基于单片机的手持数码摇摇棒最终报告

期末电子课程设计项目终审报告书学院电气工程学院专业电气信息类（轨道牵引电气化）基于单片机的手持数码摇摇棒摘要人的眼睛存在视觉暂留现象，正因为眼睛的反应迟钝，才丰富了人的视觉感受。基于C51单片机的手持摇摇棒很好地利用了人眼的视觉暂留特性。本作品是基于C51单片机控制由16只高亮度LED发光二极管构成的摇摇棒，通过改变单片机的内部由C语言编写的程序，配合手的左右摇晃就可呈现不同的画面，显示字符、图片等。关键词摇摇棒、视觉暂留、单片机、电子制作中图分类号TM113文献标识码AHANDHELDDIGITALSWINGINGBARBASEDONMCUDANGSHUPING,ZHAOJIAHAO,ZHANGCHAODONGSCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,BEIJINGJIAOTONGUNIVERSITY,BEIJINGPRCHINA,100044ABSTRACTTHEREISTHEPERSISTENCEOFVISIONPHENOMENONINHUMANSEYES,BESIDESDUETOTHISPHENOMENON,WECANHAVEAABUNDANTVISUALFEELINGINTHISPAPERWEUTILIZETHEMCUTOMODELPERSISTENCEOFVISIONPHENOMENONTOCREATEADIGITALBAR,WHICHISMADEWITH16BRILLIANTLEDSCONTROLLEDBYMCUWITHTHECHANGEOFTHECPROGRAMINTHEMCU,ANDSWINGIT,THEDIGITALBARCANPRESENTSOMEDIFFERENTPICTURESANDCHARACTERSKEYWORDSSWINGINGLAMPPERSISTENCEOFVISIONMCUELECTRONICMANUFACTURE1引言人的眼睛对动态频次分辨率一般为1/161/24S。电影片放映机以24帧/S的速度过卷，由于视觉滞后效应，使映现在屏幕上的单个静态画面，变成了连续动作的图文画面，配上声音就成了电影。而LED摇动式显示屏，也是植根于“视觉暂留效应”和LED显示屏控制软件基础上而演绎出来的电子信息显示媒体，在能稳定旋转的载体上安装多列LED发光器件，静止时，各列发光管等间距分列排开，随着旋转速度的加快，在计算机软件精确的时序控制下，不断扫描出预设的图案、符号和文字，犹如海市蜃楼般的幻景映现流淌在柱型、球型、盘型、扇型等载体的表面上，给人以全新的感觉。其诞生是闪光系列产品中的一大革命，它的好玩神奇之处在于初看是一支白色荧光棒，当用手左右摇晃这根数码摇摇棒，就会在棒子划过的轨迹上留下清晰的图案或文字，它是目前市场上最新奇的一款产品。通过四个月的电子技术课程学习，使我们对电子元件有一定的感性和理性认识，打好了日后学习更深一步的电气专业技术课的基础。同时，为了培养理论联系实际的能力，提高分析问题和解决问题的能力，增强团队协作科研的能力。培养团队合作、共同探讨、共同前进的精神，我团队现拟定制作基于C51单片机的手持摇摇灯，通过这次课程设计与制作，要达到的主要目的是1熟悉手工焊锡的常用工具的使用。2基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。3熟悉电路设计的步骤和方法，熟悉手工制作印制电板的工艺流程，能够根据电路原理图，元器件实物设计并规划布局电路板。4熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的电子器件图书。5能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用普通万用表和数字万用表。6了解电子产品的焊接、调试与维修方法。7学习并且熟悉掌握C51单片机的使用。通过对多功能数码摇摇棒的制作，既可以加强制作者对电子技术理论知识的理解和消化，提高制作者的电子制作技能，同时提高了学习电子的兴趣。2总体结构设计思路21系统结构设计整套系统以51单片机为核心控制系统，使用16只LED灯作为显示屏，它们分为4组，由Q1Q4来选通其中的一组。4组LED共用8个数据位，直接由单片机的通用I/O口来控制，在I/O口和LED之间采用UN2803来做驱动，解决了单片机I/O口输出电流不够的问题。总体系统设计如图1所示图1系统总体设计图22显示部分原理设计显示的原理是点阵屏的显示分为行扫描与列扫描两种，列扫描是将我们的字模数组通过点阵屏的行驱动进行输入，然后通过列对每一行进行扫描，当列为低（高）电平、行为高（低）电平时则表示该点为图案的一部分，将其读出、显示。它的顺序可以总结为行不断的送数据，每送完设置的信息后列进行读取，然后行再次送数据，列再次读取，依次循环下去，一幅完整的图案就显示在了显示屏上。而本次设计的LED显示棒数据传输原理与LED点阵屏相似。可以把LED显示棒看成是LED点阵屏中的一列。为了使显示的图案清晰，我们使用了16个LED管将它们排成一列，整个屏在静止时也就相当于16行1列。数据传输时我们同样使用行送数据、列扫描。在摆动过程中，应用视觉暂留原理，我们点亮的列不会很快的消失，而是随着摆动的方向继续向前移动，只要移动的速度高于视觉暂留的最短时间显示内容就不会熄灭，至此，一幅图案也就可以这样被“摆动”出来了。3C语言程序设计及其代码本设计采用通用51单片机。主要代码如下/程序名称LED摇摇棒显示6416像素简要说明外部中断方式INT0显示；取模方式纵向取模、字节倒序编写张朝栋最后更新12/5/28晚/INCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINT/宏定义DEFINEKEYP3_0/定义画面切换按键UCHARKY/KY作用在后面说明UCHARDISP/显示汉字指针UCHARPIC0,NUM0/PIC为按键次数；NUM为中断次数UCHARCODELOVE0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0XFE,0X3F,0X00,0X20,0X00,0X20,0X00,0X20,0X00,0X20,0X00,0X20,0X00,0X20,0X00,0X20,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0XF8,0X0F,0X04,0X10,0X02,0X20,0X02,0X20,0X02,0X20,0X02,0X20,0X04,0X10,0XF8,0X0F,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0XFE,0X07,0X00,0X08,0X00,0X10,0X00,0X20,0X00,0X20,0X00,0X10,0X00,0X08,0XFE,0X07,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0XFE,0X3F,0X82,0X20,0X82,0X20,0X82,0X20,0X82,0X20,0X82,0X20,0X82,0X20,0X82,0X20,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,/节日快乐/UCHARCODELOVEYOU0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X78,0X00,0XFC,0X00,0XFE,0X01,0XFE,0X03,0XFE,0X07,0XFE,0X0F,0XFE,0X1F,0XFC,0X3F,0XF8,0X7F,0XFC,0X3F,0XFE,0X1F,0XFE,0X0F,0XFE,0X07,0XFE,0X03,0XFE,0X01,0XFC,0X00,0X78,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,/生日快乐/UCHARCODEHEHE0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0XC0,0X01,0X40,0X01,0XC0,0X01,0X00,0X00,0X00,0X00,0XF0,0X0F,0X08,0X10,0X04,0X20,0X00,0X00,0X00,0X00,0XF0,0X3F,0X08,0X00,0X04,0X00,0X04,0X00,0X04,0X00,0X08,0X00,0XF0,0X3F,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X20,0X00,0X20,0X00,0X20,0X00,0X20,0X00,0X20,0X00,0X00,0X00,0X00,0XF0,0X3F,0X08,0X00,0X04,0X00,0X04,0X00,0X04,0X00,0X08,0X00,0XF0,0X3F,0X00,0X00,0X00,0X00,0X04,0X20,0X08,0X10,0XF0,0X0F,0X00,0X00,0X00,0X00,0XC0,0X01,0X40,0X01,0XC0,0X01,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,/一生平安/函数声明/VOIDDISPLAY1VOIDVOIDDISPLAY2VOIDVOIDDISPLAY3VOIDVOIDDISPLAY4VOID/N（US）延时子程序/VOIDDELAYUSUINTNUINTXFORX0X10DISPNUM0IFDISP2DISP0DELAYUS5200FORI0I3PIC0/END/5电路硬件设计所用元件AT89C20518元；高亮LED共16个8元；电池盒05元；单面万用板8元；可以裁成3块，做3个摇棒；陶瓷谐振器1元；电阻电容导线2元；外壳07元可以裁成2块可选元件电源开关1元。项目总成本不超过20元，外壳我用在超市发买的半透明文件夹卷成的，此电路电路非常简单，代码短，但是用到了2051的外部中断编程和T0、T1定时器编程，非常适合初学者练习。我制作这个玩具花费了两个晚上的时间。此电路和程序还有扩展改进的空间，如在长时间不摆动的情况下可以使单片机进入省电模式。16只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。与LED点阵的显示有几分相仿。硬件电路如下图。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2节干电池串联3V即可。51单片机作为控制器，在它的P0、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。P0口的上拉电阻RA1不能少。串在LED公共端的二极管D1会产生一定的压降，用来保护LED，经实测LED点亮时两端电压为27V左右，在LED的安全承受范围内。K1是画面切换开关，用于切换显示不同内容；S1为滚珠开关。滚珠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，所以通过接一只滚珠开关来控制，使摇摇棒从左向右摇动时将内容显示出来。图2数码摇摇棒整体电路图设计7整体功能效果评估在电路焊接完毕后，并未能按照要求显示出图形，在利用万用表对相关线路进行检测后发现个别焊点存在虚焊现象，于是对个别焊点进行了重焊、加焊等操作，并且优化了相关布线，之后的设备就能够正常运作了，输出图形和相关内容如下所示图3数码摇摇棒实物演示图9结束语与平板式LED显示屏和其他显示器技术如CRT、LCD、PDP相比较，摇摆式LED屏幕有着几个明显优势1成本低。与平板式LED屏相比，发光器成本可降低1020倍以上，总体成本可降低510倍以上。这对以高价位LED管为发光器的全彩色显示屏来说，更有使用价值；2分辨率高。3功耗小。本文实现了用16支LED灯摇摆扫描显示的形式来取代大量的LED点阵矩阵板来显示字符、图案信息。直插式LED的设计，体积小；采用红外对管来同步转速，使显示的画面稳定；干电池供电，无机械磨损，噪声小；设有控制钮，调控方便。本设计能够实现低成本、高质量的显示宣传效果，具有一定的实用价值。10致谢本课程设计论文是在我的模拟电子技术课