简易旋转LED显示装分析方案书

1、摘要系统由红外接收及按键电路、霍尔检测电路、光敏自控电路、 16个 LED 线 阵显示电路四个电路模块组成。采用 AT89S52 单片机为核心，对红外接收传感 器及霍尔检测电路进行采集，并控制自检及 16 个 LED 线阵图文显示工作。由 光敏电阻及 UA741 构成的光敏自控电路，可以通过环境光线改变输出电压，实 现 16 个 LED 线阵显示电路亮暗调节。AbstractThe system consists of infrared receiving and key circuit, hall detection circuit, photosensitive control circu

2、it, 16 LED graphic display circuit, motor drive circuit five circuit modules. Using AT89S52 SCM as the core, the infrared receiving sensor and hall detection circuit for acquisition, and control self-inspection and 16 LED by a display work. The photosensitive resistance UA741 and a photosensitive co

3、ntrol circuit, can through the environment light change the wave to control the output waveform, realize 16 LED graphic display circuit light and dark regulation.一、系统方案论证与比较1主控电路选择方案一：由FPGA勾成主控电路，系统板体积小，运算速度快，稳定性强，而且 功能强大 , 可以提供丰富的逻辑单元和 I/O 口资源，但是成本较高，不符合节 能、环保的要求。方案二：采用AT89S52单片机构成的主控电路，支持ISP下载技术，控

4、制操 作简单，价格低廉，通用性强。经比较分析，考虑到传统的 51 单片机就可以满足题目的需要，而且价格低 廉，性价比高，因此选择方案二。2亮度自动调电路选择 方案一：采用线性较好的光敏电阻，将光敏电阻串入控制电路的输出端再 接入线阵 LED 灯，当光亮度变化时即可改变电流大小，从而可以达到亮暗调 节。但是电路不稳定，性价比差此方案故不采取。方案二：由光敏电阻与 NE555构成亮度调节电路。用 EN555电容、电位 器组成振荡电路产生稳定的 PWM输出。光敏电阻的变化引起输出 PWM波占空 比的变化，从而改变显示亮度。方案三：采用 UA741 与光敏电阻搭建电路，组成负反馈放大电路输出。而 光敏

5、电阻的变化引起输出电压的变化，从而改变显示亮度，实现亮度随外界环 境变化而自动调节。经比较分析，方案三电路稳定、且易于控制，因此选定此方案作为环境亮 度变化调节电路。3. 标杆检测电路选择 方案一：采用光敏电阻构成的光电检测电路。光敏电阻通过感应光线强度 而改变自身阻值，容易受环境光线强弱的影响和周围物体移动的干扰，工作不 稳定。而且在电路后级还需要加上比较电路，使得电路复杂，成本较高。方案二：采用霍尔传感器 A44E构成的检测电路。霍尔开关具有无触电、低 功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，所以能够在各类恶劣环境下可靠的工 作，而且成本低，电路简单，工作稳定。经比较分析，选取方案二来实现移动

6、物体的检测功能。4. 电机的比较与选择方案一：采用步进电机来带动旋转平台，步进电机是将电脉冲信号转变为 角位移或线位移的控制元件，使得在速度、位置等控制领域用步进电机变的非 常简单。故不选择。方案二：运用交流电机带动旋转平台，交流电机具有调速性能好、易于控 制、无需驱动电路、载重能力强等优点。经比较分析，由于步进电机转速不易调整，而交流电机机械特性和调节特 性的线性度好，调速范围广、维护方便，满足题目要求，所以我们选择交流电 机带动旋转平台，故选择方案二。、电路理论分析与计算1. 线状点阵LED驱动参数分析与计算该线状点阵中LED驱动方法为普通的 LED与电阻串联的方式来驱动点亮 LED该限流

7、电阻计算公式如下：根据设计要求，亠 ，亠 ，亠1 可求得限流电阻:经计算采用凹 电阻与LED串联即可。2. 线阵LED运动参数分析与计算在电机的带动下，线阵 LED依靠旋转平台进行旋转，设电机周期为 ，LED完成需要时间为，软件延时为，它们之间存在下列关系：只要保证 I ，经计算由 亠 ，亠 得I亠 ，线阵LED就 能很好的地显示图文。3. 指针式秒表分析与计算指针秒表完全通过软件来控制显示，设电机周期为，LED完成需要时间为，软件延时为、，存在下列关系：保证 成立，确定LED完成需要时间为 ，线阵LED就能很好的地显示秒表计时。4. 显示亮度自动调节分析与计算采用UA741与光敏电阻搭建电路

8、。组成负反馈放大电路输出。而光敏电阻的变化引起输出电压的变化，从而改变显示亮度，实现亮度随外界环境变化而 自动调节。光敏电阻的变化引起输出电压的变化，从而改变显示亮度 ，即电流控制。控 制电流大小计算如下：三、电路模块的设计与分析1 .系统设计分析系统由红外接收及按键电路、霍尔检测电路、光敏自控电路、16个LED线阵显示电路四个电路模块组成。首先，通过红外遥控发送指令数据给单片机 AT89S52，使单片机输出自检指令。16个LED线阵显示电路逐盏点亮。红外遥 控发送图文显示指令时，16个LED线阵显示电路显示图文。红外遥控发送秒表 指令，16个LED线阵显示电路以秒表以标志杆为起始标志，秒针随

9、时间动态旋 转，旋转一周的时长为60 1秒。系统框图如图A-3-1所示。图A-3-1 系统总体框图2. 单片机主控电路主控电路是以单片机最小系统为核心控制，电路如图A-3-2所示。单片机I/O 口对红外遥控进行指令采集，以判断红外遥控输入信息；P0 P2 口则用于传输显示数据，使16个LED线阵显示电路实时显示工作状态。二-r寸J0jT. F-二JSOP_xxPL 心 1051) Pl.CtSMO) P1.7(5CK) R5T P3.0(RXD NO P3.1CIXD) P32ONT1) P3.3(1NT1) P3) P3.5(n)門一乂於 f_gd 往一高9一 _=_ UUAOZE.krx

10、-一一久(二 vHEd 台一 vrfEH= 宀 Iwcfrid nz L_kG6卄104P&.4(.AD4)PO.5CAD5)P0.SAD6)POTiB?)EAVPPPSENP2?(kl5) P26(A14) P25(A13)33馨32 P；.5 引P臥30 P：.7-5Vt4 7KpipI1r3456789JCli rrZC-IOS RS：7 口06 SCK10 iiOSZ图A-3-2 单片机主控电路3. 红外接收及按键控制电路红外线接电路用红外收头1838T,电路如图A-3-3。红外接收头接收发射头 发射以宽度600/900卩s为发射脉冲,在5CM之接收范围内，取50次接收脉冲之 平均值。

11、送给单片机采集数据，使16个LED线阵显示电路显示图文。同时可以通过按键手动控制16个LED线阵显示电路显示图文。图A-3-3 红外接收及按键控制电路4. 标杆检测电路标杆检测电路米用霍尔传感器米集数据并检测标志杆，把霍尔传感器固定 到旋转平台，一块小磁铁固定到标志杆上，并与霍尔传感器水平一条线放置。 当旋转平台边缘上网霍尔传感器经过标志位的小磁铁时，传感器感应到磁场发 生变化，同时产生输出电压脉冲，并将此脉冲送入单片机。标杆检测电路如图A-3-4。图A-3-4标杆检测电路5. 亮度自动调节电路亮度自动调节电路采用UA741与光敏电阻搭建电路。组成负反馈放大电路 输出。而光敏电阻的变化引起输出

12、电压的变化，从而改变显示亮度，实现亮度 随外界环境变化而自动调节，亮度自动调节电路如图A-3-5。图A-3-5亮度自动调节电路四、系统软件设计1 系统软件流程图系统的软件程序由C语言编写，使用Keil编译环境，详细的程序流程图如 图A-4-1。系统初始化操作后，立即对红外遥控进行循环扫描，以选择工作模 式，并在执行相应的工作模式操作进行图文显示。另外，系统通过中断程序完 成的一个指针式秒表的显示。五、系统测试与分析1 系统测试仪器四位半UT-61万用表1台、TPR3003-3C双路直流稳压电源 1台、模拟 YB43020BF示波器1台。2 系统测试与结果分析1）完成制作一个由16只LED构成的

13、线状点阵及其控制电路，安装于可旋 转的平台上，在平台的中心设置一个按键，用于功能的切换，电机带动平台以 合适速度旋转。2）开机时装置完成显示自检，能对点阵中16只LED逐个点亮，每只LED显示时间约为1秒，此时平台不旋转。测试结果如表 A-5-1所示：表A-5-1自检测试记录表:第一次测试第二次测试第三次测试平均值16s17s16s16.33s测试结果分析：16只LED逐个点亮依据三次测试结果表明，每只 LED显示时间约为1秒，误差3%3）平台开始旋转后，通过无线方式切换，实现16个同心圆图形分别顺序由大到小）和逆序 由小到大）显示，每个同心圆图形显示时间为1秒左右。同心圆由大到小测试结果如表

14、 A-5-2所示，同心圆由小到大测试结果如表 A-5- 3所示：表A-5-2 同心圆由大到小测试结果表:第一次测试第二次测试第三次测试平均值8s/16r9s/16r10s/16r9s/16r表A-5-3 同心圆由小到大测试结果表:第一次测试第二次测试第三次测试平均值10s/16r7s/16r8s/16r8.33s/16r测试结果分析：同心圆由大到小、由小到大测试结果表明，每个同心圆图形显示时间为1秒。4）LED显示亮度能依据环境亮度变化自动调节。环境光线弱， LED显示变 暗、环境光线亮，LED显示变亮。5）通过无线方式切换，显示字符“ TI杯”，能稳定显示，无明显漂移。6）通过开关切换电机旋转的速度，可以在两种不同的旋转速度下，LED依然能够稳定的显示图文信息。7）通过无线方式切换，显示一个指针式秒表，该秒表以标志杆为起始标 志，秒针随时间动态旋转，旋转一周的时长为 60 1秒。测试如表A-5-4所 示：表A-5-4 秒表测试结果表:第一次测试第二次测试第三次测试平均值50s61s72s59.91s测试结果分析：根据测试表格结果显示，秒针随时间动态旋转，旋