LED摇摇棒设计.doc

毕业设计论文 LED 摇摇棒 摘要 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 关键词 摇摇棒 单片机 LED 摘要 毕业设计论文 2 目录目录 1 1 绪论绪论 1 1 2 2 摇摇棒的基本原理摇摇棒的基本原理 2 2 2 12 1 基本原理基本原理 2 2 2 22 2 缺陷及其解决方案缺陷及其解决方案 2 2 2 2 12 2 1 缺陷缺陷 2 2 2 2 22 2 2 解决方案解决方案 2 2 3 3 硬件设计与实现硬件设计与实现 3 3 3 13 1 硬件基本结构硬件基本结构 3 3 3 23 2 STCSTC 单片机结构与原理单片机结构与原理 4 4 3 2 13 2 1 STC12C5412ADSTC12C5412AD 的各引脚功能的各引脚功能 5 5 3 3 23 3 2 STC12C5412ADSTC12C5412AD 的内部资源的内部资源 5 5 3 43 4 ISPISP 下载的实现下载的实现 7 7 3 4 13 4 1 在系统可编程序 在系统可编程序 ISPISP 原理使用说明 原理使用说明 8 8 3 4 23 4 2 电脑端的电脑端的 ISPISP 控制软件界面使用说明控制软件界面使用说明 9 9 4 4 软件设计与实现软件设计与实现 1010 4 14 1 软件设计的思想与结构软件设计的思想与结构 1010 4 1 14 1 1 软件设计的思想软件设计的思想 1010 4 1 24 1 2 软件设计的结构软件设计的结构 1010 4 24 2 LEDLED 显示控制模块原理及实现方法显示控制模块原理及实现方法 1111 4 34 3 图像点阵原理及实现方法图像点阵原理及实现方法 1111 5 PCB5 PCB 制作工艺及流程制作工艺及流程 1313 5 15 1 印制电路板的介绍印制电路板的介绍 1313 5 25 2 PCBPCB 设计流程设计流程 1313 5 2 15 2 1 印制电路板的设计的一般步骤印制电路板的设计的一般步骤 1313 5 2 25 2 2 印刷板制作工艺流程印刷板制作工艺流程 1414 6 6 实验测试及问题分析与解决实验测试及问题分析与解决 1515 6 16 1 实验测试实验测试 1515 6 26 2 制作过程中的问题及解决方法制作过程中的问题及解决方法 1515 6 2 16 2 1 硬件电路调试硬件电路调试 1515 6 2 26 2 2 软件程序调试软件程序调试 1515 致谢致谢 1717 参考文献参考文献 1818 附录附录 1 1 1919 附录附录 2 2 2121 毕业设计论文 LED 摇摇棒 1 1 1 绪论绪论 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 2 2 2 摇摇棒的基本原理摇摇棒的基本原理 2 12 1 基本原理基本原理 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 22 2 缺陷及其解决方案缺陷及其解决方案 2 2 12 2 1 缺陷缺陷 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 22 2 2 解决方案解决方案 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 毕业设计论文 LED 摇摇棒 3 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 3 硬件设计与实现 毕业设计论文 4 3 3 硬件设计与实现硬件设计与实现 3 13 1 硬件基本结构硬件基本结构 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 LED 显示模 块 单片机控制 模块 下载口模块 水银开关 毕业设计论文 LED 摇摇棒 5 图 3 3 LED 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 STC12C5412AD 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 复位开关 3 硬件设计与实现 毕业设计论文 6 图 3 5 下载口模块 3 23 2 STCSTC 单片机结构与原理单片机结构与原理 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 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 13 2 1 STC12C5412ADSTC12C5412AD 的各引脚功能的各引脚功能 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 6 STC12C5412AD 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 毕业设计论文 LED 摇摇棒 7 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 XTAL2 外接晶振引线端 当使用芯片内部时钟时 此二引线端用 于外接石英晶体和微调电容 当使用外部时钟时 用于接外部时钟脉冲信号 4 主电源引脚 VCC 和低 VSS VCC 5V 电源 VSS 地线 GND 3 3 23 3 2 STC12C5412ADSTC12C5412AD 的内部资源的内部资源 1 中断系统 51 单片机有 5 个中断源 外部中断 INT0 定时器 计数器 T0 外部中断 INT1 定时器 计数器 T1 和串口 URAT 中断 它们对应不同的矢量 中断允许寄存器 IE 的功能是控制各个中断请求信号能否允许 它分别控制 CPU 对所有中断源的总开放或禁止 以及对每个中断源的中断开放 禁止状态 其中 EX0 ET0 EX1 ET1 和 ES 分别是上述 5 个中段的允许控制位 EA 位是中 断总允许位 每个中断只有在相应中断允许且中断也允许的情况下才能得到中 断响应 中断优先级控制器 IP 的功能是设置每个中断的优先级 51 的 5 个中断都 可以设为高 低 2 个优先级 其中的 PX0 PT0 PX1 PT1 和 PS 位分别对应 5 个中断的优先级设置 置 1 时设定为高级中段 为 0 是低级中断 在有 中断嵌套要求时 低优先级中断可被高优级中断所中断 当同一级的中断同时 来到时 先响应中断矢量排在最前面的中断 因此通过设置寄存器 IP 响应位的 值 可以改变 5 个中断源的优先顺序 中断源寄存器 包括定时器 计数器控制寄存器 TCON 和串行通信控制寄存 器 SCON 寄存器 TCON 的功能主要是接收外部中断源 INT0 INT1 和定时器 计数器 T0 T1 送来的中断请求信号 其中 IE0 和 IE1 分别是外部中断 0 和外部中断 1 的中断请求标志位 当外部有中断请求信号输入单片机的 INT0 引 脚或 INT1 引脚时 寄存器 TCON 的 IE0 和 IE1 位会被置 1 IT0 和 IT1 分别 是外部中断 0 和外部中断 1 的输入方式控制位 寄存器 SCON 的主要功能是接收 串行通信口送来的中段请求信号 寄存器 SCON 的 T1 位和 R1 位于中断有关 其 他位用作串行通行控制 2 定时器 计数器 51 内部有两个定时器 计数器 T0 和 T1 定时和计数是单片机中主要用的两 种功能 TL0 TH0 和 TL1 TH1 分别对应两个定时器 计数器的低 8 位和高 8 位 3 硬件设计与实现 毕业设计论文 8 用于控制与管理定时器 计数器工作的两个寄存器 TCON 和 TMOD 设置它们的对 应位 可以对 T0 和 T1 进行各种控制 寄存器 TCON 为控制寄存器 用于控制两个定时器 计数器的启动 停止 在 溢出时设定标志位 TCON 中 TR0 和 TR1 是 T0 和 T1 对应的开始运行控制位 TF0 和 TF1 是一出标志 剩下 4 位是两个外部中断 INT0 和 INT1 对应的方式控 制位 IT0 IT1 和中断请求 IE0 和 IE1 寄存器 TMOD 位工作方式控制寄存器 用来设置定时器 计数器的工作方式 并确定用于定时还是用于计数 定和计数功能由特殊功能寄存器 TMOD 的控制位 C T 进行选择 2 个定时 计数器有 4 种操作模式 通过 TMOD 的 M1 和 M0 选择 2 个定时 计数器有 4 种操作模式 通过 TMOD 的 M0 选择 2 个定时 计数器的模 式 0 1 和 2 都相同 模式不同 3 寄存器 寄存器是中央处理器内的组成部份 寄存器是有限存贮容量的高速存贮部 件 它们可用来暂存指令 数据和位址 在中央处理器的控制部件中 包含的 寄存器有指令寄存器 IR 和程序计数器 PC 在中央处理器的算术及逻辑部件 中 包含的寄存器有累加器 ACC STC12 系列单片机寄存器包括内核特殊功能 寄存器 系统管理特殊功能寄存器 I O 特殊功能寄存器 定时器特殊功能寄 存器 串行口特殊寄存器 看门狗寄存器等 4 存储器 51 的存储器组织分成 3 种地址空间和一个程序计数 PC 包括 16 位的程序计数器 PC 赋予 51 最大 64KB 的寻址能力 64KB 的程序存储器空间 这代表我们所写的程序码可达 65536 个字节 64KB 的外部数据存储器空间 这部分空间是同时可以读和写的 256 字节的内部存储器空间 包括 SFR 特殊功能寄存器 堆栈区 数据 区和常用寄存器区 R0 R7 3 33 3 LEDLED 的显示原理的显示原理 LED 是发光二极管 Light Emitting Diode LED 的简称 也被称作发 光二极管 这种半导体组件一般是作为指示灯 显示板 它不但能够高效率 地直接将电能转化为光能 而且拥有最长达数万小时 10 万小时的使用 寿命 同时具备不若传统灯泡易碎 并能省电等优点 毕业设计论文 LED 摇摇棒 9 图 3 7 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 发光二极管的核心部分是由 P 型半导体和 N 型半导体组成的晶片 在 P 型 半导体和 N 型半导体之间有一个过渡层 称为 PN 结 在某些半导体材料的 PN 结中 注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放 出来 从而把电能直接转换为光能 PN 结加反向电压 少数载流子难以注入 故不发光 这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管 通称 LED 当它处于正向工作状态时 即两端加上正向电压 电流从 LED 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 光的强弱与电流有 关 3 43 4 ISPISP 下载的实现下载的实现 3 4 13 4 1 在系统可编程序 在系统可编程序 ISPISP 原理使用说明 原理使用说明 在单片机彻底没电的情况下 给单片机上电复位 使它冷启动 如果外部 手动复位 单片机不会运行 ISP 程序 单片机冷启动后 开始进行系统 ISP 监 控成序 同时检测 P3 0 RxD 有无合法下载命令流 如果没有则立即跑到用户程 序 有则需要下载用户程序进行用户程序区 STC12C5412AD 系列单片机具有在系统可编程 ISP 特性 ISP 的优点是 省 去购买通用编程器 单片机在用户系统上即可下载 烧录用户程序而无须将单片 机从生产好的产品上拆下 再通用编辑器将程序代码录进单片机内部 有些程 序尚未定型的产品可以一边生产 一边完善 加快了产品进入市场的速度 减 小了新产品由于软件缺陷带来的风险 由于可以在用户的目标系统上将程序直 发光二极管 的结构 3 硬件设计与实现 毕业设计论文 10 接下载进单片机看运行结果对错 故无须仿真器 STC12 系列单片机内部固化有 ISP 系统引导固件配合 PC 端的控制程序即可 将用户的程序代码下载紧 进单片机内部 故无须编辑器 STC12C5412AD 系列单片机 28 脚典型应用图 图 3 8 STC12C5412AD 系列单片机 28 脚典型应用图 3 4 23 4 2 电脑端的电脑端的 ISPISP 控制软件界面使用说明控制软件界面使用说明 毕业设计论文 LED 摇摇棒 11 图 3 9 ISP 控制界面使用说明图 步骤 1 选择所使用的单片机型号 如 STC12C5412AD 等 步骤 2 打开文件 要烧录用户程序 必须调入用户的程序代码 hex bi n 步骤 3 选族串行口 所使用的电脑串口 步骤 4 选择下次冷启动后 时钟源为 内部 R C 振荡器 还是 外部晶振或 时钟 步骤 5 选择 download 下载 按钮下载用户的程序进入单片机内部 可重 复执行 下载时注意看提示 主要看是否给单片机上电或复位 下载速度比一般下载器 快 一定要先选择 download 下载 按钮 然后再给单片机上电复位 先彻底 断电 而不要先上电 先上电检测不到合法的下载命令流 单片机就直接跑到 用户程序了 第一次调试文件 进缓冲区 除每次均要指定 缓冲区起始地址 外 第二次及以 后不能清缓冲区 用户根据实际使用 效果选择限制最高 通信波特率 P3 0 P3 1 外接 RS 232 等通信电路 建议选择 P1 0 P1 1 等于 0 0 才可 以下载程序 若不同时为 0 则跨过系统 ISP 引导程 序 直接运行用户程序 开发调试时选用 此项 大批量生产时用 4 软件设计与实现 毕业设计论文 12 4 4 软件设计与实现软件设计与实现 4 14 1 软件设计的思想与结构软件设计的思想与结构 4 1 14 1 1 软件设计的思想软件设计的思想 摇摇棒的要实现其功能 除了硬件电路还需要软件程序的配合 软件即程 序的编写 使用 C 语言进行编写的 C 语言是一门极有生命力的程序设计语言 C 语言它用途广泛 语言简洁 几乎遍及了程序设计的各个领域 如系统 程序的设计 字处理软件和电子表格软件的开发 信息管理 实时控制等方面 另外 C 语言简洁 为完成某一功能所写的源程序代码往往比用其他语言写得 简短 使得程序输入工作量减少 C 语言能直接访问物理地址和端口 并能进 行位操作 因此能实现汇编语言的大部分功能 而且 由 C 语言生成的可执行 代码内容量少 执行效率高 因此 完成摇摇棒的软件设计 C 语言成了首选 它的方便简洁给我们带 来了不少益处 4 1 24 1 2 软件设计的结构软件设计的结构 软件由函数声明部分 延时子程序部分 中断服务程序部分 显示子程序 部分 主函数部分构成 图 4 1 软件流程图 1 主函数部分 完成函数的初始化 运用 while 循环语句 对 display1 程序段进行若干次重复调用执行 初始化 按照数组内的 16 位字节 LED 是否显示结束 提取下一组数组 点亮 LED 延时 否 毕业设计论文 LED 摇摇棒 13 2 函数声明部分 void display1 void 3 延时子程序部分 void DelayUs uint N uint x for x 0 x N x 一列显示结束后 延时 500ms 再进行下一列的显示 4 中断服务程序部分 每个摇动来回水银开关会在摆幅两端分别产 生下降沿中断 只提取其中一次 从左向右摇才显示 5 显示子程序部分 void display1 void uchar i for i 0 i 64 i P1 dian i 2 P2 dian i 2 1 DelayUs 500 LED 摇摇棒显示的像素为 16 64 也就是在函数里面显示的图像分成 64 列 每一列都是由两个 8 位字节构成的 P1 dian i 2 P2 dian i 2 1 指的是一 列显示结束后调用数组中的下一组进行 LED 显示 如果 P1 dian i P2 i 1 那么一列显示结束后 调用下一组数组的时候 会把前一列数组中的后一个字 节继续调用并作为下一列的前一个字节 导致最终所需图像信息显示不出 4 24 2 LEDLED 显示控制模块原理及实现方法显示控制模块原理及实现方法 LED 显示控制模块主要有单片机程序控制 在程序中主要是显示部分的函 数 十六个灯分成十六个输出端口 有 P1 口和 P2 口的十六个口一一对应 其 中 P1 口组成 8 位的字节 P2 口也是 8 位字节 8 位对应 P1 0 到 P1 7 分别是由 低到高的排列 在函数里面显示的图像分成 64 段 那就是依次对每一列显示的 16 位字节编写 这每一列的 16 位都是由两个 8 位的字节构成 在初始化的时 候就在数组里对这 128 个字节分别列出 在显示函数里分别对 64 列数显示 这 64 对数的显示是有先后顺序的 利用 FOR 函数对 64 对数依次显示 而每一列 由两个 8 位字节构成显示 显示之后要对前列的显示进行 500us 的延时 在调 用延时函数的时候要注意延时函数里面延时 1us 的函数使用 利用 FOR 函数延 时进行设定 第一列显示完后 在对后面的 63 列数显示 这样结束 FOR 循环以 后就结束了整幅图的显示 在摇摇棒摇动的瞬间 水银开关是起到很重要的作用 水银开关里的水银 珠很活跃 导致在接通时容易产生抖动 所以将水银开关倾斜 45 度角放置 靠 水银自身的重力作用减少抖动 在摇动的过程中 水银开关保证是开的状态 这样才能确保 5V 的电压加到 LED 的阳极 当摇摇棒停止摇动的时候 水银由于 重力作用 开关就处于关的状态 第二次摇的时候再次开启开关 为了让开关 4 软件设计与实现 毕业设计论文 14 在摇动的时候才开 可以将水银开关的位置倾斜 45 度角放置 根据效果调整位 置 4 34 3 图像点阵原理及实现方法图像点阵原理及实现方法 本文阐述的摇摇棒图像点阵显示是通过字模软件 pctolcd2002 软件 实现的 程序中 字符点阵数据表 中的数据是由 pctolcd2002 软件生成的 字模软件一款非常简洁的点阵 液晶字模工具软件 功能也很丰富 包括了横 向 纵向取模方式 C51 A51 取模方式 字符编码显示等功能 根据硬件电路 得知 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 因此 在字模选取的一些模式上要跟硬件电路保持一 致 下面介绍使用 pctolcd2002 生成笑脸的点阵数据的方法 1 启动 pctolcd2002 软件 模式 设为 图像模式 字宽和字高设为 16 64 选项 中的 自定义格式 选择 C51 格式 点阵格式 选为 阳码 取模方法 选为 逐列 取模走向 选为 逆向 正向是指 高位在前 低位在后 逆向则相反 其它默认即可 这就是 从第一列开始 向下每取 8 个点作为一个字节 一列一共 16 个点 代表 16 个发光二极管 两个字节 取模顺序是从低到高 即第一个点作为最低位 如 0 x01 取为 00000001 图 4 2 字模选项说明图 2 在图像模式下 画一幅笑脸的图像 生成字模 如下 毕业设计论文 LED 摇摇棒 15 图 4 3 图像模式图 3 将数据替换 如 for i 0 i 64 i 摇摇棒的左右摇晃过程中 会出现笑脸图像 5 PCB 制作工艺及流程 毕业设计论文 16 5 PCB5 PCB 制作工艺及流程制作工艺及流程 5 15 1 印制电路板的介绍印制电路板的介绍 印制电路版 Printed Circuit Board 简称 PCB 它是以一定尺寸的 绝缘板为基材 以铜箔为导线 经特定工艺加工 用一层或若干层导电图形 铜箔的链接关系 以及设计好的孔 如元件孔 机械安装孔 金属化过孔等 来实现元件间的电气连接关系 它就像在纸上印刷上去似的 故得名印制电路 板或称印刷线路板 在电子设备中 印制电路板可以对各种元件提供必要的机 械支撑 提供电路的电气连接并用标记符号把板上安装的各个元件标注出来 以便于插件 检查及调试 按照在一块板上导电图形的层数 印制电路板可分为一下三类 1 单面板 指仅一面又导电图形的电路板 也称单面板 2 双面板 指两面都有导电图形的电路板 也称双层板 其两面的导电图形之间的电 连接通过过孔来完成 3 多层板 由交替的导电图形层及绝缘材料层叠压粘合而成的电路板 除电路板两个 面有导电图形外 内部还有一层或都多层相互绝缘的导电层 各层之间通过金 属化过孔实现电气连接 它主要应用于复杂的电路设计 5 25 2 PCBPCB 设计流程设计流程 5 2 15 2 1 印制电路板的设计的一般步骤印制电路板的设计的一般步骤 1 绘制印制电路板 主要任务是绘制摇摇棒原理图 并且确保无误后 生成网络表 用与 PCB 设计时自动布局 2 规划电路板 主要完成确定电路板的物理边界 电气边界 电路板的层数 各种元件的 封装形式和布局要求等任务 本文摇摇棒 PCB 的大小为 30 1cm 5 1cm 3 设置参数 主要是设置软件中电路板的工作层 PCB 编辑器的工作参数 自动布局等 4 装入网络表及元件的封装形式 网络表是 PCB 自动布线的核心 笔者用的单面板 用的手动布线 也是电 路理图设计与印制电路板设计系统的接口 只有正确装入网络表后 才能进行 对电路板的自动布局等 毕业设计论文 LED 摇摇棒 17 5 元件的布局 元件的布局包括自动和手动调整两个过程 在规划好电路板和装入网络表 之后 系统能自动装入元件 并自动将它们放置在电路板上 自动布线是系统 根据某种算法在电气边界内自动摆放元件的位置 如果自动布局不尽如意 则 在进行手工调整 6 手动布线 手动布线时 要注意相连导线之间要有一定的绝缘距离 信号线在拐弯处 不能走直线 电源线和地线的布线要短 粗且避免形成回路 7 补泪滴 8 文件的保存及输出 5 2 25 2 2 印刷板制作工艺流程印刷板制作工艺流程 制板工艺程序 修整板周边尺寸 复制 腐蚀 钻孔定位 清洗 细砂纸 擦光亮 涂松香水 1 先将符合尺寸要求的复铜板表面用细砂纸擦光亮 再用复写纸将布线图复 制到复铜板上 2 腐蚀一般采用三氯化铁作腐蚀液 腐蚀速度与腐蚀液的浓度 温度及腐蚀 过程中采取抖动有关 为保证制板质量及提高腐蚀速度 可采用抖动和加热的方 法 3 腐蚀完成后 应用自来水冲洗干净 把印刷板抹干 4 用直径 1 0mm 钻头钻孔 定位 5 用细砂布将印刷板复铜面擦至光亮为止 然后立即涂上松香溶液 6 实验测试及问题分析与解决 毕业设计论文 18 6 6 实验测试及问题分析与解决实验测试及问题分析与解决 6 16 1 实验测试实验测试 首先 硬件的电路的测试 输送理论上是应该都点亮 LED 的简单程序 includemain P1 0 x00 P2 0 x00 检查硬件电路是否完好 然后 将设计完整的确定正确的软件程序通过 RS232 接口下载到硬件电路 检 查是否能显示所需图像 文字信息等 效果图如下 图 6 1 实验效果图 6 26 2 制作过程中的问题及解决方法制作过程中的问题及解决方法 6 2 16 2 1 硬件电路调试硬件电路调试 1 在绘制元器件封装图的过程中 常常会忽略元器件封装型号与原理图中 的一一对应 导致在元器件加载的过程中 系统会报错 那么 绘制电路原理 图以及元器件封装的过程中 要特别注意两者中的元器件封装号的一致性 2 在用复写纸将布线图复制到复铜板上的过程中 容易产生图纸移动 复 制布线图前应先用锉刀将复铜板四周边缘锉至平直整齐 而且尺寸尽量与设计图 纸尺寸相符 并将复写纸裁成与复铜板一样的尺寸 并且用胶纸将图纸左右两端 与印刷板贴紧 图纸不易移动 3 进行化学腐蚀时 电路板中的导线易断 腐蚀时间太长 在对电路板进 行化学腐蚀时 要注意三氯化铁的浓度 浓度太大会将导线腐蚀断 浓度太小 导致腐蚀时间太长 腐蚀速度与腐蚀液的浓度 温度及腐蚀过程中采取抖动有关 为 保证制板质量及提高腐蚀速度 可采用抖动和加热的方法 6 2 26 2 2 软件程序调试软件程序调试 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 毕业设计论文 LED 摇摇棒 19 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 致谢 毕业设计论文 20 致谢致谢 本文能得以完成 在此我要感谢我的指导老师李元熙 是他用他的课余时间 为我们讲解这次设计的原理以及帮我们找相关的器件 在实物完成后不厌其烦 得为我们进行调试和毕业论文的指导 还要感谢我们的专业课老师何丹和白丽 君 是他们教会了我有关 PCB 的制作 单片机相关知识 此外 还要感谢戴争 荣老师 是他用他的课余时间帮我制版 给了我不少帮助 同时还要感谢我的 同学 给我的论文提出意见 帮我拍出了实验效果图 这里我要再一次由衷的 感谢 感谢那些给予我帮助的人 毕业设计论文 LED 摇摇棒 21 参考文献参考文献 1 及力 Protel99SE 原理图与 PCB 设计教程 M 北京 电子工业出版社 2007 P1 P116 119 2 廖雷 C 语言程序设计 M 北京 高等教育出版社 2008 P2 P6 9 3 严天峰