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摇摇
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摇摇棒的设计,摇摇,设计
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合肥师范学院2015届本科毕业论文（设计）I附件4学号： 本科毕业论文（设计）手册( 届) 学 院 专 业 姓 名 指导教师 职 称 等 级 目 录本科毕业论文(设计任务书X本科毕业论文(设计)开题报告X本科毕业论文(设计)中期报告X本科毕业论文(设计)指导记录X本科毕业论文(设计)答辩记录X本科毕业论文(设计)成绩评定表X合肥师范学院本科毕业论文（设计）任务书（指导教师、学生共同签订）学号1108441046姓名郭树新指导教师陈晓婷题目题目来源A.实验 B.实习 C.工程实践 D.社会调查 E.教研 F.科研 G.其它类别A.论文 B.设计 C.其它 性质A. 理论研究 B. 应用研究 C. 综合研究 D.其它一、指导教师责任。（一）指导教师应端正思想，把培养人才放在首位,注重培养学生的学习能力、实践能力和创新能力。严格要求学生，培养学生科学严谨的态度和实事求是的作风。（二）指导教师应当对学生进行学术道德、学术规范教育，对毕业论文（设计）进行适当指导（不少于8次），对毕业论文（设计）是否由其独立完成进行审查。（三）指导教师在指导毕业论文（设计）期间请假应事先布置学生任务，或委托他人代为指导。请假2周以上者，须经院系批准；请假超过4周者，应及时向院（系）申请调整指导教师。（四）接受并并执行院系指导教师遴选和评价具体办法以及学校、院系相关考核。二、学生责任。（一）学生应按照专业人才培养方案规定，参加毕业论文（设计）与综合训练。（二）学生应重视毕业论文（设计），严格遵守学校、院系相关制度；按照要求参加院系毕业论文（设计）集中指导；在校外撰写毕业论文（设计）的，要遵守所在单位的有关规章制度。（三）学生应在指导教师指导下，查阅文献、搜集资料、实地调研，撰写文献综述、开题报告、论文（设计说明书）等；经常、主动向指导教师汇报论文（设计）进展情况，接受指导。毕业论文（设计）完成后，应按规范要求提交材料，并按时参加答辩。（四）学生应按时完成各阶段任务，保证毕业论文（设计）质量；应恪守学术道德和学术规范，在指导教师指导下独立完成论文，不得抄袭；严禁弄虚作假、请人代替完成；否则，任何时候一经发现均取消成绩，并追究当事人责任。教师签名： 学生签名： 年 月 日指导小组(教研室)意见：组长签名:院(系)意见：负责人签名：合肥师范学院本科毕业论文（设计）开题报告（学生填写）学号1108441046姓名郭树新指导教师陈晓婷题目摇摇的设计课题内容：（研究现状、目标、意义等，空白不足可增加页面）研究意义：LED 摇摇棒它是基于人的视觉暂留原理而被设计出来的。它通过分时更新或刷新16 个发光二极管来显示需要输出文字或者图案等信息。输出信号频率的控制使用单片机来实现，需要使用摇动传感器来检测当前摇动状态。当摇动进行的时候，由于人的视觉暂留原理，就会在发光二极管摇动的区域内产生了一个视觉平面，而在视觉平面内的二极管就可通过不同频率的刷新，在摇动区域内产生某些图像，从而达到在该视觉平面上传达信息的作用。目标：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。“摇动显示装置”，俗称“摇摇棒”，是基于人的视觉暂留原理1，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的显示装置。输出信号频率的控制通过单片机来实现2，用摇动传感器检测当前摇动状态。当进行摇动时，由于人的视觉暂留原理，会在发光二极管3 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，从而达到在该目的。 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。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，每一列的图形显示时间为0.0125秒。每一列对应两八位的字节，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。课题关键问题及难点：1.在LED显示模块中，如果LED灯的数量过少，在显示时就会导致在显示文字时分辨率降低，从而在显示文字或图像时分辨率过低。2.摇摇棒在摇晃过程中，如果显示的文字，图像等信息左右不对称，在回扫的过程中如果继续显示图像信息的话可能出现反向重影的现象，导致图像或信息显示错误。拟采取的方式、方法及计划进程安排（主要技术路线）：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。参考文献：1刘玉,王浩全. LED摇摇棒的单片机实现.R中北大学动态测试重点基础实验室2 万光毅,严义编著.单片机实验与实践教程M. 北京航空航天大学出版社, 20033 陈京培. AT89S52单片机实验系统的开发与应用D. 江南大学 20074刘玉，张秀林，安然. LED摇摇棒的单片机实现.R中北大学动态测试重点基础实验室5 樊勇. 浅谈视觉暂留现象J. 初中生世界(八年级物理). 2011(Z6)6 柏德葳. 全球LED产业发展动态J. 电子测试. 2007(08)7 李光飞等编著.单片机课程设计实例指导M. 北京航空航天大学出版社, 20048刘玉,王浩全. LED摇摇棒的单片机实现.R中北大学动态测试重点基础实验室9 TN873 柳铭 基于视觉暂留原理的摇动显示设计D东北石油大学指导教师意见：教师签名： 年 月 日指导小组(教研室)意见：组长签名： 年 月 日合肥师范学院本科毕业论文（设计）中期报告（学生填写）学号1108441046姓名郭树新指导教师陈晓婷题目摇摇棒的设计（简述开题以来工作进展和成效、存在的问题、下一步计划与安排）开题以来，制作实物所需的零件都已准备齐全，并初见雏形，现零件清单如下：1. 3*25万用板2.1n4007二极管3.晃动开关4.1k电阻5.40脚座6.10k电阻*2 7.STC89c518.10uf电容9.30pf电容*210按键11.拨动开关12. 12m晶振13. 5mm红Led*1614. 5mm黄Led15.导线若干16.焊锡若干17.两节5号电池盒*2在只做过程中同样遇到问题：不足之处：1.在LED显示模块中，如果LED灯的数量过少，在显示时就会导致在显示文字时分辨率降低，从而在显示文字或图像时分辨率过低。2.摇摇棒在摇晃过程中，如果显示的文字，图像等信息左右不对称，在回扫的过程中如果继续显示图像信息的话可能出现反向重影的现象，导致图像或信息显示错误。下一步的计划就是解决这些问题，并尽快将实物调试好。指导教师意见：教师签名： 月 日指导小组(教研室)意见：组长签名： 月 日合肥师范学院本科毕业论文（设计）指导记录（指导教师、学生共同填写）学号1108441046姓名郭树新指导教师陈晓婷题目摇摇棒的设计第 1 次指导 时间：2014年11月5日 地点： 躬行楼213 指导形式：面谈第 2 次指导 时间：2014年11月19日 地点： 躬行楼213 指导形式：面谈第 3 次指导 时间：2014年12月10日 地点： 躬行楼213 指导形式：面谈第 4 次指导 时间：2015年1月7日 地点： 躬行楼213 指导形式：面谈第 5 次指导 时间：2015年3月11日 地点： 躬行楼213 指导形式：面谈第 6 次指导 时间：2015年3月25日 地点： 躬行楼213 指导形式：面谈第 7 次指导 时间：2015年4月15日 地点： 躬行楼213 指导形式：面谈第 8 次指导 时间：2015年4月22日 地点： 躬行楼213 指导形式：面谈（可根据记录内容需要调整页面大小；指导形式指面谈、邮件等形式） 学生签名：郭树新 教师签名： （指导记录可连续填写，每2次指导记录之间空两行，时间、地点、签名、指导形式等格式相同）合肥师范学院本科生毕业论文（设计）答辩记录学号1108441046姓名郭树新指导教师陈晓婷题目摇摇棒的设计答辩组成员组长申远职称职务成员职称成员职称成员职称成员职称成员职称成员职称答辩秘书 答辩时间月 日 时陈述、提问及回答情况记录：答辩秘书签名： 答辩组长签名： 年 月 日合肥师范学院本科生毕业论文（设计）成绩评定表 学号 姓名指导教师题目内容提要及指导教师意见评分：（百分制） 指导教师签名： 年 月 日评阅教师评阅意见评分：（百分制） 评阅教师签名： 年 月 日答辩小组答辩意见评分：（百分制） 组长签名： 年 月 日答辩委员会意见总评分数：（百分制） 论文等级：（五级制） 评定人签名： 负责人签名： 总评成绩=指导教师评分*25%+评阅教师评分*25%+答辩小组评分*50%11 本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计）(2015(2015 届届) )摇摇棒的设计 院 系 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 郭树新 指导教师 陈晓婷 助教 学号：1108441046合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）22目目 录录摘摘 要要.4ABSTRACTABSTRACT.51 绪论.61.1 研究背景.61.2 国内外现状.71.3 研究目的与意义.71.4 本章小结.72 系统总体设计.72.1 设计要求.72.2 系统设计方案.83 系统硬件设计 .931 51 单片机简介.93.2LED 灯的简介 .103.3 基本原理与硬件电路设计 .114 系统软件设计 .134.1 主程序.13合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）335 联调与测试 .145.1 硬件调试 .145.2 软件调试 .145.3 系统实物图 .155.4 本章小结 .15结论与展望.15致谢.16参考文献.17附录 A：系统原理图 .18附录 B：系统实物图 .19附录 C：系统源程序 .20合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）44摘摘 要要LED 摇摇棒是现今十分流行的一种玩具，在人们的各种聚会以及节日中都可见得到它的身影。LED 摇摇棒它是基于人的视觉暂留原理而被设计出来的。它通过分时更新或刷新16 个发光二极管来显示需要输出文字或者图案等信息。输出信号频率的控制使用单片机来实现，需要使用摇动传感器来检测当前摇动状态。当摇动进行的时候，由于人的视觉暂留原理，就会在发光二极管摇动的区域内产生了一个视觉平面，而在视觉平面内的二极管就可通过不同频率的刷新，在摇动区域内产生某些图像，从而达到在该视觉平面上传达信息的作用1。它主要依靠单片机来实现此种功能，单片机就是它的主控制器。轻微摇动就可以显示好多种不同的魔幻画面(可根据客户要求制作文字和图案)如:大家好、我喜欢你、生活愉快、美满幸福、学业有成、我爱你、恭喜发财、红红火火、猴子、牛马、老鼠、蝴蝶等等文本或图形真是奇形怪状，变换无穷。奇妙有趣、令人叫绝！ 在演唱会、文艺演出、及各种比赛场合，挥舞着的发光棒上可以显示出各种你所需要的文字、符号、图像等，能够极大地活跃现场气氛，调动观众情绪。试想一下，当你手中的发光棒显示出“某某某”，或“我爱你”的字样时，即使你无法与心中的偶像面对面交流，他也能感受到来自你的热情。 “数码摇摇棒”使用优质工程塑料，质量轻、无污染、高强抗冲击。而且所设计的图案可以多次更新，使用四节常规7号电池，更方便、更通用、更环保！ “数码摇摇棒”采用人体工程学流线设计，通体圆角过渡，在快速摇动中体贴保护您的手掌。产品并附带手绳，防止摇动中意外脱手。关键词关键词：单片机；摇摇棒；开关；发光二极管 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）55AbstractShake LED is a kind of popular toys，we can say it in all kinds of party and festival.It isbased on the principle of persistence of vision，and controls 16 leds to display the output text or design information through the single-chip microcomputer.We control the output signal frequency through the single chip microcomputer and use the shaking sensor to test the current state of shaking.When shaking，due to the persistence of vision principle，It can produce a visual plane in the light emitting diode shaking area.It will produce images in the shaking area through the diode refreshing in different frequency in the visual plane.So as to achieve the visual plane in the role of conveying information. It relies mainly on the single chip microcomputer to realize the function, single chip microcomputer is its main controller. Gently shake can display a variety of beautiful picture ten words (according to customer requirements and design), such as: hallo, happy birthday, all the luck, prosperous, bon voyage, I love you, learning progress, a thriving business, the business is thriving, dragon, cow, horse, rat, butterfly. Such as text or design changes. Wonderful interesting, amazing!In concerts, theatrical performances, and all kinds of competitions, waving glow sticks can show all the features you need on the text, symbols, images, etc., can greatly the active atmosphere, mobilize the audience mood. Imagine, when you are in the hands of the glow stick show XXX, or when the words I love you, even if you cant communicate with hearts idol face to face, he could feel the passion from you.Digital shake stick use high quality engineering plastic, light quality, no pollution, high impact resistance. And graphics can be repeatedly updated, the power supply section use 3 AAA batteries (7), more convenient, more general, more environmental protection!Digital shake stick with human body engineering streamline design, perfect the rounded transition, in the rapid movement and protect your hands. Products with hand rope, prevent the accident of shaking.Keywords ：single-chip microcomputer ；Shake LED ；Mercury switch ；LED合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）661 1 绪论绪论1.11.1 研究背景研究背景 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。 “摇动显示装置” ，俗称“摇摇棒” ，是基于人的视觉暂留原理，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的显示装置。输出信号频率的控制通过单片机来实现，用摇动传感器检测当前摇动状态。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，从而达到在该目的。2目前 LED 摇摇棒的优势。目前研发生产 LED 摇摇棒具有的优势如下：1、市场比较大，经过外观设计做成一根棒状产品，摇一摇就会出现精美的图案或者文字，具有很强的娱乐性。2、低廉的成本。由于产品所用到的材料相对比较便宜，因此这些产品的价格定得低，具有非常强大的市场竞争力的。3、这种设计的软件可拓展性能强大，以后拓展可通过 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，前景广阔。LED 摇摇棒则很好地来利用了人们眼睛的视觉暂留性。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 摇摇棒是在人手晃动到比一样的位置的时候，而让置于一条直线上的 LED 来显示二维图像的不同的列，并且利用人眼的视觉暂留效应，实现图形扫描显示2。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，每一列的图形显示时间为 0.0125 秒。每一列对应两八位的字节，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3。人们对摇摇棒的认识应该是取决于玩具摇摇棒，在 2014 年中国队摇摇棒市场做了一次调查，具体内容数据显示在2014 年中国 LED 数码摇摇棒市场调查报告中。他是合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）77LED 数码摇摇棒市场深入广泛调研基础上，利用其强大的数据库平台而完成的最新报告。报告通过科学的统计、数据模型分析和定性定量研究预测等方法对 LED 数码摇摇棒市场的现状进行全面调研及深度分析，重点突出产品现状调研及分析，主要包括：行业现状、生产调研、消费调研、销售渠道分析、竞争调研、进出口市场调研、上下游市场调研、细分市场调研等。该报告为企事业客户提供充分的市场信息及准确的调研分析，对其制定市场策略、企业战略、投资决策、并购重组等经营投资活动提供权威、客观、可靠的依据。因为此报告须付费才可以查看，所以我只能在论文中大致介绍一下，并不能查看其具体内容。如其他人有兴趣可以前往电子档案查看4。网络上关于摇摇棒的介绍大致相同，并没有多少种特色介绍，对摇摇棒感兴趣的同学可以尝试自己动手制作一个，其中的乐趣就会自己明了。而以下文字，图片等就是在我自己亲手制作一个摇摇棒的过程中总结，践取出来的。1.21.2 国内外国内外现状现状目前 LED 摇摇棒的优势。摇摇棒课显示的内容有：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，一根棒课存储，显示多幅文字可图案。目前研发生产的 LED 摇摇棒具有如下优势：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， ，具有摇晃速冻自适应系统。根据使用者摇晃速度自动调整显示速度。无论摇晃的速度快或慢，图像始终显示稳定。3.在 LED 摇摇棒的手握部分，设计成手柄，更加的人性化。并且使得使用过程中，显示内容的定位更加的精确。4.这种设计的软件可拓展性能强大，现今拓展了课通过 USB 接口连线对显示内容进行编辑和更换的功能，未来，将可能实现图案与音乐自主相结合的功能等。1.31.3 研究目的与意义研究目的与意义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，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，在显示时就会导致在显示文字时分辨率降低，从而在显示文字或图像时分辨率过低5。合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）882.摇摇棒在摇晃过程中，如果显示的文字，图像等信息左右不对称，在回扫的过程中如果继续显示图像信息的话可能出现反向重影的现象，导致图像或信息显示错误。1.41.4 本章小结本章小结 该章节主要是对 LED 摇摇棒设计做一个整体的认识和任务分布并且对可能遇到的问题给予解答。先如下给出解决方法。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6。 2 2 系统总体设计系统总体设计2.12.1 设计要求设计要求本文通过研究和设计一个利用事先编好程序来控制 16 个 LED 发光二极管，并配合左右手的摇晃来显示字符和简易图形的电子装置（简称为“摇摇棒” ） ，来传递有趣的信息。此装置利用 AT89C51 单片机对发光二极管阵列进行控制。用滚珠开关检测当前摇动状态，单片机控制 16 只发光二极管进行不同频率的亮灭刷新，则只需要摇动就可以可显示输出文字及图案等信息，从而达到在该视觉平面上传达信息的作用7。2.22.2 系统设计方案系统设计方案1.1.设计目的设计目的本次设计制作的是一个显示棒，基本要求就是要小巧、轻便，所以要将单片机的系统板简化设计。 通过本次设计，加强学生对 MCS-51 单片机的深刻理解，提高学生的设计能力和动手能力。 2.2.设计要求设计要求设计一个 16 只高亮度 LED 发光二极管构成的摇摇棒，通过单片机编程配合手的左右合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）99摇晃就可呈现一幅完整的画面，可以显示“老师好我是电气 2 班郭树新” 。 3.3.设计思路设计思路本系统要求设计一个 LED 显示棒且需要有按键进行内容切换，它主要是由中央控制部分，LED 驱动部分，LED 显示部分以及电源部分组成，如图所示 图 2-1单片机将提取的字模进行存储，当接收到按键输入的指令时单片机就将相应的字模代码通过 I/O 口输出，使 LED 灯点亮，利用视觉暂留原理最终使图案完整的显示在摆动的显示屏中8。1.LED 灯的选择：传统 LED 发光二极管。颜色多样，在可以同样显示图案的前提下使用它更为经济。2.外部中断信号产生方式：通过外部中断可以控制数据开始传输的时刻。选择好外部中断来源是本次制作的难点及重点。使用惯性开关。通过摇晃使得惯性开关的摆杆与焊接的左右两个触点接触，利用这种接触产生的电平变化来触发中断，结合软件控制显示，制作简单，使用方便。3.抗重影方案的选择：使用外部中断控制数据传输时刻。外部中断信号由惯性开关产生，触发方式为下降沿触发。惯性开关左右两边的触点分别与单片机两个外部中断接口相连，默认为高电平，摇动的摆杆接地。惯性开关处于不同位置进入不同的中断，从而决定何时送数据。该方案简单易行，可以保证数据是单程传输的，避免了重影。不摇动时把惯性开关处在左边就可以使 LED 棒熄灭，可以达到省电的效果。 2.32.3 本章小结本章小结合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）1010该章主要对摇摇棒的系统设计作了简单但系统的介绍，对其设计目的，设计要求及其思路做了充足的阐述。并且给出了一个粗略框图以便形象充分的展示摇摇棒的制作原理。 3 3 系统硬件设计系统硬件设计3 31 1 5151 单片机简介单片机简介20 世纪以来，单片机的发展非常的迅速，世界上一些著名的厂商投放市场的产品就有几十个系列，数百个品种。尽管各个公司生产的单片机品种很多，我国使用最多的还是 Inter 公司的 MCS-51 系列及其兼容单片机。包括三个基本型 8031,8051,8751。其都具有品种全，兼容性强，性价比高等特点。成为应用最广泛的 8 位单片机。其代表型号是ATMEL 公司的 AT89 系列，它广泛应用于工业测控系统之中。其基本功能如下：微处理器（CPU）数据存储器（RAM）程序存储器（4KB Flash ROM）21 个专用寄存器2 个 16 位定时器|计数器 一个全双工串行通信口外部数据存储器寻址空间为 64kB外部程序存储器寻址空间为 64kB逻辑操作位寻址功能双列直插 40PinDIP 封装单一+5V 电源供电CPU：包括运算器和控制器两大部分，变企鹅增加了面向控制的位处理功能；RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；ROM：用来存储程序，如果片内程序存储容量不够，片外最多可外扩程序存储器至 64KB；I/O 口：用作输入同时也可用作输出。共四个八位串行口。 ；T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；5 个中断源，2 个中断优先权；一个全双串行口，具有四种工作方式。可用语串行通信；扩展并行 IO 口；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）111151 单片机最小系统如下图 3-1 所示 图 3-1 单片机最小系统3.2LED3.2LED 灯的简介灯的简介二极管又称晶体二极管,通称 LED。下图 3-2 是发光二极管的结构图：图 3-2 发光二极管结构图当单片机的 P1 和 P2 的十六个口输出低电平时，LED 灯的阴极就是低电平，在水银开关的作用下，5V 的电压加到 LED 的阳极，LED 就有电流通过，这样就能发光。当单片机的 P1 和 P2 口有高电平输出时，LED 的两端就是高电平，虽然有小的电压差，但是小的电压差产生的电流是无法驱动 LED 灯发光的。一般 LED 的驱动电压要有 1.5V 以上，电流要在 200mA 以上，不同的 LED 的驱动电压和电流是不同的。发光二极管是由 P，N 型半导体组成的晶片，发光原理为注入式的二极管叫发光二极发光二极管的结构合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）1212管，即 LED。 当它两端加上正向电压，即为正向工作状态时，当电流从二极管阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，电流强弱不同光线不同，3.33.3 基本原理与硬件电路设计基本原理与硬件电路设计16 只 LED 发光管的硬件电路如下图所示。其硬件电路如图 3-3 所示：EA/VP31X 119X 218RESET9RD17WR16IN T012IN T113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29A LE/P30TXD11RXD10G ND20V cc40STC89C51/52C110ufS1V CCC330pC230pY 112MH ZV CCS112关关关2V CCLED 8LED 2LED 1LED 5LED 7LED 3LED 4LED 6R110KLED 16LED 10LED 9LED 13LED 15LED 11LED 12LED 14R21KV CCV CC12关关关1-+D 14007LED 0ZD关关关关R310KV CC 图 3-3系统硬件图因为系统电源为 5V，所以在下载程序调试是必要的，用以确保电压为 5V 电，51 单片机作为主控制器，P1，P2 口接有 16 只高亮度的 LED 以共阳的方式连接,当单片机输出低电平时，LED 灯就会被点亮。P1，P2 口上拉电阻是不能少的。系列 LED 普通终端 D1,二极管将产生一些压力下降,下降的原因是用来 LED 不能承受高电压,测试时通过 LED 灯的电压 3 v 左右,属于安全范围的负担得起的。（1）LED 显示模块首先，我们根据 LED 点阵屏的显示原理：LED 点阵的行线上加载扫描选通信号。列线上为数据输入，当行线上有一个负脉冲选通信号时，列端思维数据中为“1”的发光二极合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）1313管导通点亮。显示采用逐行扫描方式，数据端不断输入数据，行扫描按顺序逐行选通，扫描一个周期产生一帧画面。这一次,LED 显示屏设计原则和坚持数据传输 LED 点阵显示相似。你可以把 LED 显示屏看成 LED 点阵屏的。为了明确模式显示,我们使用 16 LED 它们排成一行,这相当于整个屏幕16 行 1 列在开始时。当我们使用相同的数据传输线发送数据,列扫描。在摆动过程中我们点燃列不会很快消失,但是随着摆动的方向继续前进,只是移动的速度比视觉残留在最短的时间内展示不会消失,因此,一个模式,它可以“摆”出来了。 。（2）元件清单：1. 3*25 万用板2. 1n4007 二极管3. 晃动开关4. 1k 电阻5. 10k 电阻*26. 40 脚座7. STC89c518. 10uf 电容9. 30pf 电容*210. 按键11. 拨动开关12. 12m 晶振13. 5mm 红 Led*1614. 5mm 黄 Led15. 导线若干16. 焊锡若干17. 两节 5 号电池盒*24 4 系统软件设计系统软件设计4.14.1 主程序主程序 该摇摇棒的主程序流程图如下：合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）1414 图 4-1 系统流程图系统开始运行，程序在内部初始化运行，外部中断也即将开始。当晃动到之前设定好的位置时，外部中断会被开关触发，再经过一段时间延时后开始显示。当显示屏显示此次程序已执行完毕并且返回到主程序页面，那么下一轮周期即将到来。5 5 联调与测试联调与测试5.15.1 硬件调试硬件调试1、检查电路：无论哪个组装好的电子电路，在通电之前，都一定要仔细检查电路的接线是否有误。仔细的对照电路原理图，按照特定的次序逐步逐级一一对应检查，油漆需要注意的是，电源有没有可能出现错误，电源和地之间是否有短路情况，二极管又没有可能接反了，电解电容的极性也是有可能弄错的，当然还包括集成电路和晶体管的引脚，元器件得仔细查看它的焊点是否足够牢固等。 2、通电观察：在给元器件接通电源之前，一定要把电源电压数值调试好，仔细检查电路板电源端是否有故障，例如短路断路什么的。若一切正常，就可以接通了。电源一合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）1515经接通，必须要赶快去测试它的特征，想波形啊，数据啊什么的稍后可以再测，首要的是观察接通后元器件有没有不正常现象，如冒烟、异常气味、放电的声光、元器件发烫等。如果有应要立即关断电源，只有等故障排除后才可重新接通电源。 3、静态调试：惊醒静态调试，不急着加输入信号，先测量各支路的电流电压值在不在可承受范围内。电压可以直接用万用表测量。测量电流的话会有以下办法，1，若电路在pcb版上有测试用的点，直接用万用表测量就行了，然后再把中断点用补充完整就好了。2，若没有，就测量直流电压，再根据电阻值大小计算电流大小9。5.25.2 软件调试软件调试1、在字模选取时，字模走向，点阵格式等方面选取不当会导致显示出的图像，文字信息等不完整或不能显示；那么，字模的选取方面，点阵格式，字模走向等的选择必须与硬件电路中的一一对应。 2、在软件设计程序编程时，延时子程序设计的时间长短会出现一些问题。时间设的太长，在摇晃过程中，LED发光二极管点亮的速度会很慢，致使在使用过程中左右摇晃的频率，幅度会很大，画面就不容易显示或者不清晰，只出现部分画面等情况；时间设的太短，LED发光二极管点亮的速度会很快，那么摇晃过程中，甚至有些应该亮的频率比较高的二极管根本来不急点亮，那么在人眼看来，那些二极管根本就没点亮。因此，在设置延时子程序时间的问题上，要计算出单向甩出摇摇棒所需的具体时间。这样，LED灯亮的速度才会适中，致使演示效果完好。5.35.3 系统实物图系统实物图静态实物图：合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）1616动态实物图：5.45.4 本章小结本章小结本章为此设计的最系统最详细最直观的一个章节，算是此次设计接近尾声。此次设计综合运用了字模转换软件，同时查阅大量相关资料，（包括查阅相关书籍和网上的资料）来获得得一些相关信息。在设计方面，采用了在变量自加的原理，在经过逐个读取的方法来显示要显示的内容。结论与展望结论与展望在王老师和陈老师的指导下，通过一段时间完成了摇摇棒的设计，本次设计以水银开关和单片机的实际应用为背景，介绍了以单片机为核心显示设计的基本结构和基本原理。 本次将使用单片机对摇动显示进行实例化，设计一个LED摇动显示器来显示文字、图像等信息。掌握利用51型单片机对发光二极管阵列进行摇动控制的方法。输出信号频率的控制通过单片机实现。 最后还得出以下几点： 在做设计前去了解一些相关的知识、材料、方法等是可以避免许多没有必要的麻烦的，只要一步一个脚印就不需要“从头再来”。 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）1717刚开始准备论文设计时一点头绪都没有，对于理论知识学习不够扎实的我深感知识的不够，便重拾教材对知识系统而全面进行了梳理，最终可以相对娴熟的理解使用初始理论知识，并且可以进一步的举一反三学习的更加深刻。 想当初没有一点思路，诚如举步维艰。对理论知识进行梳理掌握之后，真是茅塞顿开，思路如泉涌。顿时领悟到，原来思路就是出路啊。 通过这次毕业设计，让我学会了编写简单程序，如何快速的焊接pcb板，锻炼了我的自动手工能力，为日后学习工作做了充足的铺垫。合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）1818致谢致谢能完成此篇论文，我一人之力是不太可能的，更需要感谢在此期间给予我很大帮助与鼓励的王俊杰老师，陈晓婷老师以及我的同学杨威，田震等。借此机会，我要向他们说声谢谢，感谢他们的无私帮助。 作者：郭树新 2015 年 3 月 15 日合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）1919参考文献参考文献1 旋转型摇摇棒的制作_百度学术/s?wd=%E6%97%8B%E8%BD%AC%E5%9E%8B%E6%91%87%E6%91%87%E6%A3%92%E7%9A%84%E5%88%B6%E4%BD%9C2 付莉 基于基于 FPGAFPGA 的多功能的多功能 LEDLED 控制器设计控制器设计 吉林化工学院学报 ，2013 年第 30 卷第11 期 - 万方3 刘玉, 张秀林, 安然. LED 摇摇棒的单片机实现J. 电子测试, 2013, (3):65-66. DOI:10.3969/j.issn.1000-8519.2013.03.020.4 2013 年版中国保税区行业市场研究报告_央视网友 8w9g4a0 的博客_央视网博客_央视网 /31113785-4487450.html5 付莉 基于基于 FPGAFPGA 的多功能的多功能 LEDLED 控制器设计控制器设计 吉林化工学院学报 ，2013 年第 30 卷第11 期 - 万方6 付莉 基于基于 FPGAFPGA 的多功能的多功能 LEDLED 控制器设计控制器设计 吉林化工学院学报 ，2013 年第 30 卷第11 期 - 万方7 魏雅. 基于单片机的 LED 摇摇棒的研究J. 电子测试, 2013, (9).8 刘玉,王浩全. LEDLED 摇摇棒的单片机实现.R中北大学动态测试重点基础实验室 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）2020附录附录 A A：系统原理图：系统原理图EA/VP31X 119X 218RESET9RD17WR16IN T012IN T113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29A LE/P30TXD11RXD10G ND20V cc40STC89C51/52C110ufS1V CCC330pC230pY 112MH ZV CCS112关关关2V CCLED 8LED 2LED 1LED 5LED 7LED 3LED 4LED 6R110KLED 16LED 10LED 9LED 13LED 15LED 11LED 12LED 14R21KV CCV CC12关关关1-+D 14007LED 0ZD关关关关R310KV CC合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）2121附录附录 B B：系统实物图：系统实物图合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计）2222附录附录 C C：系统源程序：系统源程序系统源程序如下：#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int /宏定义#define KEY P3_7 /定义画面切换按键uchar KY; /KY 作用在后面说明 uchar disp; /显示汉字指针uchar pic=0,num=0; /pic 为按键次数；num 为中断次数unsigned char code hanzi = 0x20,0x10,0x20,0x08,0x24,0x04,0x24,0x02,0x24,0x3F,0x24,0x45,0xBF,0x44,0x64,0x44,0x24,0x42,0x34,0x42,0x28,0x42,0x24,0x41,0x22,0x78,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00,0x00,/*老,0*/0x00,0x00,0xFC,0x87,0x00,0x40,0x00,0x30,0xFF,0x0F,0x00,0x00,0x02,0x00,0xE2,0x1F,0x22,0x00,0x22,0x00,0xFE,0xFF,0x22,0x08,0x22,0x10,0xE2,0x0F,0x02,0x00,0x00,0x00,/*师,1*/0x10,0x40,0x10,0x22,0xF0,0x15,0x1F,0x08,0x10,0x16,0xF0,0x61,0x00,0x00,0x80,0x00,0x82,0x40,0x82,0x80,0xE2,0x7F,0x92,0x00,0x8A,0x00,0x86,0x00,0x80,0x00,0x00,0x00,/*好,2*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/* ,0*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/* ,1*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/* ,0*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/* ,1*/0x20,0x00,0x24,0x08,0x24,0x48,0x24,0x84,0xFE,0x7F,0x23,0x02,0x22,0x41,0x20,0x40,0x20,0x20,0xFF,0x13,0x20,0x0C,0x22,0x14,0x2C,0x22,0xA0,0x41,0x20,0xF8,0x00,0x00,/*我,4*/0x00,0x81,0x00,0x41,0x00,0x21,0x7F,0x1D,0x49,0x21,0x49,0x41,0x49,0x
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