毕业设计---旋转LED动态显示屏的设计.doc

南京 XXXX 学院 XXX 毕业论文 中文摘要 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 旋转旋转 LEDLED 动态显示屏的设计动态显示屏的设计 院（系）院（系） 自动控制系自动控制系 专业班级专业班级 自动化自动化 XXXXXX 学生姓名学生姓名 XXXXXX 学学 号号 090XXX090XXX 指导教师指导教师 XXXXXXXX 评阅教师评阅教师_ _ _ 20XX20XX 年年 1X1X 月月 南京 XXXX 学院 XXX 毕业论文 中文摘要 I 摘要摘要 进入新世纪，光电子产业得到社会广泛的重视，LED 显示作为信 息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服 务宗旨宣传的公众场所。尤其在没有投影仪的地方，旋转 LED 的优越 性体现得非常明显，在当今高度发达的经济市场上，富有创意、应用 面广的、挪移方便、具有吸引力的信息传播系统显得十分的重要！二 十一世纪是数字传播的时代，随着 LED 技术的应用和普及，数字 LED 显示屏的应用非常广泛。传统的 LED 显示屏以平面效果居多，旋转式 LED 环形显示屏的设计，是利用人眼视觉暂留效应，通过高速电机带 动 LED 阵列旋转，形成 360 度环形显示画面，可站在任何角度观看， 完全无观赏死角，给人们一种新的视觉体验。本设计基于 STC89C52 单片机，采用独立的 LED，通过直流电机带动旋转，可形成立体效果， 使其更加绚丽，更具有观赏性，可广泛应用于家居，企业和公共场所。 针对传统 LED 显示屏视角单一、体积较大、需要的发光二极管数 目较多等特点，利用电机带动 LED 显示阵列高速旋转实现环形显示， 达到 360 全视角，在相同显示信息量上降低产品体积，减少对发光二 极管的使用，设计一个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息 容量大、价格低廉、结构简单的信息播放系统，即旋转 LED 显示屏。 关键词：旋转式 LED 阵列 环形显示屏 STC89C52 单片机 南京 XXXXX 学院专科生毕业论文 英文摘要 II ABSTRACTABSTRACT In the new century, the photoelectron industry wide attention by society, LED display as an important means of information dissemination, has been widely used in indoor and outdoor services, content and services needed publicity purposes in public places. In particular, there is no projector in place, rotating LEDs superiority reflected very clearly in todays highly developed economy markets, creative, application wide, the diversion of convenient, attractive information dissemination system is extremely important! The twenty-first century is the era of digital communication, with the LED technology and the popularity of digital LED display is widely used. Traditional LED display to effect mostly flat, circular rotating LED display design is the use of temporary stay in the human visual effects, high-speed motor to drive the LED array rotation, the formation of 360-degree circular display can stand on any point of view, complete without viewing dead, to give people a new visual experience. The design is based on STC89C52 MCU, using separate LED, driven by DC motor rotation, can form three-dimensional effect, make it more colorful, more spectator, can be widely used in homes, businesses and public places. View traditional LED display single, larger and larger number of required characteristics of light-emitting diode, LED display of motor driven circular array of high-speed rotation of the display, to 360 full view, in the same amount of information displayed on the lower product volume and reduce on the use of LEDs, the design can often facilitate the transformation of a content, can be portable, high information content, low cost, simple structure, the information broadcast system, the rotating LED display. Keywords:Keywords: Rotary; LED array; circular display; STC89C52 SCM XXXX 毕业论文 目录 目目 录录 中文摘要中文摘要 IIII 英文摘要英文摘要 IIIIII 第一章第一章 绪论绪论 33 1.11.1 课题背景课题背景 33 1.1.1 此设计本身存在的作用 3 1.21.2 国内外发展现状国内外发展现状 .4 4 1.2.1 国内 LED 显示屏研究现状 4 1.2.2 国外 LED 显示屏研究现状 4 1.2.3 LED 显示屏制作方案比较 4 1.2.4 LED 显示屏研究现状总结 5 1.31.3 本课题研究目的和意义以及来源本课题研究目的和意义以及来源5 5 1.3.1 本课题的设计思想来源5 1.3.2 本课题的设计目的及意义5 第二章第二章 系统方案选择系统方案选择66 2.12.1 此设计涉及的主要技术此设计涉及的主要技术6 6 2.22.2 方案选择方案选择 .6 6 XXXXX 毕业论文 1 2.2.1 基于步进电机细分驱动技术的旋转 LED 显示屏设 计6 2.2.2 嵌入式的 LED 点阵显示屏设计8 2.2.3 普通电机（交流电机）旋转 LED 显示屏设 计8 2.2.4 方案比较及确定 8 第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计1010 3.13.1 系统总体硬件框图系统总体硬件框图 1010 3.23.2 系统设计具体结构系统设计具体结构 1111 3.2.1 系统前期设计具体结构 11 3.2.2 系统后期设计具体结构 12 3.33.3 系统整体设计原理图系统整体设计原理图 1313 3.3.1 系统前期整体设计原理图 14 3.3.2 系统后期整体设计原理图 14 3.3.3 系统设计下载模块原理图 14 3.43.4 系统整体设计系统整体设计 PCBPCB 电路板电路板 1616 3.4.1 系统前期整体设计 PCB 电路板 （单层） 16 3.4.2 系统后期整体设计 PCB 电路板 （单层） 16 XXXXX 毕业论文 2 3.4.3 系统设计下载模块电路板（单层） 18 3.53.5 元器件选型元器件选型 1818 第四章第四章 旋转旋转 LEDLED 动态显示屏设计的控制思想动态显示屏设计的控制思想 2020 4.14.1 本课题的实现基本原理本课题的实现基本原理 2020 4.1.1 成像基本原理 20 4.1.2 汉子显示原理 20 4.24.2 字体、图形具体显示过程解析字体、图形具体显示过程解析 2121 4.2.1 变量定义 22 4.2.2 习题、图形显示解析 22 4.2.3 部分计算及说明 23 第五章第五章 系统的安装与调试系统的安装与调试 2727 5.15.1 旋转旋转 LEDLED 动态显示屏的设计实物动态显示屏的设计实物 2727 5.1.1 旋转 LED 动态显示屏的前期设计实物 27 5.1.2 旋转 LED 动态显示屏的后期设计实物 28 5.1.3 旋转 LED 动态显示屏的下载模块设计实物29 5.25.2 系统设计存在的问题系统设计存在的问题2929 XXXXX 毕业论文 3 5.2.1 硬件设计不足29 5.2.2 软件调试存在的问题30 结论与展望结论与展望 3131 致谢致谢 .3232 参考文献参考文献 .3333 附录附录 .3434 系统设计原理图.34 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 课题背景课题背景 随着信息化社会的到来，促进了现代信息显示技术的发展，形成 了 CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP 等系列的信息显示产品，纵观各类 显示产品，各有其所长和适宜的市场应用需求。但是随着 LED 材料技 术和工艺的提升，LED 显示屏以突出的优势成为平板显示的主流产品 之一，并在社会经济的许多领域得到广泛应用，主要包括： 证券交易、金融信息显示； 机场航班、汽车站动态信息显示； 港口、车站旅客引导信息显示； 体育场馆信息显示； 道路交通信息显示； XXXXX 毕业论文 1 调度指挥中心信息显示； 邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示； 广告媒体新产品介绍； 大型演出和集会； 展览会、宣讲会。 1.1.11.1.1 此设计本身存在的作用此设计本身存在的作用 进入新世纪，光电子产业得到社会广泛的重视，信息显示技术发 展迅速，随着 LED 器件材料性能的不断提高，已广泛应用于室内外需 要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所。尤其在没有投影仪的地 方,旋转 LED 的优越性体现得非常明显，传统的 LED 字屏相比价格高 昂、操作麻烦，放置位置固定、应用面狭窄、挪动不变；而传统的平 面显示，信息量不大，互动性不强，显得十分的不便。因此，设计一 个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、价格低廉、 结构简单的信息播放系统旋转 LED 显示屏，具有十分重大的意义。 1.21.2 国内外发展现状国内外发展现状 1.2.11.2.1 国内国内 LEDLED 显示屏研究现状显示屏研究现状 我国的 LED 显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一 定规模的骨干企业。在国内市场上，国产 LED 显示屏的市场占有率近 100%，国外同类产品基本没有市场，LED 所占的市场将会越来越大， 影响也会越来越深远。我国的 LED 显示屏产业已成较大规模，技术水 平相对领先，应用领域也很广泛的特点。 2008 年北京举行的奥运盛会虽已顺利闭幕，但所展现出的种种前 所未有的规模已经深深的烙在了全世界人的心中。特别是奥运盛会上 所应用的 LED 产品类型和数量规模都是空前的。LED 显示屏作为一种 新型的显示器件出现在 2008 年北京奥运会的开幕式、比赛场馆、奥 运文化广场以及奥林匹克公园等 LED 项目中，国内 LED 企业承接了主 要的工程项目，提供了大量的 LED 产品,总体上展示了我国 LED 行业 的技术产品优势和产业发展水平。也体现了我国 LED 产业的力量和技 术这也在一定程度上预示着 LED 产业必是未来的一种趋势。 1.2.21.2.2 国外国外 LEDLED 显示屏研究现状显示屏研究现状 日本 Hibino 公司展示了新产品 STEALTH，这是一款能透视背景的 XXXXX 毕业论文 2 穿透式 LED 显示屏，可呈现出一个综合汇聚了影像、照明、舞台道具、 背景灯元素的立体影像空间。从可视性影像到体验型影像，展示演出 及舞台设计创意空间得到扩展，视觉表现的世界无限延伸。随着 LED 高性能材料的发展，LED 显示屏也必将得到发展，从而旋转 LED 显示 屏也将随之发展，并相信，旋转 LED 显示屏将会给人们的生活带来更 多的便利，造福于人类。 1.2.31.2.3 LEDLED 显示屏制作方案比较显示屏制作方案比较 生产 LED 显示屏有多种方案，具体情况如下介绍： 点阵模块方案：最早的设计方案，由室内为彩点阵屏发展而来。 优势：原材料成本最有优势，且生产加工工艺简单，质量稳定。 缺点：色彩一致性差，马赛克现象较严重，显示效果较差。 单灯方案：为解决点阵屏色彩问题，借鉴户外显示屏技术的一 种方案，同时将户外的像素复用技术（又叫像素共享技术，虚拟像素 技术）移植到了室内显示屏。 优势：色彩一致性比点阵模块方式的好。 缺点：混色效果不佳，视角不大，水平方向左右观看有色差。加工较 复杂，抗静电要求高。实际像素分辨率做到 10000 点以上较难。 贴片方案：采用贴片发光管为显示元件的方案。 优势：色彩一致性，视角等重要显示指标是现有方案里最好的一种， 特别是三合一表贴的混色效果非常好。 缺点：加工工艺麻烦，成本太高。 亚表贴方案：实际上是单灯方案的一种改进，现在还在完善之 中。 优势：在显示色彩一致性，视角等首要指标和标贴方案差别不大了， 但成本较低，显示效果很好，分辨率理论上可以做到 17200 以上。 缺点：加工还是较复杂，抗静电要求高。 因此在进行方案选择时，应根据实际情况来加以选择，如若选错， 或者选择的方案不是最佳方案，轻则损失些许资金；重则，自身的品 牌也将不保，从中可以看出科技的重要性是不可小觑的。 1.2.41.2.4 LEDLED 显示屏研究现状总结显示屏研究现状总结 随着 LED 高性能材料的发展，LED 显示屏也必将得到发展，从而 旋转 LED 显示屏也将随之发展，由于旋转 LED 显示屏制作起来，成本 低廉，调试方便，并且拥有 360 度的可视范围，观赏完全无死角，给 XXXXX 毕业论文 3 人们带来一种新的视觉体验。而且在显示相同信息量上，旋转式 LED 显示屏使用的发光二极管数量更少，可有效降低能耗和维修成本。本 设计无论是从观赏性、实用性和成本上考虑，都具备传统 LED 显示屏 无法比拟的优越性。特别适合作为家居的一件艺术，也可以作为企业 宣传的一个平台，更适合在人潮汹涌的公众场所。其使用范围非常广， 市场前景很好。相信未来旋转式 LED 环形显示屏将会迎来广阔的市场 空间，带来无穷的商业价值。 1.31.3 本课题研究目的和意义以及来源本课题研究目的和意义以及来源 1.3.11.3.1 本课题的设计思想来源本课题的设计思想来源 传统的 LED 显示屏以平面显示效果为主，视角范围受限、体积较 大且搬运不便。而旋转式 LED 环形显示屏，可 360 度范围内观看，不 仅扩大了产品可视范围，而且体积更小，设置方便，适合各种空间利 用，给人们更加带来了一种新的视觉体验。相信不论是家居使用，还 是企业或人潮汹涌的公众场所，都会给人们带来高质感的享受，未来 的旋转式 LED 显示屏必定具有广阔的市场空间。 1.3.21.3.2 本课题的设计目的及意义本课题的设计目的及意义 设计一个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、 价格低廉、结构简单的信息播放系统，即旋转 LED 显示屏。 进入新世纪，光电子产业得到社会广泛的重视，信息显示技术发 展迅速，随着 LED 器件材料性能的不断提高，已广泛应用于室内外需 要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所。尤其在没有投影仪的地 方，旋转 LED 的优越性体现得非常明显，传统的 LED 字屏相比价格高 昂、操作麻烦，放置位置固定、应用面狭窄、挪动不变；而传统的平 面显示，信息量不大，互动性不强，显得十分的不便。因此，设计一 个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、价格低廉、 结构简单的信息播放系统旋转 LED 显示屏，具有十分重大的意义。 第二章第二章 系统方案选择系统方案选择 2.12.1 此设计涉及的主要技术此设计涉及的主要技术 单片机技术：当某个 LED 在高速的旋转情况之下，会以某个频 率在空间的某一点来回出现。所以需要通过定时器中断，让其在对应 时刻点亮或是熄灭，超过一定的频率时，由于人眼的视觉暂留效应， XXXXX 毕业论文 4 而无法分辨出是否在闪烁；因而可以通过单片机定时器的功能控制其 的显示内容。 LED 驱动电路：由于旋转会降低 LED 显示的亮度，为此我们选 择高亮度的发光二极管，并通过与单片机 I/O 口相连，对程序设定以 达到控制 LED 闪烁的效果。 电源的供电方式：旋转 LED 显示屏的硬件难点既是电路板的供 电问题，因为系统始终处于高速旋转的状态，在此我们将电机驱动和 LED 驱动供电部分分开，这样虽然增加了硬件开销，但使得系统更加 简单，大大降低的硬件设计难度。 2.22.2 方案选择方案选择 2.2.12.2.1 基于步进电机细分驱动技术的旋转基于步进电机细分驱动技术的旋转 LEDLED 显示屏设计显示屏设计 为保证显示屏在高速旋转时转速运行稳定，避免其他电动机在高 速旋转时存在的安全隐患甚至系统崩溃，该设计提出采用步进电机来 控制显示屏旋转的方法，步进电机通过细分驱动器后，不仅使步距角 变为其固有步距角的1/n，而且可完全消除电机的低频振荡，增大其 驱动能力并且由于步进电机具有抗干扰能力强，控制简单，步矩误差 不会长期积累等特点，从而大大增强了旋转稳定性和精确性，保证了 清晰的显示效果。 此设计除了以上三点主要涉及到的技术以外，还需对步进电机的 驱动、调速进行了解： 步进电机驱动：因为在不同的电机速度之下，产生的相应的频率 是不同的，同时旋转 LED 显示屏所呈现出来的图像不一样，电机速度 影响到单片机的定时器怎样工作和定时的多少，还影响到程序的编写。 所以电机控制速度显得极其的重要，常用的是采用 PWM 对直流电机调 速，通过电压的改变而得到不同的转速，但直流电机调速困难，在此 我们采用步进电机，通过 L298 芯片发脉冲，驱动电机旋转，这样步 进电机速度更加稳定。 此设计硬件设计方案 旋转 LED 整体硬件结构图详见图 2 所示 此设计软件设计方案 软件流程图，如下所示： XXXXX 毕业论文 5 主程序 启动电机 按键是否启 动 返回 Y N 主程序 去字模，刷 新显示 返回 Y 启动中断 定时时间是 否到 N 图 2.1 旋转 LED 显示屏软件流程图 2.2.22.2.2 嵌入式的嵌入式的 LEDLED 点阵显示屏设计点阵显示屏设计 在以往的 LED 点阵系统中，整个系统的控制核心是单片机，单片 机负责数据的读取，传输和显示。由于单片机的存储大小及多方面的 限制，单片机作为控制核心时，在对显示画面不多，显示画面不大时 是可以方便可行的。但是由于单片机执行指令受时间的限制，当显示 较大画面时，单片机的速度难以满足此要求，而结合嵌入式系统技术 后，即采用嵌入式软、硬件的集成方案来实现系统的各项功能。该系 统的设计采用了嵌入式芯片，在嵌入式开发中软件编程使用了实时操 作系统，使软件层次更加清晰，维护性强，模块化标准。 此硬件设计方案 如图 2 所示： 只需将图中的 MCU 控制器换成嵌入式芯片即可。 此软件设计方案 如图 1 所示： XXXXX 毕业论文 6 软件设计方案与以上设计思想基本类似，故图 1 上所示即可。 2.2.32.2.3 普通电机（交流电机）旋转普通电机（交流电机）旋转 LEDLED 显示屏设计显示屏设计 此硬件设计方案 如图 2 所示： 只需将图中的 MCU 控制器换成 STC89C52 芯片，将步进电机 换成普通的交流电机即可。 此软件设计方案 如图 1 所示： 软件设计方案与上设计思想基本类似，故图 1 上所示即可。 2.2.42.2.4 方案比较及确定方案比较及确定 以上三个方案各有及优缺点，个人总结而言，总的归结为：以结 构设计尽量简单，易于操作，易于理解，成本低廉为主要设计需考虑 因素。 从方案一来看，主要区别在于使用了步进电机来带动 LED 的旋转， 这里的难点就在于步进电机的调速问题上。必须对步进电机的工作原 理，如何调速，进行充分的理解。因为在不同的电机速度之下，产生 的相应的频率是不同的，同时旋转 LED 显示屏所呈现出来的图像不一 样，电机速度影响到单片机的定时器怎样工作和定时的多少，还影响 到程序的编写。当然，此设计如果能明确的知道电机的速度大小对于 编程而言是相当有利的；但是同时也需要对步进电机进行脉冲的发放， 对程序的编译亦同时提高了难度；但是个人认为，最为重要的则是对 成本的考虑上，由于此设计需要较高的速度，而较高速度的步进电机 成本是相当高的，如果仅作为实验观赏用，制作一个产品还可以考虑 此方案的可行性，但是若作为商品来销售，我认为就没有设计此产品 的必要了，故暂且不使用此方案。 从方案二来讲，主要区别在于使用了嵌入式芯片来代替单片机， 在以往的 LED 点阵系统中，整个系统的控制核心是单片机，单片机负 责数据的读取，传输和显示。由于单片机的存储大小及多方面的限制， 单片机作为控制核心时，在对显示画面不多，显示画面不大时是可以 方便可行的。但是由于单片机执行指令受时间的限制，当显示较大画 面时，单片机的速度难以满足此要求，而结合嵌入式系统技术后，即 采用嵌入式软、硬件的集成方案来实现系统的各项功能。个人认为， XXXXX 毕业论文 7 此设计本身的宗旨就不需要显示较大的画面，也不需要太大的存储空 间，对于普通的文字显示和图案显示，单片机完全可以达到此要求， 而且成本很低（STC89C 51 成本在 5￥左右），而且嵌入式芯片，掌握起来较为复杂，不适合 普通的，没有接触过此方面知识的人群的使用，使用较难，故暂且不 使用此方案。 从方案三来讲，主要区别在于使用了普通的交流电机来代替方案 一所使用的步进电机，实际设计时购买了一个普通功率的风扇将风扇 中电机拆分即可使用，成本相当的低，而且在电源上也可直接使用 AC220V 电压，方便快捷，与使用直流电机相比，省却了设计电源这个 麻烦，同时也降低了设计成本，在此次设计时选用了此方案，最大的 优势就在于成本很低。 南京化工职业技术学院专科生毕业论文 8 第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计 3.13.1 系统总体硬件框图系统总体硬件框图 电机电机电源 按键输入 LED 驱动 MCU 控制器电源 （DC5V） LED(16 个) 电源 （DC5V） 图 3.1 旋转 LED 整体硬件结构图 通过对整个设计框图的剖析，通过对整个框图及设计流程的了解， 设计出如上图所示的硬件框图；在此框图中运用了两个独立的直流电 源分别对 MCU 控制器和 LED 进行供电，这一方面大大降低了硬件设计 难度，另一方面也提高了 LED 的发光亮度，可行性高；整个核心设计 都将围绕此框图展开进行。 南京化工职业技术学院专科生毕业论文 9 3.23.2 系统设计具体结构系统设计具体结构 3.2.13.2.1 系统前期设计具体结构系统前期设计具体结构 旋转 LED（双层）动态显示屏结构正视图： 注：注： Rr r R 供电装置 交流电机 固定台 以放置的 16 个 LED 为例，必须将 其稳定的固定好， 避免旋转时，发 生掉落 图 3.2 旋转 LED（单排）动态显示屏前期结构正视图 如图 3 所示，由于此项课题设计较早，在前期设计时考虑采 用双排 LED（各 16 个）不同半径设计一双层旋转 LED 动态显示屏 以达到双层显示效果；两排 LED 所采用的原理完全相同，完全遵 属于图 2 所示的硬件框图进行拓展，并最终将其设计出来，但此 南京化工职业技术学院专科生毕业论文 10 装置设计时考虑欠佳，缺陷较多，最终以失败告终。 3.2.23.2.2 系统后期设计具体结构系统后期设计具体结构 旋转 LED（单层）动态显示屏结构正视图： 如图 4 所示，由于此项课题设计较早，在前期设计时考虑的 欠佳，导致电机烧毁，电路板损坏，既而加以改进。现利用剩余 器件材料制成一单排旋转 LED 显示屏，所采用的原理完全完全遵 属于图 2 所示的硬件框图，并最终将其设计出来，此装置在许多 方面（成本，阻力）加以优化，并最终设计出来，得到较好的显 示效果。 供电装置 交流电机 固定台 以放置的 16 个 LED 为例，必须将其稳 定的固定好，避免 旋转时，发生掉落 南京化工职业技术学院专科生毕业论文 11 R 图 3.3 旋转 LED（单排）动态显示屏后期结构正视图 3.33.3 系统整体设计原理图系统整体设计原理图 图 3.4 单片机（STC89C52）引脚图 STC89C52 的内核和 AT51 系列单片机一样，故引脚也相同。 STC89C52 的引脚功能现说明如下： 1-8：I/O P1 口（P1.0-P1.7）； 9：复位脚（RST/Vpd）； 10-17：I/OP3 口（P3.0=RXD，P3.1=TXD，P3.2=-INT0，P3.3=- INT1，P3.4=T0，P3.5=T1，P3.6=-WR，P3.7=-RD） 18、19：晶振（18=XTAL2，19=XTAL1）； 20:地（Vss）； 21-28：I/OP2 口（P2.0-P2.7)； 29：-PSEN； 30：ALE/-PROG； 31：-EA/Vpp 32-39：I/OP0 口（P0.7-P0.0）； 40：+5V 电源。 注：引脚功能前加“-”，说明其是低电平有效。如 P3.2=-INT0。 南京化工职业技术学院专科生毕业论文 12 3.3.13.3.1 系统前期整体设计原理图系统前期整体设计原理图 原理图详见附录 I 图 23 所示。 根据图 2 所示的硬件框图设计出图 23 所示的原理图，图中所示 的 VCC 运用了同一个直流电源，但是在实际调试中，在同一电源 （5V）共同对单片机和 LED（16 个）进行供电时，在程序运行时，出 现了电压输出不稳定。对于单片机而言对电压的要求则在 3V 以上， 而 VCC 则为 5V，此 VCC 若同时对二者进行供电则不能达到程序运行的 要求。最终以分开供电（各 5V）方式，并获得成功。 3.3.23.3.2 系统后期整体设计原理图系统后期整体设计原理图 利用 Protel99 SE 软件画出相关原理图，此原理图详见附录 I 图 24 所示 后期设计原理同前期完全相同，只是在硬件设计上由双排改为单 排显示，降低了运行负载和实验成本，仍以独立供电的方式运行，最 终获得较佳的实验效果。 3.3.33.3.3 系统设计下载模块原理图系统设计下载模块原理图 由于调试时，需要对程序反复进行下载，需要制作一个下载通讯 器，亦是为了下载程序的方便；在此运用 RS232 和 MAX232 可以简单 实现上位机和单片机的通信功能，可以轻松的对程序进行下载并运行。 原理图详见附录 I 图 25 所示。 DB9 相关资料 1 图 3.5 DB9 引脚图 表 3.1 DB9 引脚功能说明 引脚123456789 简写DCDRXDTXDDTRSGDSRRTSCTSRI 南京化工职业技术学院专科生毕业论文 13 功 能 说 明 载 波 侦 测 接 收 数 据 发 送 数 据 数 据 终 端 准 备 信 号 地 线 数 据 准 备 好 请 求 发 送 清 除 发 送 振 铃 指 示 MAX232 相关资料 1 图 3.6 MAX232 引脚图 MAX232 引脚功能说明： MAX232 芯片是专门为电脑的 RS-232 标准串口设计的接口电路,使 用+5v 单电源供电。 内部结构基本可分三个部分： 第一部分是电荷泵电路。由 1、2、3、4、5、6 脚和 4 只电容构 成。功能是产生+12v 和-12v 两个电源，提供给 RS-232 串口电平的需 要。 第二部分是数据转换通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 脚 构成两个数据通道。其中 13 脚（R1IN）、12 脚（R1OUT）、11 脚 （T1IN）、14 脚（T1OUT）为第一数据通道。8 脚（R2IN）、9 脚 （R2OUT）、10 脚（T2IN）、7 脚（T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS 数据从 T1IN、T2IN 输入转换成 RS-232 数据从 T1OUT、T2OUT 送到电脑 DP9 插头；DP9 插头的 RS-232 数据从 R1IN、R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、R2OUT 输出。 第三部分是供电。15 脚 GND、16 脚 VCC（+5v）。 在充分了解到原理之后，画出原理图，详见附录 I 图 25 所示： 制作出专用下载模块，实验证明，可以成功的对程序进行下载，并 可以成功运行。 南京化工职业技术学院专科生毕业论文 14 3.43.4 系统整体设计系统整体设计 PCBPCB 电路板电路板 3.4.13.4.1 系统前期整体设计系统前期整体设计 PCBPCB 电路板（单层）电路板（单层） 此图 PCB 详见附录 II 图 26 所示： 利用 Protel99 SE 软件根据附录 I 图 23 原理图制成 PCB 电路板， 考虑到成本因素，在 PCB 布线时均采用单层（顶层）布线，根据实际 设计并在 PCB 中测量好尺寸大小，以便制作成实际集成电路板，所以 实际尺寸大小的设计非常重要，不仅可以对成本进行合理控制，在 PCB 实际制作时，需注意对外形进行合理布局，尽量做到美观，但是 可行性依然需放在首要位置。 此示意图是利用 Protel99 SE 软件根据所绘出的原理图制成 PCB 电路板，根据所制成的电路板，并在软件中实际测量并计算出该电路 板的实际尺寸大小。在 Protel 制作 PCB 时，所使用到的长度单位为： mil，在转换成实际常见的长度是需注意，不能出错。 计量单位：1mil=0.0254mm。 通过这一计量单位的转换可以轻松的计算出该 PCB 板的实际尺寸。具 体大小详见图 8 所示。 3.4.23.4.2 系统后期整体设计系统后期整体设计 PCBPCB 电路板（单层）电路板（单层） 此图 PCB 详见附录 II 图 27 所示： 根据附录 I 图 24 原理图制成此 PCB，与前期制作的 PCB 电路 板原理完全相同，虑到成本因素，在 PCB 布线时均采用单层（顶 层）布线，原理上对前期的双排改动为单排，采用的原理均为图 2 所示，在外形设计上有所改动，但在最终实际设计时有所改动， 具体情况见实物分析。 根据实际制作的 PCB，根据计量转换单位：1mil=0.0254mm。测 量出此 PCB 大小，通过这一计量单位的转换可以轻松的计算出该 PCB 板的实际尺寸。具体大小详见图 9 所示： 南京化工职业技术学院专科生毕业论文 15 40 76 11 2 单位单位/mm 图 3.7 系统前期整体设计 PCB 电路板尺寸示意图 57 76 40 101 单位单位/mm 图 3.8 系统后期整体设计 PCB 电路板尺寸示意图 10 1 南京化工职业技术学院专科生毕业论文 16 3.4.33.4.3 系统设计下载模块电路板（单层）系统设计下载模块电路板（单层） 根据附录 I 图 25 原理图制成下载模块 PCB 电路板，实际 PCB 详 见附录 II 图 28 所示。 41 图 3.9 系统设计下载模块 PCB 电路板尺寸示意图 根据实际制作的 PCB，根据计量转换单位：1mil=0.0254mm。测量 出此下载模块 PCB 大小，通过这一计量单位的转换可以轻松的计算出 该 PCB 板的实际尺寸。具体大小详见图 10 所示： 注：由于考虑到成本和实验室实际条件等因素，系统设计的所有 PCB 电路板均未制成集成电路板；但虽如此，所有的电路图均由人工 手工焊接布线完成，并均制作成功，虽然布局美观上是不如集成电路 板，均但可用，获得成功。 3.53.5 元器件选型元器件选型 发光二极管（LED） 外型：5mm 大草帽 外径：5mm 光色：绿色 亮度：4000mcd 电压：3.0v3.2v 电流：1720mA 视角：120 度 寿命：100000 小时以上 单片机 型号：STC89C52 引脚输出电压：5V 数量：1 片 晶振 规格：11.0592MHz 数量：1 个 电阻： 规格：470 功率：1/2W 精度：5%。 数量：16 个 单位单位/mm 59 南京化工职业技术学院专科生毕业论文 17 交流电机 电压：AC220V 转速：900rad/min. 其余参数：未知 电容（无源） 规格：15p。 数量：2 片 电池(DXP 型) 规格：3V。 数量：4 片 MAX232EPE（DXP 型） 引脚：DIP-16 电源：+5V 外部通讯口： RS232 外部电容（无 源）：0. 1uF 数量：1 片 RS232 转接头 DB9 母转接头 南京 XXXX 学院专科生毕业论文 18 第四章第四章 旋转旋转 LEDLED 动态显示屏设计的控制思动态显示屏设计的控制思 想想 4.14.1 本课题的实现基本原理本课题的实现基本原理 4.1.14.1.1 成像基本原理成像基本原理 实践证明,人的大脑无法清晰辨识运动速度过快的物体。当物体运 动速 度达到 2040 转/秒时，大脑无法辨别物体的运动。 3rad/s 的影 像 15rad/s 时的影 像 60rad/s 时的影 像 图 4.1 人眼暂留效应示意图 所以在这种情况之下，由于人的眼睛存在视觉暂留现象，旋 转 LED 显示器能够很好地利用人眼的视觉暂留特性，利用高速旋 转电机带动一排 LED 灯旋转，通过控制 LED 灯的闪烁时间和频率， 就可呈现一幅完整的画面，如显示字符、图片。 4.1.24.1.2 汉字显示原理汉字显示原理 我们以 UCDOS 中文宋体字库为例，每一个字由 16 行 16 列的 点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由 256 点阵来表示。 我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解 为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示 在 256 像素范围内的任何图形。 南京 XXXX 学院专科生毕业论文 19 图 4.2 汉字显示原理图 4.24.2 字体、图形具体显示过程解析字体、图形具体显示过程解析 此设计所需的字模，可视为一 16*16 的点阵字模，具体如下 图所示： 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 P2. 0 P2. 1 P2. 2 P2. 3 P2. 4 P2. 5 P2. 6 P2. 7 P1. 0 P1. 1 P1. 2 P1. 3 P1. 4 P1. 5 P1. 6 P1. 7 123456781101112131415169 南京 XXXX 学院专科生毕业论文 20 图 4.3 字体显示示意图 注： 表示 LED 点亮； 表示 LED 未点亮。 4.2.14.2.1 变量定义变量定义 将图 12 中的 P0 整个 8 位 I/O 端口替换为 P1，I/O 口即可，并且 排序为：从上至下：P1.7-P1.0，与图中有所差别；实际设计时上 8 位设计为 P1，I/O 端口。此设计 8 位的 STC89C52 单片机控制，由于 单片机的总线为 8 位，一个字需要拆分为 2 个部分。一般我们把它拆 分为上部和下部，上部由 8*16 点阵组成，下部也由 8*16 点阵组成。 故变量定义为： 16 个 LED 所对应的 I/O 接口为；上 8 位：从上至下对应为: 1 P1.7，P1.6，P1.5，P1.4，P1.3，P1.2，P1.1，P1.0；下 8 位：从 2 上至下对应为： P2.7，P2.6，P2.5，P2.4，P2.3，P2.2，P2.1，P2.0。实际设计 I/O 端口为低电平有效。如图 13 所示。 4.2.24.2.2 字体、图形显示解析字体、图形显示解析 在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即第 0 列的 P10-P17 口。方向为 P17 到 P10 ,显示汉字“大”时，P12 点 亮,由下往上排列，为 P1.0 灭，P1.1 灭, P1.2 亮 P1.3 灭, P1.4 灭, P1.5 灭,P1.6 灭,P1.7 灭。即二进制 00000100，转换为 16 进制 为 04h。 上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方 便，我们设计成由上往下扫描，即从 P27 向 P20 方向扫描，从图可以 看到，这一列全部为不灭，即为 00000000，16 进制则为 00h。然后单 片机转向上半部第二列，仍为 P12 点亮，为 00000100，即 16 进制 04h；这一列完成后继续进行下半部分的扫描，P21 点亮，为二进制 00000010，即 16 进制 02h. 依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描 32 个 8 位， 可 以得出汉字“大”的扫描代码为： 利用 16*16 点阵字模提取软件将“大”字字模提取（亦可画表推 算，但速度较慢，不可取）。如图所示，取模时设置为竖向读取：故 “大”字 16 进制字模为： 0 x04, 0 x00, 0 x04, 0 x02, 0 x04, 0 x02, 0 x04, 0 x04 0 x04, 0 x08, 0 x04, 0 x30, 0 x05, 0 xC0, 0 xFE, 0 x00