LED旋轉顯示器的設計.doc

廣東嶺南職業(yè)技術學院畢 業(yè) 設 計課題：旋轉LED顯示器指 導 教 師：許自敏廣東嶺南職業(yè)技術學院Guangdong Lingnan Institute of Technology姓 名： 吳文天專 業(yè)：移動通信技術學 號：09601280208LED旋轉顯示器的設計摘要LED顯示屏已廣泛應用于廣告、車站、銀行、商場等公共場所，它具有功耗小、壽命長、色彩好等優(yōu)點?，F(xiàn)在的 LED 顯示屏的發(fā)光器件主要采用 LED 平板模塊，這種類型的顯示屏主要有兩個問題有待改進：首先是整個顯示屏全由LED 模塊組成，器件數(shù)量多，成本高；另外，由于顯示屏是一個平面，同時 LED 象素點有一定視角限制，使顯示屏的可視范圍被局限到正面某個范圍之內，在應用中使顯示屏的信息發(fā)布受到了一定的空間限制。本文給出了一種新型的柱式旋轉LED顯示屏，以旋轉掃描方式代替逐行掃描，可視范圍達到了360 度，成本大大降低，克服了LED平板顯示屏的不足。本文在簡要介紹旋轉LED顯示屏工作原理的基礎上，詳細說明了旋轉顯示屏的方案選擇和系統(tǒng)結構設計，以及具體硬件電路和軟件設計流程。在此基礎上，本文還討論了旋轉LED顯示屏設計中需要注意的一些關鍵問題，給出了相應的解決方案，并提出了一些改進和完善本系統(tǒng)的思路和設想。實際制作的LED旋轉顯示屏技術參數(shù)的測試結果，以及實際的運行效果表明，本文設計和制作的旋轉顯示屏符合設計要求，具有一定的創(chuàng)新性和實際應用價值。目 錄前 言41 LED旋轉顯示器的顯示原理52系統(tǒng)硬件電路的設計62.1系統(tǒng)硬件框圖62.2系統(tǒng)硬件原理圖72.3 顯示模塊82.4 電源模塊83系統(tǒng)程序的設計94性能調試與分析10總結11參考文獻12致謝13附錄14引言目前，單片機技術如火如荼，蓬勃發(fā)展，其電子產品如雨后春筍地出現(xiàn)，正潮水般的涌入各個領域。其電子產品以靈敏、結構簡單易制、成本低、可靠性強等優(yōu)點迅速占領電子市場，給人們生活帶來了極大的方便，深受人們的青睞。此次作品以宏晶科技STC89C52RC單片機為主控單元，還有DS1302時鐘芯片，利用視覺暫留效應，精確的顯示北京時間。LED的特點非常明顯，壽命長、光效高、無輻射與低功耗。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，其發(fā)光效率可達8090%。將LED與普通白熾燈、螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈進行對比，結果顯示：普通白熾燈的光效為12lmW，壽命小于2000小時，螺旋節(jié)能燈的光效為60lmW，壽命小于8000小時，T5熒光燈則為96lmW，壽命大約為10000小時，而直徑為5毫米的白光LED為2028lmW，壽命可大于100000小時。有人還預測，未來的LED壽命上限將無窮大。由于LED的種種優(yōu)勢，使得其在現(xiàn)在的各個領域里運用越來越廣泛，我們設計的旋轉LED顯示屏幕，具有結構新穎，節(jié)約材料的特點，一列16個LED燈旋轉顯示之后，可以代替顯示近似于16x180像素的顯示寬度和內容，我想以后不斷完善和改進之后應該可以在燈箱廣告和兒童玩具方面有一定的發(fā)展空間1系統(tǒng)設計旋轉時鐘是利用視覺暫留效應設計出來的，物體在快速運動時, 當人眼所看到的影像消失后，人眼仍能繼續(xù)保留其影像0.1-0.4秒左右的圖像，這種現(xiàn)象被稱為視覺暫留現(xiàn)象。是人眼具有的一種性質。人眼觀看物體時，成像于視網膜上，并由視神經輸入人腦，感覺到物體的像。但當物體移去時，視神經對物體的印象不會立即消失，而要延續(xù)0.1 -0.4秒的時間，人眼的這種性質被稱為“眼睛的視覺暫留”。假設我們設定我們的眼睛的暫留時間是0.4秒，如果我們的16個LED旋轉一周的時間快過0.4秒，那么我們看到的圖像就是這一列LED在各個位置顯示的圖像的疊加，如右圖，如果我們用定時器把LED旋轉一周的各個位置分割出180分，讓它在相應的位置顯示相應的圖像，那么我們就可以得到一個累加的圖像效果了畢業(yè)論文2系統(tǒng)硬件電路的設計2.1 系統(tǒng)硬件框圖系統(tǒng)硬件框圖右圖所示。12V電源 直流電機5V電源單片機STC89C52LED顯示光耦傳感器2.2 系統(tǒng)硬件原理圖系統(tǒng)硬件原理如下圖所示P0.0P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.72.3 顯示模塊的設計LED顯示器具有功耗低，接口控制方便等優(yōu)點，而且模塊的接口信號和操作指令具有廣泛的兼容性，并能直接與單片機接口，可方便地實現(xiàn)各種不同的操作，在各類測量及控制儀表中被廣泛的應用。當在LED上顯示漢字時，應先取得漢字的點陣構成數(shù)據(jù)，然后將其寫入顯示存儲器中進行顯示。旋轉LED顯示器是一種通過同步控制發(fā)光二極位置和點亮狀態(tài)來實現(xiàn)圖文顯示的新型顯示器，其結構新穎，成本低廉，可視角度達360。本設計采用16個并排發(fā)光二極管，利用人眼的“視覺暫留效應”顯示文字及圖案。2.4 電源模塊的設計電網提供的交流電源經過整流、濾波，可得到直流電壓，但此電壓仍然存在波紋。同時，由于交流電網電壓的波動，負載的變化和溫度的影響等，使輸出電壓紋波會更大，即輸出電流電壓不穩(wěn)定。為了得到穩(wěn)定的輸出電壓，在濾波電路與負載之間常常加入穩(wěn)壓電路，以使負載得穩(wěn)定的輸出電壓。通過上面的分析可知，直流穩(wěn)壓電源主要由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四大部分組成。直流穩(wěn)壓電路組成框圖如圖1.10所示。圖1.10 直流穩(wěn)壓電源的組成框圖2 系統(tǒng)程序的設計21程序的分布完成1.對于程序的編寫有些茫然，所以通過上網的查找資料，發(fā)現(xiàn)程序可以分為幾個模塊，對于以后的編寫有一定的啟發(fā)。2.編寫了程序寫一個字，觀察二極管是否有規(guī)律的閃爍，從而確定硬件電路的穩(wěn)定性。3.編寫程序一次最多能顯示幾個字，以及測試霍爾傳感器的轉速。4.對一些基本性能了解后開始了程序的編寫。初始化2.2程序流程圖標志位=0送碼表顯示標志位置=0等待YN3 性能調試與分析3.1程序的檢查與修改一個工程的完成不可能一步完成，所以程序的編寫也是一步一個腳印，最后【攀登上勝利的高峰。在編寫程序的時候遇到兩個較大的問題：一個是送數(shù)，另一個是時間。1. 直流電機的轉速決定了最多能顯示多少個字，而且只有在霍爾感應器感應到N極的時候才能送數(shù)，否則就無效。2. 這次設計對于時間的控制很嚴格，時間決定我們是否能正確的顯示漢字，。因為是基于視覺暫留效應，如果延時太長就不能看清楚字，所以要控制顯示字的數(shù)量。結論通過幾個月的努力，掌握了旋轉LED顯示屏的工作原理，并且成功的實現(xiàn)了設計的基本要求。同時也提高了利用高級語言編寫單片機程序的能力，以及查閱資料和解決問題的能力。系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能有：(1)通過單片機控制LED掃描顯示的時間，能夠穩(wěn)定的顯示數(shù)字或文字，軸向分辨率為16位。(2)能夠通過無線控制顯示數(shù)字或文字。(3)通過對電機的改造，解決了系統(tǒng)供電問題，使系統(tǒng)能夠長期工作。不過這次畢業(yè)設計仍然存在不足的地方。比如重心偏移，電機旋轉時產生抖動，應該在設計時對PCB布局進行科學的分析，調整重心；軸向分辨率只有16位，只能顯示簡單的圖像或文字；數(shù)據(jù)的傳送速度比較慢，沒有實現(xiàn)主機到從機的大量的數(shù)據(jù)的交換，主要使用了半雙工通訊芯片nRF401，其收發(fā)狀態(tài)的轉換需要13ms，影響了數(shù)據(jù)通訊的效率。總之，通過這次畢業(yè)設計鞏固了以前所學的知識，很大程度上提高了分析問題和解決問題的能力。5參考文獻1 陳尚松,雷加,郭慶.電子測量與儀器M.北京：電子工業(yè)出版社，2005：1081262 徐科軍.傳感器與檢測技術M.北京：電子工業(yè)出版社，2004：12333馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計M.北京：北京航空航天大學出版社，1999：2083 4 陳衛(wèi)兵，宋健娟.單片機原理及應用.西安科技大學出版社，2008.07.5 周興華.手把手教你學單片機C語言程序設計.北京航天航空大學出版社，2007.08.6 楊碧石，何其貴.模擬電子技術基礎.北京航天航空大學出版社，2006.01.致謝首先，我要感謝我的導師胡鴻志老師對我的悉心指導和關懷。他為我的畢業(yè)設計和論文的順利完成傾注了心血和汗水，他淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、平易近人的性格以及在設計上敏銳的洞察力，使我受益非淺。在整個畢業(yè)設計期間，胡鴻志老師給了我非常大的幫助和支持，從給我定題目，到工作開展，實驗進行，直到最后論文的撰寫都離不開他的悉心指導。胡鴻志老師給我提出了很多寶貴的建議，讓我少走了很多彎路，得以順利的完成論文。同時，還要感謝實驗室的蔣艷紅老師和邱治金老師。他們在我進行調試過程中給了許多指導并提供了實驗設備，讓我的畢業(yè)設計能夠順利完成。正是由于他們給我的幫助，讓我很快的進入了實際的工作。在這四年的學習生活中，感謝電子工程學院科技協(xié)會給了我發(fā)揮的機會和展現(xiàn)自我的舞臺。在那里我學到了知識，結識了一幫有著共同愛好的朋友，我們大家共同學習，為完成畢業(yè)設計打下了堅實的基礎，在此我向他們表示誠摯的祝福。最后，我感謝我的家人和朋友，他(她)們對我的支持和付出是我的畢業(yè)設計得以順利進行的保障。謝謝大家！附錄附錄一 元器件清單元件名稱型號（大小）數(shù)量電阻20016個電阻1K1個電阻2K1個電阻10K1個排阻1個瓷片電容30pF2個瓷片電容1042個電解電容10uF1個電解電容1000uF1個電解電容470uF1個發(fā)