系统以STC12C5A60S2单片机为核心控制器件，进行LED旋转屏设计。关于电机的选择，决定采用速度较高的直流电机。对系统的供电问题，经综合考虑决定采用无线供电的原理。对方案进行论证之后，设计出了系统总体框图。系统主要由电源模块、显示模块、红外控制模块以及控制驱动模块组成。电源模块除了给电机供电使其旋转外，还利用电磁感应原理经感应线圈给单片机以及LED灯供电。显示模块主要通过控制高速旋转的LED灯的暗亮来显示图像。单片机最小系统则以单片机为核心控制器件。主要控制LED灯何时点亮何时熄灭，形成完整图像。还要对红外遥控装置送来的信号做实时处理，完成各种功能。3 系统硬件电路及实现原理3.1 整体电路设计 经过方案论证选以及对系统整体框图进行设计之后，查阅各芯片的资料得到芯片连接的电路结构后，通过Protel软件画出电路原理图（详见附录A）。如图3.1所示图3.1整体电路图3.2 电源电路设计无线供电主要利用了电磁感应原理：闭合电路中的一部分导体与磁场发生相对运动，切割磁感线时，该部分导体会产生感应电流。无线供电就是应用这一原理给单片机及LED灯供电的。首先将直流电经自激振荡电路转成交流电，带动电机旋并将交流电供给初级线圈。电源接通瞬间，输入端接收到信号，经过三极管放大后，反馈电路将放大的信号送到输入端，如此周而复始，信号会越来越大，直到三极管进入非线性工作状态，信号就被稳定在一定的幅值输出。自激振荡电路如图3.2所示：图3.2 自激振荡电路次级线圈在电机带动下高速旋转，切割磁感线，利用电磁感应原理得到交流电。交流电经过桥式整流电路将交流电变成单向脉冲直流电，再经过电容滤波，滤波后的电流经过稳压管，便能够得到稳定的直流电。从而给单片机及高亮度LED灯提供电源。整流滤波电路如下所示：图3.3 整流滤波电路3.3 显示电路设计LED旋转显示屏由横向20只LED灯，纵向16只LED灯构成。LED即发光二极管，是一种电致发光的光电器件。主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成。发光二极管具有正向导通、反向截止的特性。在一定条件下，它还具有发光特性。LED旋转显示屏就是由这些发光二极管组成，高亮度的LED灯在单片机的控制下按照一定的时间点亮或熄灭，利用视觉残留的原理，通过控制电机保持一定的速度稳定旋转，带动单排LED旋转，形成连贯的图像。由此得出显示模块的硬件电路图，如图3.4所示。为了保持LED灯的亮度，以及保护LED灯不会被烧坏，需要在共阳极发光二极管的正极接上拉电阻，再由上拉电阻接高电平，发光二极管的负极分别接至单片机各个I/O口，通过单片机送来的低电平使发光二极管导通。这样，单片机就能通过控制I/O口发送的数据来控制LED何时点亮或熄灭。 图3.4纵向单排LED显示电路3.4 红外控制电路设计红外控制模块主要由遥控器和一体化红外接收头组成。其中遥控器主要由按键、编码芯片、红外发射管组成，作为红外信号发送端。一体化红外接收头将红外接收二极管、放大、解调、整形等电路做在一起，只有三个引脚，分别是5V电源、地、信号输出，作为信号接收端。当我们按下遥控器按键时，遥控器能够对遥控信息进行编码，再由红外发射管将编码之后的信息转为红外信号发送出去。一体化红外接收头接收到遥控器送来的红外信号后，将信号送往单片机解码，系统就会按照解码后的信息做出判断，完成相应操作。一体化红外接收头连接电路如下图所示。图3.5 红外接收头连接电路3.5 单片机最小系统电路设计系统以STC12C5A32S2单片机为核心控制器件控制系统的运行。STC12C5A32S2主板原理图如图3.5所示， RST口外接复位电路，完成系统的复位控制。而XTAL1与XTAL2接时钟晶振电路，为单片机工作提供时钟频率。图3.6 STC12C5A32S2主板原理图 为了让LED灯旋转起来能够实时显示时间，系统还需要一个时钟电路。时钟电路主要由实时时钟芯片DS1302构成，电路图如3.6所示。DS1302工作时，RSTW引脚接高电平，当RSTW引脚上的电平被拉低时，DS1302复位。SCLK引脚则接到单片机P3.5口，由单片机为DS1302提供外部时钟，I/O口与单片机P3.6口连接，用来读写DS1302寄存器内的数据。图3.7 时钟电路系统用判断红外起点的方法开始显示，每转一圈，列数往后移动一列，显示完指定的字数后循环，让整一圈都能显示字，盲点很小。因此还需要在系统主控板上和供电板上安装一队红外对管。当电机转完一圈以后，主控板上的红外接收管回到起点位置，接收红外发射管发出的信号，才能正常显示文字。红外接收管电路如下图所示：图3.8 红外接收管电路3.6 本章小结本章主要概述了本次课题设计各个模块的实现原理，并给出了电路图。其中电源模块采用无线供电的方案。显示模块则利用视觉残留的原理，通过控制电机保持一定的速度稳定旋转，带动单排LED旋转，形成扫描显示屏，经过高速旋转后实现文字的显示。红外控制模块主要由遥控器和一体化红外接收头组成。控制系统完成相应操作。单片机最小系统则由STC12C5A32S2单片机，红外对管以及DS1302时钟芯片组成。单片机外接复位电路、晶振电路、时钟电路，完成系统要求的各项功能，如显示电子万年历或显示文字等。4 系统软件设计4.1 整体程序设计LED旋转显示屏在电机的带动下旋转显示文字，每转一圈，红外接收管接收到信号，单片机将取字模后得到的数据发送至单片机I/O口，控制单排LED上的发光二极管按一定的顺序点亮或熄灭， LED灯显示列数往后移动一列，显示完指定的字数后循环此过程。程序总体框图如图4.1所示。 图4.1 总体程序框图系统软件程序主要包含了立体显示旋转字程序，平面显示数字时钟程序，平面显示指针表盘程序，红外控制程序等。4.2 立体显示旋转字程序立体显示旋转字程序主要完成LED旋转显示屏纵向16只LED灯在电机带动旋转下显示文字的功能。当程序运行时，纵向16只LED灯显示文字。程序用判断红外起点的方法开始显示，每转一圈，列数往后移动一列，显示完指定的字数后循环，让整一圈都能显示字，盲点很小。此种方法的弊端是没用中断，一圈的开始后必须要显示完指定的列数才能退出。在这个程序中如果参数设置过大会造成头吃尾的后果，如果过少盲点又会太大，要根据电机速度来调整参数。假设我们想让LED显示屏显示42个字，那么由于一个字需要16列LED灯才能完整显示，所以定义参数J=42*16，这样，就不会出现最后一个字不能完整显示的情况了。为了避免头吃尾或者有显示盲点的情况出现，还要定义一个参数i，假设我们想让字幕旋转一圈显示8个字，那么i=16*8。部分程序如下： void main(void)uint i=0,j=0 ; led1=0 ; /主程序中只检测按键while(1)if(KEY=0) /红外接收管 判断起始位 j+; if(j672) /根据显示的字数定义改数值672/16=42个字 j=0 ; for(i=j;i4;DelayUs(200);/延时让LED亮起来 每列延时的时间P2=0XFF;P4=P5=0XFF;4.3 平面显示数字时钟程序LED旋转屏系统中装有DS1302时钟芯片。DS1302芯片内含实时时钟，能够对时间进行计时，将时间信息存储在DS1302芯片内部的静态RAM寄存器中。时钟芯片可以通过同步串行方式与与单片机进行通信，将RAM内存储的数据发送给单片机，或者单片机将数据写入DS1302芯片中。单片机通过与DS1302通信，将取得的数据发送到I/O口，就能控制LED旋转屏平面显示数字时钟了。系统工作时，根据时序图决定何时向芯片写入数据或读取数据。读写时序图如4.3所示：图4.3 DS1302读/写时序图单片机只有根据DS1302读写时序图决定何时从DS1302中读取数据或写入数据才能实时显示时间。当DS1302进行写操作时，每当SCLK来一个上升沿，便将数据的最低位锁存进DS1302中，8个上升沿之后便完成一帧数据的写入，主要程序如下：void W1302(uchar ucAddr, uchar ucDa)T_RST = 0; T_CLK = 0; /*先清零时钟总线*/T_RST = 1; /*逻辑控制有效，开始写入数据*/RTInputByte(ucAddr); /* 地址，命令 */RTInputByte(ucDa); /* 写1Byte数据*/T_CLK = 1; /*给CLK一个上升沿*/T_RST = 0; /*完成后禁止写入*/与写入不同，单片机从DS1302内部读取数据时，当SCLK到来一个上升沿时，从DS1302中读取最低位数据，紧接着时钟上升沿到来，将读取到的数据送至I/O口，让单片机读出，主要程序如下：uchar R1302(uchar ucAddr)uchar ucData;T_RST = 0; T_CLK = 0; /*先清零时钟总线*/ T_RST = 1; /*逻辑控制有效，开始读出*/ RTInputByte(ucAddr); /* 地址，命令 */ucData = RTOutputByte(); /* 读1Byte数据 */T_CLK = 1; /*给CLK上升沿高平*/T_RST = 0; /*完成后禁止读出*/return(ucData);LED旋转屏平面显示数字时钟时能显示时分秒，如显示7点23分13秒时，会在旋转屏上出现07：23：13的字样。为了能够实时将时间显示在屏幕上，单片机需要将从DS1302中读取到的数据送至I/O口，控制LED旋转屏显示时分秒。主要程序如下：/*显示时分秒数据*/for(i=0;i4;uiicount+;delay(1);P2=P4=P5=0XFF;P2=byte_read(2+uiicount*2);/读取内部EEPROM字幕数据 数据在2地址后P4=byte_read(2+uiicount*2+1);P5=byte_read(2+uiicount*2+1)4;uiicount+;delay(1);P2=P4=P5=0XFF;if(BIT_timeout)return; 4.4 平面显示指针表盘程序本设计中的LED旋转屏不仅能够平面显示数字时钟，还能平面显示指针表盘。为了让LED旋转屏能够以指针表盘的形式显示时间，首先我们要构建一个表盘，并显示出刻度。首先，让最外侧的LED始终点亮， LED灯高速旋转后就能显示出一个圆形表盘。其次，表盘之上还需要有刻度，表盘上有1至12个刻度，分别代表1至12点，假设我们以12点的刻度为0，那么1点的刻度则为360/12*1=30。这样，我们可以让最外侧的两只LED每转30就点亮一个瞬间，当横向20只LED高速旋转时，就能将1至12点的刻度全部显示出来。其主要程序如下：switch (DISP_LINE) case 360*1/12 : /1点case 360*2/12 : /2点case 360*4/12 : /4点case 360*5/12 : /5点case 360*7/12 : /6点case 360*8/12 : /7点case360*10/12 : /10点case 360*11/12 : /11点P1=0x3F;break;case 360*3/12 : /3点case 360*6/12 : /6点case 360*9/12 : /9点case 0: /12点P1=0x1F;break;有了表盘还不够，还需要指针。指针的显示原理与刻度类似。区别在于时分秒的指针长度不一样。这里我们让时针用7只LED显示，分针用9只LED显示，秒针则可以用11只LED显示。假设现在是4点01分，那么可以在120的位置点亮内侧7只LED，电机带动LED继续旋转246之后点亮内侧9只LED灯，由于时间很短暂，因此在我们眼中就能把时针和分针同时显示出来，如显示“时”的指针。其主要程序如下:/显示指针时i = Hour ;j = Hour ;if ( +i 179 ) i=0 ; /i+1,结果179,则清零if ( -j 179 ) i=359 ; /j-1,结果为负,则重新赋值179if( (Hour-3)=DISP_LINE) )if(Hour-2)=DISP_LINE)|(Hour+2)=DISP_LINE)P0=0XFB;else if(Hour-3)=DISP_LINE)|(Hour+3)=DISP_LINE)P0=0XFD;if(Hour=DISP_LINE)/|(DISP_LINE=i)|(DISP_LINE=jP1=P1|0X1F ;P0=0XF0 ;Led1=0;Led2=0;Led3=0; 4.5 红外控制程序LED旋转屏还要满足红外控制的功能。控制时遥控器发射红外信号，一体化红外接收管接收信号后，将信号发送给单片机，单片机接收到信号就激发外部中断，由中断程序控制完成不同的功能，显示不同的图像，如立体文字或显示时间。进行红外控制时，系统首先开定时器，然后判断遥控器有无按键按下，若无按键按下则不改变当前操作，若检测到有按键按下，则需要判断按键时间是否达到，若没有达到则不改变当前操作，若按键时间达到则激发外部中断，系统根据按键的不同采取相应的操作。具体程序如下：void serviceINT0(void) interrupt 2 using 1 /中断函数。用于红外线读数。static unsigned char m=0;TR1=1;T0_CNT_bk = T0_CNT; / 备份前一个下降沿到本下降沿的时间间隔T0_CNT = 0x00; / 清空时间计数值if(TimeOut) / 如果超时TL0 = TIMER0_COUNT; / 初始化定时器0 TimeOut = 0; / 清除超时标志m = 0; / 复位数据位T0_CNT = 0x00; / 清空时间计数值Guide = 0; / 清除引导标志Continuous = 0; / 清除连_发标志else / 正常按键时长58.5ms76.5msif(Guide | Continuous) / 如果引导码有效IR_Timem+ = T0_CNT_bk; / 保存时间间隔if(m = 32) / 接收够32数据后m = 0;Guide = 0; / 清除引导标志new_code=1;TR1=0;/*进行解码操作*/Decode(); / 解码if(T0_CNT_bk GTime) / 如果时间间隔引导码时长Guide = 1; / 使能引导标志m = 0;if(T0_CNT_bk CTime) / 如果时间间隔连_发码时长 Continuous = 1; / 使能连_发标志m = 0;4.6 本章小结本章主要对系统的软件进行了设计。系统总体程序由立体显示旋转字程序，平面显示数字时钟程序，平面显示指针表盘程序，红外控制程序等部分组成。在本章中对各个程序的设计思路进行了讲述，并给出了主要程序部分。5 系统硬件调试5.1 系统元件焊接与检测了解LED旋转屏的工作原理，完成系统的方案论证，并给出硬件电路图之后，就可以着手进行元件的焊接。焊接时注意电阻的阻值以及电容的大小，不能将元件参数弄错。有些元器件不分正负极，但有些元件则区分正负，不能将元器件的正负接反，造成电路短路。焊接时要避免虚焊，尽量焊接的美观一些。焊接完成后还需要对电路板进行重心调节，使LED旋转屏工作时能够稳定的工作，由于焊接完的系统元件分布不一，且重量不同。因此，不能简单的将主控板的中心点当成重心。可以利用杠杆原理，找出主控板两端的平衡点，该点即是系统的重心。为了更好更精确的完成配重，还可以在主控板两端加装螺丝等重物使得整个系统平衡。硬件电路板焊接完成后需要在上电前对各个元件进行检测。需要检查是否有元件的引脚因为虚焊照成电路不能正常工作的情况，其次还需要仔细检查电路中是否有短路的情况存在。检查时，可以先检查VCC和GND，再将系统各个模块分开，检查每个模块中元器件引脚是否焊接正常，电路设计是否正确。检查确认电路焊接没有问题后才能给系统上电，查看是否能按照软件设计中的程序实现各种功能。5.2 系统硬件调试5.2.1 PC2002与STC-ISP软件使用为让一列灯旋转起来以后能不断的送数据显示文字，这里需要采用文字取模的原理。本次设计选用了PC2002文字取模软件。 软件有两种工作模式：字符模式和图形模式；默认是图形模式。假设我们要建立一个1616的心形，完成设定以后，看到图5.2所示画面：图5.2 图形模式界面界面中以点阵格式显示了图形背景，每一个小方块代表一个像素，在每一个小方块内单击左键可以将方框变黑，表示画上了一个点，通过这样的操作，用户可以自己用鼠标画出要在液晶上显示的图形。确定了图形之后，点击设置图标，会出现如图5.3所示界面。我们可以按照自己的要求完成字模的设置，然后点击生成字模，确定后软件将会生成字模，并以TXT文件保存。 图5.3 字模设置界面关于字符模式，操作方法和图像模式一致，当用户在菜单栏的模式菜单中选取字符模式后看到图5.4所示的图形。在界面的中心区域都变成了点阵格式，而非先前的空白模式。在图5.4中下部的文本框中输入要转换的文字，如“天道酬勤”，点击生成字模后保存，就能得到文字字模了。图5.4 文字模式界面通过PC2002取模软件取得字模之后，我们便可将取得的字模导入C程序中，这样，LED旋转屏便能够在单片机的控制下根据程序生成我们想要显示的文字了。STC-ISP 是一款单片机下载编程烧录软件，为了将程序烧录进LED旋转显示屏主控板中的STC12C5A60S2单片机，需要用到STC-ISP软件。打开STC-ISP软件后会显示如下界面，界面如图5.5所示。图 5.5 STC-ISP界面出现如上图所示界面后，我们只要在界面中完成对软件的设置后便可通过USB串口下载器与单片机连接完成程序的烧录了。首先，在界面中的MCU Typ选择框中选择单片机型号，这里选用了STC12C5A60S2单片机。选择了单片机型号之后还要对计算机串口进行配置，在COM选择框中选取COM4。然后对通信波特率进行设置，根据课题任务要求选取通信波特率为9600。这些都设置完成后，便可对程序进行下载了。下载时通过USB串口下载器完成PC机与单片机的连接。点击下载按钮后会显示下载进度条。下载完成后，程序就被烧录进单片机了。5.2.2 测试系统各个模块LED旋转屏上电之后，还需要往单片机内烧录程序测试一些模块是否能正常工作，主要对LED焊接是否正常，红外对管是否正常，DS1302芯片能否正常运行，系统能否完成红外遥控等模块的检测。为了检测旋转屏上LED灯能不能正常工作，可以往单片机内部烧录一个流水灯程序，只要给单片机供电，每一只LED灯都应该能够发光。如果有哪只LED灯不亮，那么可以确定该LED已烧坏或存在虚焊的情况。红外对管在显示中起着非常重要的作用，如果不正常系统是不能正常工作的，这就是起点检测。检测红外对管时可以先用手机摄像头查看红外发射管是否发光，确定红外发射管正常发光后，往单片机内烧录立体显示字程序。如果红外对管同步出现问题，则LED旋转屏不能正常显示文字或图像。测试DS1302芯片是否能够正常工作时，可让将DS1302提供的秒数据码送至单片机的P1口并发送给串口显示，这样我们就能查看DS1302芯片是否工作正常了。显示方式如下图所示：图5.6 串口显示时分秒数据测试红外遥控能否正常工作时，可往单片机烧录一个红外解码程序，使单片机能够对NEC格式红外码进行解码，解码后把数据码显示在P1口并且发送给串口显示，如果制作中发现红外遥控无法使用可用此程序测试是否是红外接收头损坏或者虚焊等问题。显示方式如下图所示：图5.7 串口显示红外数据码5.2.3 LED旋转屏效果图展示1)立体显示字效果图立体显示字模式下，程序控制LED旋转屏纵向16只LED灯点亮或熄灭，形成立体字图像。我们可以导入不同的字模显示不同的文字。效果图如下： 图5.8立体显示效果图2)平面显示字效果图平面显示字模式下，程序控制LED旋转屏横向20只LED灯点亮或熄灭，形成平面字图像。通过程序可以让LED旋转屏平面显示表盘指针时钟。效果图如下：图5.9平面显示表盘指针3)立体平面综合显示字效果图立体平面综合显示模式下，LED旋转屏不仅能立体显示文字，还能够在平面上显示数字时钟。效果图如下：图5.10 平面立体综合显示字5.3 本章小结本章主要对系统硬件进行调试。电路板焊