魔幻摇摇棒课程设计.doc

江苏师范大学物理与电子工程学院课程设计报告江苏师范大学物电学院课程设计报告课 程 名 称： 光电综合课程设计 题 目： 魔幻摇摇棒的设计 专 业 班 级： 光信息科学与技术 学 生 姓 名： 洪 建 军 学 生 学 号： 09225032 日 期： 2011年11月11日 指 导 教 师： 戴 新 宇 物电学院教务部印制说明：1、报告中的第一、二、三项由学生在课程设计开始前填写，由指导教师指导并确认签字2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩，并填写成绩评定表3、所有学生必须参加课程设计的答辩环节，凡不参加答辩者，其成绩一律按不及格处理答辩小组成员应由2人及以上教师组成答辩后学生根据答辩情况填写答辩记录表4、报告正文字数一般应不少于3000字，也可由指导教师根据本门课程设计的情况另行规定5、平时表现成绩低于6分的学生，取消答辩资格，其该课程设计成绩按不及格处理6、课程设计完成后，由指导教师根据完成情况写出总结。

7、此表格式为徐州师范大学物理与电子工程学院提供的基本格式，指导教师可根据本门课程设计的特点及内容做适当的调整一、内容要求与设计任务:在本设计题目中，需要通过数只高亮度LED发光二极管构成摇摇棒，配合手的左右摇晃呈现一幅完整的画面，可以显示字符、图片等分析题目，如要使电路能成功完成此功能，则必须借助单片机电路图的正确设计及程序的正确编写时本设计的重难点，最后根据电路图焊好电板，将程序输入芯片中，即完成题目的基本要求具体设计任务如下： 1．熟悉所选择芯片的工作原理； 2．给出电路的设计方案； 3．用硬件加以实现； 4. 调试成品 5．写课程设计报告 二、进度安排：第一至三周： 查找资料，熟悉LED旋转棒的设计原理，给出设计总体方案；第四至五周： 各模块的详细设计，购买具体的元件；第六至七周： 硬件连线，调试；第八至九周： 写课程设计报告三、主要参考文献：1. 王雪文编著．传感器原理及应用．北京：北京航空航天大学出版社，2004．3 2．谢维成，杨加国主编．单片机原理与应用及C51程序设计．北京：清华大学出版社，2006 3．胡燕如主编．模拟电子技术．北京：高等教育出版社，2004．2 4．杨志忠主编．数字电子技术．北京：高等教育出版社，2003．12 5．谭浩强著．C程序设计．北京：清华大学出版社，2005．7 6．夏路易，石宗义编著．电路原理图与电路板设计教程Protel 99SE．北京：希望电子出版社，2006 7．徐争颖主编．Protel 99SE EAD技术及应用．北京：机械工业出版社，2005．5 指导教师签字： 年 月 日- - 18 - -目 录摘要……………………………………………………………………………………2Abstract………………………………………………………………………………21 引言………………………………………………………………………………32 系列设计2.1 设计思路 ………………………………………………………………42.2 模块方案的比较 2.2.1 外部中断信号的产生方式 ………………………………………42.2.2 抗重影方案的选择 ………………………………………………53 硬件设计 3.1 总体设计…………………………………………………………………63.2 单元电路设计 3.2.1 LED显示模块 ……………………………………………………63.2.2 惯性显示模块 ……………………………………………………74 设计的实现图 4.1 硬件电路图 ……………………………………………………………85 设计总结…………………………………………………………………………9 参考文献 ………………………………………………………………………10附 录 元器件明细表………………………………………………………………11程序…………………………………………………………………………12摘 要本设计以AT89S52单片机为中央控制器，利用视觉暂留效果和单片机外部中断技术，实现了在摇动过程中形成的扇形平面内清晰显示文字、字母、图案的LED显示棒的制作。

整套系统由中央控制模块、LED显示模块、供电模块等部分组成本设计实现了设计要求显示的全部内容，并且可以实现动态显示关键字：LED ； 视觉暂留 ； 图案AbstractAT89S52 microcontroller is the central controller of this design ,By the use of persistence of vision effects and external interrupt technology to production of LED bar,and display text, letters, patterns clearly in the fan-shaped plane while rocking the LED. The entire system is made of the central control module, LED display module, power module and some other components. This designe achieved the gole of the display of the entire contents, and can be dynamically displayedKeywords：LED ；Persistence of vision ； Pattern1 引言LED显示棒，又称摇摇棒，是一种利用视觉暂留效应制作的“高科技”玩具。

可利用“静如处子，动如脱兔”来形容它，即当静止时，它只是几个LED发光二极管，而一旦按照一定的频率去摇晃它，它就会随着位置的变化而变化，最终显示一幅图片或字符串该设计要求通过制作完成一个LED显示棒要求LED灯呈线状排列，能够在通过摇动形成的亮灯扇形区域内分辨出如：“L”“5”之类的字符2系统设计方案2．1设计思路本系统要求设计一个LED显示棒，它主要是由中央控制部分，LED显示部分及电源部分组成，如下图所示：单片机控制系统LED显示电 池图1：LED显示棒系统框图单片机将提取的字幕进行存储，当接收到按键出入的指令时单片机就将相应的字幕代码通过I/O口输出，使LED点亮，利用视觉暂留原理最终使图案完整的显示在摆动的显示屏中本设计的难点在于输送数据的时间间隔及较长画面或文字的完整显示以下将对各模块的方案进行论证与比较： 2.2模块方案的论证与比较2.2.1外部中断信号产生方式通过外部中断可以控制数据开始传输的时刻，选择好外部中断来源是本次制做的难点及重点：方案一：使用水银开关水银开关的作用是使得棒在摇动时，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。

方案二：使用光遮器在棒上装一个可以用来遮挡光遮器光线的细杆，细杆每左右摆动一次这个杆就会通过一次光遮器，并使电路发生电平变化同样，通过这种电平变化并结合软件使其只显示特定方向的字符信号本次设计中产生的中断是为了实现数据的单程传输如果使用光遮器，其触发单片机的时刻处于正中间，不能解决画面因为返回与原来图片重叠的现象而使用水银开关，可以解决此问题，所以选择方案一2.2.2抗重影方案的选择方案一：使用外部中断控制数据传输时刻外部中断信号由水银开关产生，触发方式为下降沿触发水银开关左右两边的触点分别为与单片机两个外部终端接口相连，默认为高电平，摇摆的摆杆接地水银开关处于不同位置进入不同的中断，从而决定何时送数据该方案简单易行，可以保证数据是单程传输的，避免了重影而且，当把水银开关处于左边时LED棒熄灭，可以达到省电的效果方案二：使用定时器与外部中断当我们摆手时，短时间内摆动位置和左右幅度不会有太大变化，利用我们手臂的这个运动规律，只要得到棒从一侧摆动到另一侧的时间，然后把这个时间分成N份，在每一份的时间里显示不同的花样就能实现图像的显示设计中摆动的摆子与左右两个触点接触各一次的时间可以通过外部中断和定时器计算出来，然后利用单片机的另一个定时器T1，其定时时间是T0的N分之一，每次中断一次显示一列，就可以得到预期现实的图案了。

该方案可以控制要动频率低的时候不显示图形但程序的稳定性不高，图形之间的间隔不易确定本次设计要求显示的字符长度较短，使用方案一中的外部中断方法只要控制好延时就可以达到完整显示图案的目的，而且方案一中只使用了外部中断，所占用的内存比方案二少，所以选择使用方案一3系统设计3.1总体设计经过分析论证及结合实际，我们决定了系统各模块的最终方案，流程如下：复位电路路5V锂电池开 关LED显示水银开关AT89S52图2：LED显示棒系统原理图整套系统以AT89S52单片机为核心控制系统，使得16只LED灯作为显示屏当水银开关触发中断T1时，单片机向16只LED灯传送数据，依靠人的视觉暂留原理，随着显示棒的摆动前进，输出数据的列也不会立刻消失而是逐渐显示在了形成的扇形区域3.2 单元电路设计3.2.1 LED显示模块首先，我们根据LED点阵屏的显示原理：点阵屏的显示分为行扫描与列扫描两种，列扫描时我们的字模数组通过点阵屏的行驱动进行输入，然后通过列队每一行进行扫描，当列为低（高）电平、行为高（低）电平时则表示该点位图案的一部分，将其读出、显示它的顺序可以总结为：行不断地送数据，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x1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3.2.2水银开关模块水银开关内有一定量的水银，和两个金属触点，是利用水银的导电性工作。