1、1 / 21應(yīng)用物理學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)題 目 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 學(xué) 院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 完成日期 2 / 21太原理工大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)的 16LED 搖搖棒的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的：針對(duì)物理學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程要求，對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)用型電子線路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等各環(huán)節(jié)的綜合性訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用課程中所學(xué)的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，獨(dú)立地解決實(shí)際問(wèn)題的能力。設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1.基于 AT89S52 單片機(jī)設(shè)計(jì)一款 LED 顯式棒（又稱(chēng)搖搖棒） ；2.該搖搖棒能夠顯示字母、漢字及簡(jiǎn)單的圖案等；3.掌握點(diǎn)陣屏的顯示原理，并將其運(yùn)用到搖搖棒的顯示中去；4.學(xué)會(huì)使用 Altium

2、Designer 設(shè)計(jì)印制電路板；設(shè)計(jì)內(nèi)容：1. 畫(huà)出搖搖棒的原理圖；2. 畫(huà)出軟件程序流程圖；3. 焊接電路板，調(diào)試程序，并對(duì)不合理之處加以改正；4. 遞交課程設(shè)計(jì)報(bào)告（打印稿） ，程序應(yīng)有適當(dāng)注釋。推薦的主要參考文獻(xiàn)：1. 張俊謨.單片機(jī)中級(jí)教程.北京航空航天大學(xué)出版社，2006.10 2. 趙建領(lǐng).單片機(jī)開(kāi)發(fā)寶典.電子工業(yè)出版社，2007.43. 譚浩強(qiáng).C 程序設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社，2009.74. 電子線路基礎(chǔ)輕松入門(mén).人民郵電出版社，2010.65. 杜洋.整理 SHOOK16 搖搖棒.無(wú)線電雜志，2010.13 / 21學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件：1. 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2. 搖搖棒的電路

3、原理圖工作計(jì)劃及進(jìn)度： 2012 年 12 月 25 日12 月 27 日：查閱資料； 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 要求設(shè)計(jì)工作的起止日期 指導(dǎo)老師簽字： 日期 教研室主任審查簽字： 日期 系主任批準(zhǔn)簽字： 日期 4 / 21應(yīng)用物理學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)基于單片機(jī)的基于單片機(jī)的 16LED 搖搖棒的設(shè)計(jì)搖搖棒的設(shè)計(jì)1 / 21目錄第一章第一章 概述概述 .2第二章第二章 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案.32.1 設(shè)計(jì)目的.32.2 設(shè)計(jì)要求.32.3 設(shè)計(jì)思路.3第三章第三章 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì).43.1 水銀開(kāi)關(guān).43.1.1 水銀開(kāi)關(guān)的原理：.43.2 搖搖棒原理圖.43.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)：.53.2.2 LED

4、顯示系統(tǒng)：.53.3 硬件整理.6第四章第四章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì).84.1 軟件設(shè)計(jì)思路.84.2 主程序流程圖.84.3 漢字取模軟件.94.4 程序編寫(xiě).10第五章第五章 總結(jié)總結(jié).16參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).172 / 21第一章第一章 概述概述LED 顯示棒，又稱(chēng)搖搖棒，是一種利用視覺(jué)暫留效應(yīng)整理的“高科技”玩具。可以用“靜如處子，動(dòng)如脫兔”來(lái)形容它，即當(dāng)靜止時(shí)，它只是幾個(gè) LED發(fā)光二極管（后簡(jiǎn)稱(chēng) LED） ，而一旦按照一定的頻率去搖晃它，它就會(huì)隨著位置的變化而變化（亮或滅），最終顯示一幅圖片或字符串。本設(shè)計(jì)要求整理 LED 顯示棒。通過(guò)搖晃時(shí)形成的亮燈區(qū)域能分辨出“藍(lán)色”兩個(gè)字。標(biāo)題：黑

5、體 16 磅加粗居中，單倍行距，段前0 磅，段后 18 磅內(nèi)容：宋體 12 磅，多倍行距 1.5 行，段前段后 0 磅 注意：每一章都要從新的一頁(yè)開(kāi)始。3 / 21第二章第二章 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)目的本次設(shè)計(jì)整理的是一個(gè)顯示棒，基本要求就是要小巧、輕便，所以要將單片機(jī)的系統(tǒng)板簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì) MCS-51 單片機(jī)的深刻理解，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力。2.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè) 16 只高亮度 LED 發(fā)光二極管構(gòu)成的搖搖棒，通過(guò)單片機(jī)編程配合手的左右搖晃就可呈現(xiàn)一幅完整的畫(huà)面，可以顯示字符、圖片。2.3 設(shè)計(jì)思路 本系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)一個(gè) LED 顯示棒且需要有按鍵進(jìn)

6、行內(nèi)容切換，它主要是由中央控制部分，LED 驅(qū)動(dòng)部分，LED 顯示部分以及電源部分組成。單片機(jī)將提取的字模進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)接收到按鍵輸入的指令時(shí)單片機(jī)就將相應(yīng)的字模代碼通過(guò) I/O 口輸出，使 LED 燈點(diǎn)亮，利用視覺(jué)暫留原理最終使圖案完整的顯示在擺動(dòng)的顯示屏中。1. LED 燈的選擇：高亮 LED 發(fā)光二極管。高亮 LED 比普通 LED 的顯示效果要好很多。2. 外部中斷信號(hào)產(chǎn)生方式：通過(guò)外部中斷可以控制數(shù)據(jù)開(kāi)始傳輸?shù)臅r(shí)刻。選擇好外部中斷來(lái)源是本次整理的難點(diǎn)及重點(diǎn)。使用水銀開(kāi)關(guān)。通過(guò)搖晃使得水銀開(kāi)關(guān)的水銀珠與觸點(diǎn)接觸和斷開(kāi)，利用這種接觸產(chǎn)生的電平變化來(lái)觸發(fā)中斷，結(jié)合軟件控制顯示，整理簡(jiǎn)單，使用

7、方便。3. 16 只 LED 發(fā)光管作為畫(huà)面每一列的顯示，左右搖晃起到了掃描的作用人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象使得看到的是一幅完整的畫(huà)面。與 LED 點(diǎn)陣的顯示有幾分相仿。一級(jí)節(jié)標(biāo)題：黑體 14 磅頂左，單倍行距，段前24 磅，段后 6 磅4 / 21第三章第三章 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)3.1 水銀開(kāi)關(guān) 水銀開(kāi)關(guān)，又稱(chēng)傾側(cè)開(kāi)關(guān)，是電路開(kāi)關(guān)的一種，以一接著電極的小巧容器儲(chǔ)存著一小滴水銀，容器中多數(shù)為真空或注入惰性氣體。3.1.1 水銀開(kāi)關(guān)的原理： 因?yàn)橹亓Φ年P(guān)系，水銀水珠會(huì)隨容器中較低的地方流去，如果同時(shí)接觸到兩個(gè)電極的話，開(kāi)關(guān)便會(huì)將電路閉合，開(kāi)啟開(kāi)關(guān)。 注意：水銀對(duì)人體及環(huán)境均有毒害，因此使用水銀開(kāi)關(guān)時(shí)，請(qǐng)務(wù)

8、必小心謹(jǐn)慎，以免破出；在不再使用時(shí)，也應(yīng)該妥善處理。3.2 搖搖棒原理圖圖 1 水銀開(kāi)關(guān)剖析圖二級(jí)節(jié)標(biāo)題：黑體 13 磅頂左，單倍行距，段前12 磅，段后 6 磅，序號(hào)與題名間空兩格圖 2 搖搖棒原理圖圖片標(biāo)注： 楷體 12 磅 置于圖片下居中，序號(hào)與圖片名間空兩格5 / 21上圖包含兩個(gè)主要部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)和 LED 顯示部分。3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)：本裝置采用了 AT89S52 單片機(jī)，它支持直接通過(guò)串口線下載程序，對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，顯示文字需經(jīng)常改變，AT89S52 方便許多，因此選擇 AT89S52 作為本設(shè)計(jì)所用的單片機(jī)。振蕩電路采用 12MHz 晶振，每個(gè)機(jī)器周期為 1s。I

9、SP 選擇為六腳 ISP 下載口，由于搖搖棒為長(zhǎng)條形外觀，使用六腳 ISP 下載口可以更節(jié)省空間。3.2.2 LED 顯示系統(tǒng)： 本裝置采用了 16 個(gè) 3MM 高亮 LED,其額定工作電壓在 3V 左右，因此可串聯(lián)一個(gè)可承受較大電流的二極管 1N4007 來(lái)進(jìn)行分壓，為設(shè)計(jì)方便，二極管采用共陽(yáng)接法。16 個(gè) LED 分別接在 P0 和 P2 口上。首先，我們根據(jù) LED 點(diǎn)陣屏的顯示原理：點(diǎn)陣屏的顯示分為行掃描與列掃描兩種，列掃描是將我們的字模數(shù)組通過(guò)點(diǎn)陣屏的行驅(qū)動(dòng)進(jìn)行輸入，然后通過(guò)列對(duì)每一行進(jìn)行掃描，當(dāng)列為低（高）電平、行為高（低）電平時(shí)則表示該點(diǎn)為圖案的一部分，將其讀出、顯示。它的順序可

10、以總結(jié)為：行不斷的送數(shù)據(jù)，每送完設(shè)置的信息后列進(jìn)行讀取，然后圖 3 振蕩電路圖 5 LED 顯示模塊圖 4 ISP 下載口6 / 21行再次送數(shù)據(jù)，列再次讀取依次循環(huán)下去，一幅完整的圖案就顯示在了顯示屏上。而本次設(shè)計(jì)的 LED 顯示棒數(shù)據(jù)傳輸原理與 LED 點(diǎn)陣屏相似。可以把 LED 顯示棒看成是 LED 點(diǎn)陣屏中的一列。為了使顯示的圖案清晰，我們使用了 16 個(gè)LED 管將它們排成一列，整個(gè)屏在靜止時(shí)也就相當(dāng)于 16 行1 列。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)我們同樣使用行送數(shù)據(jù)、列掃描。在擺動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)用視覺(jué)暫留原理，我們點(diǎn)亮的列不會(huì)很快的消失，而是隨著擺動(dòng)的方向繼續(xù)向前移動(dòng)，只要移動(dòng)的速度高于視覺(jué)暫留的最短時(shí)

11、間顯示內(nèi)容就不會(huì)熄滅，至此，一幅圖案也就可以這樣被“擺動(dòng)”出來(lái)了。3.2.3 水銀開(kāi)關(guān)的作用：棒在搖動(dòng)時(shí)，只能在朝某一方向搖動(dòng)時(shí)顯示，否則會(huì)出現(xiàn)鏡像字或鏡像畫(huà)面，所以通過(guò)接一只水銀開(kāi)關(guān)來(lái)控制，使搖搖棒從左向右搖動(dòng)時(shí)將內(nèi)容顯示出來(lái)。整套系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)作為核心控制系統(tǒng)，使用 16 只 LED 燈作為顯示屏，其中 16 只直接與單片機(jī) I/O 口相連。當(dāng)水銀開(kāi)關(guān)觸發(fā)中斷 T1 時(shí)，單片機(jī)向 16 只 LED 傳送數(shù)據(jù)，依據(jù)人體的視覺(jué)暫留原理，隨著顯示棒的擺動(dòng)前進(jìn)，輸出數(shù)據(jù)的列也不會(huì)立刻消失而是隨著擺動(dòng)逐漸顯示在了形成的扇形區(qū)域。3.3 硬件整理 由于整理 PCB 板的成本太高，我使用

12、了長(zhǎng)條形的洞洞板，手工焊接，跳線連接。因此做工比較粗糙。原先使用的是直徑5mm 的紅色 LED，感覺(jué)太大了些，遠(yuǎn)看效果很好但近7 / 21看時(shí)字不夠連貫。后改為 3mm的高亮 LED，效果好了很多。 水銀開(kāi)關(guān)里的水銀珠很活躍，導(dǎo)致在接通時(shí)容易產(chǎn)生抖動(dòng)，所以將水銀開(kāi)關(guān)斜向上放置（尖朝斜上方 45角） ，靠水銀珠自身重力的作用減少抖動(dòng)：IC 座里面隱藏元件，既美觀又能保護(hù)元件，還可以節(jié)省空間：圖 6 搖搖棒實(shí)物圖水銀開(kāi)關(guān)圖 7 水銀開(kāi)關(guān)的位置圖 8 單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)物圖8 / 21第四章第四章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)思路在搖動(dòng) LED 棒的時(shí)候單片機(jī)必須單程傳送數(shù)據(jù)否則顯示的圖形會(huì)產(chǎn)生重

13、影，影響視覺(jué)效果。因此當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作后通過(guò)慣性開(kāi)關(guān)的位置來(lái)使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)單程傳送數(shù)據(jù)給 LED。如果水銀開(kāi)關(guān)位于右邊，則進(jìn)入外部中斷 1 并將一變量置1,。在變量為 1 期間讓單片機(jī)以一定的頻率將數(shù)據(jù)傳送給 LED。如果水銀開(kāi)關(guān)位于左邊，則進(jìn)入外部中斷 0 并將變量置 0,。在這期間單片機(jī)不會(huì)傳送數(shù)據(jù)給LED。在送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)送完后應(yīng)延時(shí)一段時(shí)間來(lái)使搖動(dòng)時(shí)顯示的每個(gè)字不會(huì)太擁擠。之后再立刻熄滅 LED 并開(kāi)始重新判斷水銀開(kāi)關(guān)的位置。4.2 主程序流程圖通過(guò)軟件設(shè)計(jì)思路分析，得到該系統(tǒng)的主程序流程圖如下：9 / 21系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，內(nèi)部進(jìn)行初始化后，等待外部中斷。當(dāng)搖動(dòng)到指定位置時(shí)，由水銀開(kāi)關(guān)出觸發(fā)

14、外部中斷，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延時(shí)后開(kāi)始顯示。顯示完成返回主程序，等待下一個(gè)搖動(dòng)周期的到來(lái)。4.3 漢字取模軟件 漢字取模軟件采用曉奇工作室提供的液晶漢字取模軟件，設(shè)置方便，簡(jiǎn)單實(shí)用。10 / 21參數(shù)設(shè)定為：輸出格式：從上到下從左到右 C 語(yǔ)言編程取模方式：縱向 8 點(diǎn)下高位字庫(kù)選擇：粗宋 16 點(diǎn)陣4.4 程序編寫(xiě)本程序由 keil 軟件編寫(xiě)，程序如下：/*程序名稱(chēng)：LED 搖搖棒顯示 64*16 像素編 寫(xiě)：某某某時(shí) 間：2012/01/11*/#include #define KEY P30 /定義畫(huà)面切換按鍵unsigned char KY; unsigned char pic=0,num

15、=0; /pic 為按鍵次數(shù)；/*漢字模數(shù)*/unsigned char code newyear = /新 0 x00,0 x00,0 x44,0 x22,0 x4C,0 x1A,0 x7C,0 x4E,圖 10 漢字取模軟件11 / 21 0 xD7,0 xFF,0 xE6,0 x7F,0 x7C,0 x0E,0 x5C,0 x9A, 0 x44,0 x60,0 xFE,0 x3F,0 xFC,0 x1F,0 x46,0 x00, 0 xC2,0 xFF,0 xC3,0 xFF,0 x62,0 x00,0 x40,0 x00,/年 0 x00,0 x00,0 x20,0 x04,0 x10

16、,0 x04,0 x18,0 x04, 0 xEC,0 x07,0 xCF,0 x07,0 x4A,0 x04,0 x48,0 x04, 0 xF8,0 xFF,0 xF8,0 xFF,0 x48,0 x04,0 x48,0 x04, 0 x68,0 x04,0 x4C,0 x04,0 x08,0 x06,0 x00,0 x04,/快 0 x00,0 x00,0 xC0,0 x00,0 x60,0 x00,0 xFF,0 xFF, 0 xFE,0 x7F,0 x30,0 x80,0 x60,0 x41,0 x08,0 x71, 0 x08,0 x3D,0 xFF,0 x0F,0 xFE,0 x

17、07,0 x08,0 x0D, 0 xF8,0 x39,0 xFC,0 x71,0 x08,0 xE1,0 x00,0 x41,/樂(lè) 0 x00,0 x00,0 x00,0 x40,0 x80,0 x20,0 x80,0 x30, 0 xFE,0 x1C,0 xFC,0 x0E,0 x84,0 x24,0 x84,0 x40, 0 xFE,0 xFF,0 xF6,0 x7F,0 x82,0 x00,0 x83,0 x02, 0 xC2,0 x0C,0 x80,0 x18,0 x00,0 x70,0 x00,0 x20;unsigned char code school =/太 0 x00,0

18、x00,0 x00,0 x80,0 x20,0 x40,0 x20,0 x60, 0 x20,0 x30,0 x20,0 x1C,0 x20,0 x0F,0 xFF,0 x1B, 0 xFE,0 x70,0 xA0,0 x23,0 x20,0 x0E,0 x20,0 x38, 0 x20,0 x70,0 x30,0 x60,0 x20,0 xC0,0 x00,0 x40,/原 0 x00,0 x00,0 x00,0 x80,0 x00,0 x70,0 xFF,0 x3F,12 / 21 0 xFE,0 x4F,0 x02,0 x20,0 xFA,0 x33,0 xF2,0 x5D, 0 x5A

19、,0 x49,0 x5E,0 xFF,0 x56,0 x7F,0 x52,0 x05, 0 xF2,0 x0B,0 xFA,0 x19,0 x13,0 x70,0 x02,0 x20,/理 0 x00,0 x00,0 x44,0 x10,0 x44,0 x30,0 xFC,0 x1F, 0 xFC,0 x1F,0 x46,0 x08,0 x44,0 x48,0 xFF,0 x45, 0 xFE,0 x44,0 x92,0 x44,0 xFE,0 x7F,0 xFE,0 x7F, 0 x92,0 x44,0 xFE,0 x45,0 xFF,0 x64,0 x02,0 x40,/工 0 x00,0 x00,0 x00,0 x40,0 x04,0 x40,0 x04,0 x40, 0 x04,0 x40,0 x04,0 x40,0 x04,0 x40,0 xFC,0 x7F, 0 xFC,0 x7F,0 x04,0 x40,0 x04,0 x40,0 x04,0 x40, 0 x06,0 x40,0 x04,0 x60,0 x00,0 x40,0 x00,0 x00;/*n（us）延時(shí)子程序*/void