第頁(yè)共28頁(yè)1緒論1.1研究背景及意義進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)工業(yè)和科技水平一直在進(jìn)步，復(fù)雜度越來(lái)越高的集成電路開(kāi)始得到發(fā)展，給大眾生活帶來(lái)了根本性質(zhì)的改變。微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用也已經(jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，LED顯示屏技術(shù)也隨之而誕生了，它的出現(xiàn)更新了傳統(tǒng)的宣傳方式。由許多小面板構(gòu)成了LED顯示屏。發(fā)光二極管是一種可導(dǎo)光的半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體為幾種化合物組成，分別為鎵、砷等。因?yàn)槔锩娴碾娮雍涂昭〞?huì)相互進(jìn)行一個(gè)結(jié)合，從而導(dǎo)能夠反射回可見(jiàn)光，科學(xué)家利用可以反射光的這種特性而制作成了發(fā)光二極管。應(yīng)用在各行各業(yè)當(dāng)中，包括指示燈或者其他文字顯示當(dāng)中。發(fā)光二極管由幾種物質(zhì)組成，不同物質(zhì)構(gòu)成的二極管所反射出的光線也不一樣，可以發(fā)射出紅色光線的LED燈是由磷、砷、鎵三種化合物組成的二極管，可以反射綠色光線的LED等是由磷、鎵等幾種不同的物質(zhì)摻雜在一起組成。在日常生活中LED顯示屏主要用于數(shù)據(jù)信息的顯示，廣泛應(yīng)用于各種宣傳上面。但是傳統(tǒng)的LED顯示屏可視范圍較小，混色或者配光都不能夠理想的狀態(tài)。遠(yuǎn)距離觀看時(shí)畫(huà)面會(huì)比較模糊不清晰，近的時(shí)候觀看會(huì)覺(jué)得不夠美觀，柔和度也欠缺。而且大部分使用的LED顯示屏成本和功耗較大，類似于顯示一個(gè)16*16大小的字符，傳統(tǒng)的LED顯示屏需要消耗16*16個(gè)LED燈，旋轉(zhuǎn)LED只需要16個(gè)[1]。本設(shè)計(jì)的目的主要是為了解決傳統(tǒng)LED顯示屏技術(shù)中存在的缺陷，因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)上所銷售的LED顯示屏所采用的方式是將LED燈進(jìn)行平鋪式的排列，導(dǎo)致后期的維修和制作成本較高。而且畫(huà)面只能進(jìn)行滾動(dòng)顯示，在兩者顯示相同的字符數(shù)據(jù)的時(shí)候，傳統(tǒng)的LED顯示屏所需要的功耗比較大。本設(shè)計(jì)的方案目的就是為了去解決這些傳統(tǒng)顯示屏的不足，并且為了使LED顯示屏能夠隨時(shí)更換所需顯示的內(nèi)容，而設(shè)計(jì)的一款旋轉(zhuǎn)顯示屏。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀LED顯示屏最開(kāi)始時(shí)是單雙色顯示，然后逐步發(fā)展到現(xiàn)在大眾所看到的的全彩。技術(shù)工藝也從直插式發(fā)展到了貼片。為了能夠提升顯示屏的畫(huà)質(zhì)和滿足公眾需求，企業(yè)更是不斷的對(duì)設(shè)計(jì)工藝和技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)和探索。清晰度和畫(huà)質(zhì)更高的產(chǎn)品讓企業(yè)開(kāi)始引領(lǐng)了行業(yè)的發(fā)展，這是一個(gè)有進(jìn)步意義的事情。該產(chǎn)品的發(fā)明讓LED顯示屏能夠快速的進(jìn)入到商用顯示的地步。在科技進(jìn)步的未來(lái)，LED顯示屏的商業(yè)價(jià)值會(huì)增大[2]美國(guó)科技公司RubinBraunstein在研究當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了可以反射紅外線的某些半導(dǎo)體。而在上世紀(jì)六十年代的美國(guó)通用公司的工程師尼克?何倫亞克在1962年發(fā)明了發(fā)光二極管。自此以后在全球起了一股技術(shù)潮流，該潮流在后來(lái)的人命名為是發(fā)明電燈泡以后第二場(chǎng)在照明上的革命。在后來(lái)的時(shí)期當(dāng)中工程師尼克?何倫亞克被人們稱為“LED燈之父”。在1980年以后LED顯示屏開(kāi)始作為一種新型的宣傳媒體開(kāi)始在世界上崛起，其原理是將LED燈按照行列式組成點(diǎn)陣模塊，或者像是一排排像素點(diǎn)一樣大面積的屏幕。LED顯示屏性能較穩(wěn)定，使用的壽命較長(zhǎng)而且適應(yīng)能力強(qiáng)價(jià)格也相對(duì)有性價(jià)比。此階段后的時(shí)間里，在顯示領(lǐng)域LED顯示屏的熱度一直高居不下。在各行各業(yè)得到了廣泛地應(yīng)用[3]。LED產(chǎn)業(yè)真正的崛起時(shí)間是在上世紀(jì)九十年代初的日本，在這個(gè)時(shí)期日本科學(xué)家中村修二(ShujiNakamura)，在LED燈這個(gè)領(lǐng)域有了重大的突破，也因此制作出來(lái)藍(lán)光的LED燈。從此技術(shù)問(wèn)世后，真正開(kāi)啟LED燈時(shí)代的是因?yàn)榘咨獿ED燈的出現(xiàn)[3]。在此階段內(nèi)該行業(yè)引來(lái)了黃金階段。在九十年代整個(gè)世界的科技產(chǎn)業(yè)和技術(shù)在不同的領(lǐng)域都有著突破和改進(jìn)。關(guān)與LED顯示屏的科研成果也不斷涌現(xiàn)，不管是制作材料或者性能方面都有了大幅度的一個(gè)提升?？梢燥@示不同顏色的顯示晶片被研發(fā)出來(lái)，彩色顯示屏開(kāi)始進(jìn)入大眾的視線。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域方面，視頻控制技術(shù)開(kāi)始在顯示屏方面進(jìn)行測(cè)試。在此階段上顯示屏的顯示灰度等級(jí)由16個(gè)慢慢提升到了64個(gè)，這個(gè)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)之后的動(dòng)態(tài)顯示起到了推動(dòng)性。在這個(gè)階段，國(guó)內(nèi)外的企業(yè)迅猛發(fā)展，產(chǎn)值大幅度得到了提升。LED顯示屏所涉及的范圍也在增加，其中包括在金融證券領(lǐng)域的應(yīng)用。因?yàn)閷?duì)相關(guān)技術(shù)的研究國(guó)內(nèi)對(duì)于該行業(yè)的技術(shù)一直在不停的更新，因此國(guó)內(nèi)的顯示屏行業(yè)在全球范圍內(nèi)都保持著較高的一個(gè)行業(yè)水平。在上個(gè)世紀(jì)九十年代出，無(wú)線遙控技術(shù)和視頻控制技術(shù)開(kāi)始被國(guó)內(nèi)所掌握。而且在近年時(shí)間當(dāng)中，我國(guó)技術(shù)也在不斷的發(fā)展。在大眾百姓當(dāng)中彩色LED顯示屏得到了普及，畫(huà)質(zhì)更高和更加的清晰。步入二十一世紀(jì)，科學(xué)家對(duì)于此領(lǐng)域的科技越來(lái)越先進(jìn)，在制作材料或者功耗上面都有了不同層次的一個(gè)提升。在這種背景下LED旋轉(zhuǎn)顯示屏被研發(fā)出來(lái)，旋轉(zhuǎn)led顯示屏靈活多變，動(dòng)感十足，效果更炫酷，更容易吸引潛在客戶眼球。在商業(yè)的展示平臺(tái)當(dāng)中旋轉(zhuǎn)LED顯示屏占據(jù)了主要地位，也是國(guó)家機(jī)關(guān)和相關(guān)部分對(duì)公益活動(dòng)以及法治教育的好媒介。LED旋轉(zhuǎn)顯示屏的出現(xiàn)增加了可使用的場(chǎng)地包括購(gòu)物廣場(chǎng)的樓頂裝飾、十字街口以及其他場(chǎng)地。該顯示屏分模塊的設(shè)計(jì)，在拆卸以及維修或者場(chǎng)地更換方面都很輕松和便捷。1.3本文主要內(nèi)容本次課題主要完成LED旋轉(zhuǎn)顯示系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和硬件電路的制作。該顯示系統(tǒng)選用的是宏晶科技研發(fā)的STC系列芯片作為主控芯片。將貼片LED燈安裝在直流電機(jī)的支架上，并且貼片LED燈在高速電機(jī)的帶動(dòng)下繞中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。控制主板接收傳感器模塊反饋回來(lái)的信息數(shù)據(jù)，利用I/O口對(duì)LED燈進(jìn)行控制，使之在相對(duì)應(yīng)的時(shí)候點(diǎn)亮或者熄滅。因?yàn)槿搜蹠?huì)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的物體保留一定的殘像，這個(gè)殘像和后面所看到的幀聯(lián)合起來(lái)，在視覺(jué)上就會(huì)覺(jué)得是連續(xù)和完整的圖像。本次完成的效果在于能夠立體顯示字符數(shù)據(jù)信息，并且該系統(tǒng)能夠通過(guò)WIFI或藍(lán)牙等無(wú)線傳輸方式和手機(jī)APP進(jìn)行無(wú)線通信，利用無(wú)線傳輸方式傳送字符數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)修改LED旋轉(zhuǎn)顯示屏的字符數(shù)據(jù)。本次設(shè)計(jì)主要的研究工作如下所示：1.對(duì)傳統(tǒng)的LED顯示屏掃描形式式進(jìn)行解析和總結(jié)，在該基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)新的形式。對(duì)比傳統(tǒng)的掃描方式，新的設(shè)計(jì)將會(huì)對(duì)之前掃描方式的不足進(jìn)行優(yōu)化，簡(jiǎn)單易懂。使用單片機(jī)來(lái)控制LED燈在預(yù)設(shè)的位置進(jìn)行亮滅。設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)接燈板，通過(guò)三極管放大電路為L(zhǎng)ED供電，從而實(shí)現(xiàn)LED點(diǎn)陣屏的硬件部分的設(shè)計(jì)。2.設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的算法方式，使顯示屏顯示的內(nèi)容和高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速相一致，不會(huì)出現(xiàn)無(wú)法顯示或者字體顯示混亂等問(wèn)題。3.采用目前市面上的取模軟件對(duì)所需的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先的取模，并將點(diǎn)陣數(shù)據(jù)保存在EEPROM當(dāng)中。通過(guò)串行通信傳輸燒錄程序到單片機(jī)當(dāng)中，同時(shí)驗(yàn)證LED顯示屏系統(tǒng)是否能正常顯示字符信息。并對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試，排除顯示過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)的拖影或者亂碼等現(xiàn)象。4.由于51單片機(jī)內(nèi)存較小，并不能儲(chǔ)存所有的GB2312字符點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，因此本設(shè)計(jì)采用高通生產(chǎn)的GT21L16S2Y字庫(kù)芯片，作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，搭配藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線修改字符信息。5.由于高速旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生作用力，如果扇葉重心點(diǎn)沒(méi)有找對(duì)或者底座過(guò)輕就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不穩(wěn)定，出現(xiàn)顛簸和震動(dòng)，可能會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)損壞。所以在整個(gè)硬件設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中需要設(shè)計(jì)出整體的硬件系統(tǒng)，確定該旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)重心以及整個(gè)模塊經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。做到動(dòng)態(tài)平衡，減少因?yàn)樾D(zhuǎn)帶來(lái)的影響。本設(shè)計(jì)于此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款LED旋轉(zhuǎn)顯示屏，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2整體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)概述人眼能看到的頻率是1/24每秒，當(dāng)某個(gè)物體以超過(guò)這個(gè)速度的頻率移動(dòng)時(shí)，人眼看到的影像會(huì)繼續(xù)殘留在視網(wǎng)膜內(nèi)，大約0.1-0.4秒。在上一幀圖像還沒(méi)消失前，又看到了下一幀的圖像，形成了一種視覺(jué)上的錯(cuò)覺(jué)，大腦會(huì)覺(jué)得是一幅連續(xù)的圖像，這種現(xiàn)象被稱為視覺(jué)的殘留效應(yīng)。本文所提出的LED旋轉(zhuǎn)顯示系統(tǒng)就是基于該原理進(jìn)行的實(shí)用性應(yīng)用成果。該設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)所采取的是一種拼接式的結(jié)構(gòu)。因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)文字的立體顯示，所以將點(diǎn)陣顯示屏的貼片LED燈和控制主板分離，將其集成在一塊PCB板（燈板）上。由于本系統(tǒng)能夠提供的電壓較低，并不能同時(shí)驅(qū)動(dòng)16個(gè)LED燈進(jìn)行顯示，所以利用三極管連接組成的放大電路對(duì)貼片LED燈進(jìn)行供電，確保貼片LED燈能夠正常的運(yùn)行。因?yàn)榭刂浦靼逍枰陔姍C(jī)的帶動(dòng)下繞中心軸進(jìn)行高速的旋轉(zhuǎn)，傳統(tǒng)的供電方式在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)使電源線纏繞在一起，所以該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)底座，將供電模塊固定在其中。在供電方面采用無(wú)線供電的方式對(duì)整個(gè)控制主板和LED顯示電路提供穩(wěn)定的電流。無(wú)線供電的原理是通過(guò)兩個(gè)線圈進(jìn)行互感的方式進(jìn)行，通過(guò)線圈L1和L2為控制主板和燈板進(jìn)行供電。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)的功能就是LED旋轉(zhuǎn)顯示屏可以實(shí)現(xiàn)字符數(shù)據(jù)的立體顯示，手機(jī)APP可以通過(guò)藍(lán)牙模塊發(fā)送文字?jǐn)?shù)據(jù)到單片機(jī)上，并將其顯示于LED旋轉(zhuǎn)顯示屏上。2.2方案設(shè)計(jì)該系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)思路為，首先在硬件上通過(guò)固定套件將控制板與高速直流電機(jī)進(jìn)行組合連接，無(wú)線供電模塊對(duì)電機(jī)及主板進(jìn)行供電。程序設(shè)計(jì)上采用串行總線輸出到單片機(jī)當(dāng)中，然后根據(jù)預(yù)先儲(chǔ)存在單片機(jī)內(nèi)存當(dāng)中的點(diǎn)陣信息顯示出固定的字符數(shù)據(jù)?？刂瓢逅@得的點(diǎn)陣信息除了通過(guò)讀取單片機(jī)內(nèi)存的方式進(jìn)行之外，還可以采用控制板上的藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸后解碼顯示。根據(jù)該系統(tǒng)的任務(wù)要求，在硬件設(shè)計(jì)上分成了核心控制模塊、LED顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、無(wú)線傳輸模塊、高速直流電機(jī)模塊、電源模塊六部分。利用高通生產(chǎn)的GT21L16S2Y字庫(kù)芯片對(duì)字符數(shù)據(jù)的點(diǎn)陣信息進(jìn)行存儲(chǔ)。這種分層設(shè)計(jì)的好處在于后續(xù)調(diào)試開(kāi)發(fā)的過(guò)程中的一個(gè)方便性和實(shí)用性。在調(diào)試和開(kāi)發(fā)的階段可以對(duì)單塊模塊進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)便于快速排查。本次設(shè)計(jì)的LED顯示屏采用的單片機(jī)為STC系列的微型控制器作為核心模塊，因?yàn)榭紤]到制作成本和功耗不宜過(guò)高等問(wèn)題，所以無(wú)線通信模塊采用的芯片為JDY-23BLE藍(lán)牙模塊。該模塊不需要去考慮藍(lán)牙的協(xié)議問(wèn)題，可以進(jìn)行直接開(kāi)發(fā)，支持AT協(xié)議和透?jìng)鞴δ?。因?yàn)椴捎米儔浩鞯脑磉M(jìn)行無(wú)線供電，功率肯定會(huì)比有線供電的低，BLE藍(lán)牙所需的功耗低，所以非常適合本次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)難度上面也會(huì)大大的減小。傳感器模塊采用紅外對(duì)管傳感器，利用外部中斷0檢測(cè)其引腳的電平，從而起到對(duì)旋轉(zhuǎn)初始位置的監(jiān)測(cè)。相對(duì)于霍爾傳感器，紅外對(duì)管傳感器所需的成本較低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)起來(lái)也很容易，足夠滿足本設(shè)計(jì)的要求。根據(jù)電路的模塊化考慮。硬件主要是由高速直流電機(jī)搭載控制板組成。這樣設(shè)計(jì)的好處在于高速電機(jī)和控制板的硬件部分分離。在硬件調(diào)試階段更加的方便，若LED旋轉(zhuǎn)顯示屏和高速電機(jī)兩個(gè)電路模塊有一個(gè)出現(xiàn)問(wèn)題將不會(huì)導(dǎo)致全部重新設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。原理框圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)總體框圖圖2-1系統(tǒng)總體框圖2.3方案論證（1）雙處理器方案此方案采用兩個(gè)處理器進(jìn)行配合完成，選用一些在安裝和體積方面都較為合適的，而且開(kāi)發(fā)資源豐富的處理器芯片。一個(gè)處理器芯片控制LED的顯示部分，另外的負(fù)責(zé)去控制高速直流電機(jī)的調(diào)速和其他擴(kuò)展的功能。點(diǎn)陣顯示部分將16個(gè)LED燈進(jìn)行單列的排放，并且在直流電機(jī)的帶動(dòng)下繞中心軸進(jìn)行一個(gè)旋轉(zhuǎn)，對(duì)電機(jī)設(shè)置合適的驅(qū)動(dòng)。通過(guò)霍爾元器件對(duì)旋轉(zhuǎn)屏的初設(shè)位置進(jìn)行感知，確定其初設(shè)的位置。利用單片機(jī)的串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以電刷的方式為整個(gè)系統(tǒng)提供供電和通信。（2）嵌入式顯示屏設(shè)計(jì)在方案一的基礎(chǔ)上，將MCU芯片換成嵌入式芯片。在大多數(shù)的LED顯示屏當(dāng)中，單片機(jī)都作為一個(gè)核心控制模塊，它負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)接收和發(fā)送。但是單片機(jī)的內(nèi)存較小，在存儲(chǔ)方面會(huì)有較大的限制。以單片機(jī)為核心的顯示系統(tǒng)，在所需顯示的內(nèi)容不多和不大時(shí)是可行。但是在大多數(shù)的情況下所需顯示的畫(huà)面或者內(nèi)容都會(huì)較大，單片機(jī)所能夠提供的運(yùn)行速度難以支撐起較大的數(shù)據(jù)。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)以后，會(huì)有利于對(duì)程序或者軟件的邏輯層面會(huì)更加的清晰，相比于單片機(jī)，嵌入式芯片的運(yùn)行速度也會(huì)更加的快速。（3）單處理器方案本方案采用單處理器方式進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)過(guò)程和方案一大概一致，但是舍棄了對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，優(yōu)化了電路的復(fù)雜程度。選用普通的直流電機(jī)，采用藍(lán)牙模塊進(jìn)行一個(gè)無(wú)線通信，控制整個(gè)的開(kāi)發(fā)成本。綜上所訴，方案一采用雙處理器的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，其電路組成較為復(fù)雜，而且雙處理的使用導(dǎo)致整個(gè)開(kāi)發(fā)成本的提高，不利于之后大規(guī)模的商用。方案二中采用的是嵌入式芯片作為開(kāi)發(fā)，但是以往的控制單元都以單片機(jī)作為核心。如果使用嵌入式方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，其難度就會(huì)增加。沒(méi)有使用過(guò)此芯片的人群就會(huì)難以去理解，而且普通的單片機(jī)芯片可以完成整個(gè)設(shè)計(jì)的要求，故放棄此方案。方案三采用單芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易懂，電路復(fù)雜度較低。經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性都較強(qiáng)，而且藍(lán)牙是日常生活中較為常用到的功能，所以對(duì)于之后的普及起到一定的作用。故選擇方案三進(jìn)行本次的設(shè)計(jì)方案。2.4高速電機(jī)方案論證方案一:步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)是以脈沖信號(hào)作為運(yùn)行速度的電機(jī)，每獲得一個(gè)信號(hào)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的角度，所運(yùn)行的角度和獲得的信號(hào)成一個(gè)正比例。不過(guò)LED顯示屏所顯示的圖像或者文字會(huì)受到相對(duì)應(yīng)的限制。并且此電機(jī)的價(jià)格較貴，整個(gè)的開(kāi)發(fā)成本會(huì)提高。同時(shí)步進(jìn)電機(jī)需要處理器去控制所以就會(huì)占用處理器的一個(gè)資源。方案二:采用直流電機(jī)。直流電機(jī)具有一定的經(jīng)濟(jì)性適合做產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，而且直流電機(jī)不會(huì)占用到處理器的端口，可以節(jié)約處理器的資源為后續(xù)的功能拓展提供了可能。直流電機(jī)使用比較方便，改裝以后還能給整個(gè)的顯示系統(tǒng)供電。同時(shí)可以利用降壓電路來(lái)控制直流電機(jī)的速度，讓其和顯示的程序相呼應(yīng)，達(dá)到一個(gè)完美的顯示效果。結(jié)合以上所說(shuō)的進(jìn)行一個(gè)綜合性的考慮，為了整個(gè)設(shè)計(jì)能夠節(jié)約成本和功耗，可以優(yōu)化整個(gè)設(shè)計(jì)的電路以及可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定的供電，增加系統(tǒng)的抗干擾和穩(wěn)定，故采取第二種方案。2.5供電方案論證方案一：將電池固定在主控板。原理就是在主控板上直接固定兩節(jié)7號(hào)電池，為顯示系統(tǒng)進(jìn)行供電。這樣的供電方式就比較簡(jiǎn)單，硬件設(shè)計(jì)起來(lái)也沒(méi)有那么復(fù)雜。然而也存在著一些缺點(diǎn)需要去解決。電池的電壓容量是有限的，LED顯示系統(tǒng)所需的整體功耗較大，難以為L(zhǎng)ED燈提供穩(wěn)定的電壓，主控芯片也有可能因?yàn)殡妷翰蛔愣Ｖ构ぷ鳌５诙?，蓄電池具有較大的體積和重量，使用時(shí)肯定需要將其固定在旋轉(zhuǎn)支架上，但是電量用完的時(shí)候更換起來(lái)就會(huì)很麻煩。如果不將其進(jìn)行固定，在電機(jī)的高速帶動(dòng)下，電池有可能在離心力的作用下而被甩飛出去，造成一定的安全問(wèn)題。同時(shí)，因?yàn)橹亓康脑黾樱瑢?duì)電機(jī)的速度和功耗就會(huì)起到影響。方案二：采用無(wú)線供電。該供電方式和變壓器原理一致，在底座上布置發(fā)射線圈，控制主板上布置一個(gè)接收線圈，發(fā)射和接收線圈就相當(dāng)于原邊和副邊線圈。最后經(jīng)過(guò)整流、穩(wěn)壓、濾波，為整個(gè)顯示系統(tǒng)提供電源。這種能量傳輸?shù)姆绞?，無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)，能夠最大限度的滿足本設(shè)計(jì)要求。方案三：采用電刷供電。該供電方式是基于對(duì)電機(jī)的改造完成的，在直流電機(jī)的軸上增加了一個(gè)電刷，使之為系統(tǒng)進(jìn)行供電。該方法可以長(zhǎng)期的對(duì)控制模塊進(jìn)行供電，但是因?yàn)殡娝⒑碗姍C(jī)會(huì)產(chǎn)生摩擦，摩擦的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致功耗的增加和能源的浪費(fèi)。結(jié)合以上各種優(yōu)缺點(diǎn)可以看到，雖然電刷供電實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單而且較為穩(wěn)定，但是會(huì)存在損耗和磨蹭。這個(gè)并不利于一個(gè)系統(tǒng)的長(zhǎng)久性和抗干擾性。方案二雖然實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜，但是沒(méi)有接觸，使用壽命較長(zhǎng)，利于一個(gè)長(zhǎng)久的使用和發(fā)展。故在本設(shè)計(jì)當(dāng)中使用方案二進(jìn)行一個(gè)供電方案。2.6傳感器方案論證方案一：采用霍爾傳感器。以霍爾效應(yīng)作為一個(gè)原理基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)的傳感器名為霍爾傳感器。在設(shè)計(jì)時(shí)將傳感器放置在旋轉(zhuǎn)板上，在與之對(duì)應(yīng)的底座上安放一個(gè)磁鐵。當(dāng)主控板轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，焊接在主板上的霍爾傳感器會(huì)和放置在底座的磁針相遇，從而產(chǎn)生一個(gè)低電平，外部中斷監(jiān)測(cè)到這個(gè)低電平就會(huì)開(kāi)始以小磁鐵的位置開(kāi)始顯示字符數(shù)據(jù)。方案二：采用紅外對(duì)管傳感器。紅外對(duì)管傳感器是對(duì)紅外發(fā)射管與紅外接收管結(jié)合起來(lái)的一個(gè)總的名稱。它們有兩種不同的方式進(jìn)行接收或者發(fā)射，分別為直射和反射。直射式的應(yīng)用過(guò)程是將目標(biāo)物體安放在接收管和發(fā)射管的兩頭。將發(fā)射二極管和接收管放置在一起就組成了反射式，不工作時(shí)接收管不會(huì)接收到光照，只有發(fā)射管發(fā)射信號(hào)時(shí)受到物體的反射才會(huì)進(jìn)行工作。在本設(shè)計(jì)中，紅外發(fā)射管一直處于導(dǎo)通的狀態(tài)，安裝在底座上面，此時(shí)紅外發(fā)射管一直處于工作狀態(tài)，當(dāng)位于主控板的接收管接收到信號(hào)時(shí)就會(huì)導(dǎo)通，從而觸發(fā)外部中斷。單片機(jī)監(jiān)測(cè)到中斷以后就會(huì)以這個(gè)點(diǎn)為起始位置開(kāi)始顯示字符數(shù)據(jù)。從以上兩種方案對(duì)比來(lái)看，霍爾傳感器價(jià)格較高，如果使用其作為監(jiān)測(cè)起始位置的傳感器就會(huì)增加本設(shè)計(jì)的成本。故不必采用此方式。結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性進(jìn)行考慮，因此選擇方案二作為檢測(cè)初始位置的方案。

3硬件電路設(shè)計(jì)3.1硬件概述硬件電路在整個(gè)過(guò)程當(dāng)中屬于重中之重的部分，他關(guān)系到后續(xù)系統(tǒng)的完整運(yùn)行和軟件部分的設(shè)計(jì)。優(yōu)秀的硬件電路設(shè)計(jì)可以在后期減少軟件程序的開(kāi)發(fā)難道，提高整體的抗干擾性和持續(xù)性。本次課題設(shè)計(jì)的硬件電路部分主要包括如下幾個(gè)功能模塊：LED顯示屏模塊，電源模塊，微控模塊，高速直流電機(jī)模塊，點(diǎn)陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，傳感器模塊，無(wú)線傳輸模塊。硬件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3-1所示。圖3-1硬件整體結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)對(duì)于核心控制模塊的處理芯片所用型號(hào)的選型,主要是以下面這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參考。技術(shù)性：主要從處理器芯片的技術(shù)指標(biāo)對(duì)芯片進(jìn)行選擇，能夠保證系統(tǒng)在特定的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，有較大的存儲(chǔ)空間，并且芯片所具備的其他第二功能應(yīng)用資源。實(shí)用性：以處理器芯片的供貨渠道和開(kāi)發(fā)成本等角度進(jìn)行考慮，對(duì)芯片供應(yīng)商進(jìn)行選擇，例如國(guó)內(nèi)宏晶科技或艾德梅爾公司所研發(fā)的芯片，從而保證LED旋轉(zhuǎn)顯示屏系統(tǒng)有較好的持久性和抗干擾性；開(kāi)發(fā)性：從芯片開(kāi)發(fā)手段來(lái)考慮，如集成的開(kāi)發(fā)環(huán)境、在線仿真和調(diào)試環(huán)境、封裝功能等方面進(jìn)心全方面性質(zhì)的選擇。經(jīng)濟(jì)性：從開(kāi)發(fā)成本和后期的維護(hù)成本作為前提，所選擇的芯片價(jià)格不宜過(guò)高，否則會(huì)提高整個(gè)的研發(fā)成本。在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)性也會(huì)下降。本次LED顯示系統(tǒng)中采用的主控芯片主要用于LED顯示屏的控制主板，涉及到的外設(shè)功能有IAP、定時(shí)器、SPI、外部中斷、USART等，而且因?yàn)樾枰獙?duì)字符數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和解碼，故需要較大的內(nèi)存空間。根據(jù)上述所提到的幾個(gè)方面并結(jié)合研發(fā)所需的成本高低，最終本設(shè)計(jì)所采用的是由宏晶科技生產(chǎn)的兼容Intel-8051內(nèi)核的STC12C5A60S2芯片。之所以選用該芯片作為微控制器不僅是因?yàn)槠湫阅軡M足項(xiàng)目需求，還因?yàn)樵撓盗械男酒邆渫晟频募砷_(kāi)發(fā)環(huán)境。STC系列是一個(gè)抗干擾能力很強(qiáng)的系列，在指令和代碼層次上，這個(gè)系列搭建了8051，在對(duì)數(shù)據(jù)處理和反應(yīng)上面該芯片是傳統(tǒng)的8-12倍。該芯片內(nèi)置MAX810復(fù)位電路，還有專門(mén)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制的兩路PWM。在各個(gè)方面上都適合于對(duì)LED顯示屏的研究開(kāi)發(fā)。如圖3-2所示。圖3-2STC12C5A60S2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計(jì)選用的芯片內(nèi)部資源豐富，包含了CPU、FLASH、SRAM，兩個(gè)串口以及SPI接口等功能，除此之外該芯片還自帶看門(mén)狗。同時(shí)也包含了像外部的晶體震蕩電路和振蕩器等功能。該芯片因?yàn)殚_(kāi)發(fā)資源豐富，所以常用于數(shù)據(jù)采集和控制方面，是一個(gè)完美的MCU。如圖3-3所示。圖3-3引腳分布圖P0.0~P0.7P0：P0.0~P0.7端口都有雙重的功能，此端口在作為輸入或者輸出的端口時(shí)，它是一個(gè)雙向口，且內(nèi)部設(shè)置有一個(gè)弱的上拉電阻不需要在重新搭配上拉電阻進(jìn)行一個(gè)使用。第二功能為地址和數(shù)據(jù)的總線使用端口，它是一個(gè)低八位的地址線分別為A0~A7，數(shù)據(jù)總線為D0~D7。P1.0：該端口是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IO口，作為第二功能使用時(shí)可作為ADC的數(shù)據(jù)輸入通道0、波特率發(fā)生器的時(shí)鐘輸出。P1.2/ADC2/ECI/RxD2：該端口是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雙向口，同時(shí)也是ADC的第二個(gè)端口、串口通信的第二個(gè)接收端。P1.3/ADC3/CCP0/TxD2：該端口用于做第二串口通信的發(fā)送端，以及可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行一個(gè)接收和對(duì)電機(jī)的調(diào)制。P1.4/ADC4/CCP1/SS非：該端口為SPI通信的從機(jī)選擇信號(hào)。P1.5/ADC5/MOSI：該端口為SPI通信的接口。P1.6/ADC7/SCLK：該端口為SPI通信的接口。P2.0~P2.7：該端口不用接上拉電阻，因?yàn)閮?nèi)部自帶，而且作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I/O。P3.0/RxD：該端口是串行通信1的一個(gè)數(shù)據(jù)接收口，也是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I/O口。P3.1/INT0非：該端口作為一個(gè)外部中斷，在下降沿或者低電平時(shí)進(jìn)行使用。3.2供電模塊底座供電經(jīng)過(guò)自激振蕩電路產(chǎn)生電壓，然后經(jīng)過(guò)整流、穩(wěn)壓、濾波等環(huán)節(jié)輸送到各個(gè)模塊。無(wú)線供電是通過(guò)線圈J1、J3互感進(jìn)行無(wú)線傳輸，利用變壓器原理。三極管Q2、電容C2、線圈J3組成一個(gè)震蕩器，D2、C2組成一個(gè)電機(jī)的降壓電路。C6、C3、C5組成濾波電路，分別為低通和高通。D1和D2分別為整流和穩(wěn)壓二極管。根據(jù)所選微處理器芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)可得到其工作電壓為5.5~3.5V,因?yàn)閷?duì)主控板采用無(wú)線供電方式。無(wú)線供電所產(chǎn)生的電壓為交流電，所以在單片機(jī)接收電壓時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行整流、穩(wěn)壓和濾波操作，將其控制在5V之后對(duì)微處理器芯片近供電。同時(shí)供電模塊需要對(duì)GT21L16S2Y字庫(kù)芯片和藍(lán)牙模塊進(jìn)行供電。由元器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)可知兩個(gè)元器件的工作電壓同為3.3V，所以需要將5V電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理，利用AMS1117-3.3穩(wěn)壓器將電壓控制在3.3V后對(duì)這兩個(gè)元器件供電。其供電電路如圖3-4所示。圖3-4無(wú)線供電和穩(wěn)壓部分3.3最小系統(tǒng)電路復(fù)位電路是單片機(jī)系統(tǒng)中最不能缺少的部分，它主要是對(duì)單片機(jī)進(jìn)行一個(gè)復(fù)位操作，同時(shí)也確保整個(gè)系統(tǒng)可以穩(wěn)定和可靠的進(jìn)行工作。在電路當(dāng)中構(gòu)成上電自動(dòng)復(fù)位電路的元器件是C4，R13，C1，C2，Y1構(gòu)成單片機(jī)晶振電路。傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)，能夠正常工作的電壓都在5V左右，大概在4.75~5.25之間。在單片機(jī)的電路系統(tǒng)當(dāng)中，它需要一個(gè)穩(wěn)定的電壓，所以在單片機(jī)進(jìn)行上電時(shí)，電源所提供的電壓要超越4.75V和低于5.25V這個(gè)值。晶體的振蕩器也需要進(jìn)行一個(gè)穩(wěn)定的工作，只有這些條件都達(dá)成以后，單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)才會(huì)被撤銷，整個(gè)電路系統(tǒng)才能進(jìn)行工作。否則單片機(jī)會(huì)一直因?yàn)殡娏鞑蛔愣恢碧幱谝粋€(gè)復(fù)位的狀態(tài)。連接圖如圖3-5所示。圖3-5單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3.4電機(jī)模塊高速電機(jī)的作用主要是帶動(dòng)LED顯示屏進(jìn)行高速的旋轉(zhuǎn)，為了使顯示的畫(huà)面不會(huì)出現(xiàn)畫(huà)質(zhì)不清晰或者拖影等情況，所以對(duì)高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速就需要有一定的控制，也就是需要達(dá)到一個(gè)基本勻速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程。這樣所顯示的畫(huà)面才不會(huì)出現(xiàn)被壓縮或者伸展等情況。本設(shè)計(jì)采用RF370直流電機(jī)，該電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，同時(shí)可以根據(jù)電壓的大小進(jìn)行轉(zhuǎn)速大小的調(diào)節(jié)，使其能夠勻速旋轉(zhuǎn)。在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中采用了降壓電路對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制，一是為了減少整體系統(tǒng)的功耗消耗，二是為了能夠?qū)ED等其他模塊提供穩(wěn)定的電源保證亮度的大小和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如下圖3-6為直流電機(jī)的參數(shù)。圖3-6高速電機(jī)參數(shù)3.5LED顯示模塊（1）LED燈連接電路本設(shè)計(jì)當(dāng)中LED旋轉(zhuǎn)顯示系統(tǒng)的顯示屏，采用的是陣列式擺放方式，將16個(gè)貼片LED燈一列排開(kāi)做為顯示屏串聯(lián)1K電阻后連接至單片機(jī)IO口，單片機(jī)輸出低電平即點(diǎn)亮LED燈。在不工作時(shí)，它只是一列LED燈，不會(huì)占用到較大的面積。它可以完成16*16、12*12等寬度的字符數(shù)據(jù)顯示，大小可由自己設(shè)定。在顯示相同字符數(shù)時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)的LED顯示屏節(jié)約了百分之八十的LED燈和降低了整體功耗。在設(shè)計(jì)之初采用電源直接對(duì)LED燈進(jìn)行供電，所提供的電壓不足以同時(shí)驅(qū)動(dòng)16個(gè)LED燈進(jìn)行顯示，導(dǎo)致顯示效果不佳，亮度低而且不穩(wěn)定。分析原因之后使用放大電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。連接電路如圖3-7所示。圖3-7LED顯示屏的部分連接圖（2）傳感器接收電路該系統(tǒng)需要對(duì)旋轉(zhuǎn)屏的起始位置進(jìn)行不斷的矯正，從而確定要顯示的字符數(shù)據(jù)內(nèi)容，該模塊的設(shè)計(jì)是整個(gè)LED旋轉(zhuǎn)顯示屏不可缺少的部分。它關(guān)系到后續(xù)點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的顯示會(huì)不會(huì)出現(xiàn)重影或者亂碼的等問(wèn)題。本設(shè)計(jì)當(dāng)中利用紅外接收對(duì)管來(lái)監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)顯示屏初始位置，外接10K上拉電阻，反饋的信號(hào)會(huì)輸出到單片機(jī)P32口，該端口為單片機(jī)外部中斷0端口。其原理是在控制板及底座當(dāng)中分別安裝紅外發(fā)射管和接收管，當(dāng)控制板上的接收管來(lái)到紅外發(fā)射管的位置時(shí)，外部中斷會(huì)檢測(cè)到此時(shí)反饋的一個(gè)低電平。然后定時(shí)器就會(huì)開(kāi)始運(yùn)行，顯示屏就會(huì)以該位置作為起始位置并且開(kāi)始顯示字符數(shù)據(jù)。圖3-8紅外接收電路3.6數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊在本設(shè)計(jì)當(dāng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的功能主要是將漢字的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和調(diào)用的模塊。所以本設(shè)計(jì)采用外置字庫(kù)芯片作為點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存點(diǎn)。經(jīng)過(guò)對(duì)市面上的字庫(kù)芯片進(jìn)行對(duì)比，本文選用了高通生產(chǎn)的GT21L16S2Y漢字庫(kù)芯片。該字庫(kù)芯片包含了GB2312的國(guó)標(biāo)簡(jiǎn)體漢字、ASCII碼已及GB2312與Unicode編碼表。其點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的排列方式為一個(gè)豎置橫平。在使用過(guò)程中，使用者可以根據(jù)字符的內(nèi)碼，同時(shí)按照該芯片的中文手冊(cè)，可以算出該字符點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的位置?？梢詮膶ぶ返降奈恢眠B續(xù)讀出該字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。微型控制器模塊可以通過(guò)SPI接口對(duì)字庫(kù)芯片進(jìn)行讀取操作。在使用時(shí)我們需要注意字庫(kù)芯片的額定電壓標(biāo)準(zhǔn)。參數(shù)如下圖3-9所示。 圖3-9字庫(kù)芯片引腳圖工作電壓:2.7V~3.6V工作電流:12mA:10uA封裝:SOP8尺寸(SOP8):4.90mmX3.90mm(193milX154mil)工作溫度:-20℃~85℃表3-1字庫(kù)芯片引腳說(shuō)明 SO引腳：在下降沿時(shí)該端口開(kāi)始工作，該引腳用來(lái)將數(shù)據(jù)移出SD引腳：在時(shí)鐘上升沿的時(shí)候該端口開(kāi)始工作，從串口當(dāng)中將數(shù)據(jù)進(jìn)行移入該芯片的SD引腳用來(lái)將數(shù)據(jù)從芯片的串行口進(jìn)行輸入。SCLK引腳：該引腳有雙重功能，分別在上升沿和下降沿時(shí)進(jìn)行操作，接收的數(shù)據(jù)會(huì)在時(shí)鐘上升沿時(shí)移入，下降沿時(shí)會(huì)將反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行移出。HOLD引腳：該引腳的信號(hào)在于對(duì)片選信號(hào)進(jìn)行一個(gè)反饋，在片選信號(hào)作用時(shí)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行暫停。在掛起之后，串行通信發(fā)送的輸出信號(hào)就會(huì)變成一個(gè)高阻態(tài)，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中串行輸入的信號(hào)和串行時(shí)鐘信號(hào)將不會(huì)得到響應(yīng)。圖3-10字庫(kù)芯片連接電路AMS117-3.3穩(wěn)壓器將電源電壓穩(wěn)定在3.3V之后供電給字庫(kù)芯片，字庫(kù)芯片CS引腳連接到單片機(jī)的P1.6，SO引腳連接到P1.7，SI引腳接到P1.5，CLK引腳連接到P1.4，然后將HOLD掛起，單片機(jī)采用SPI通信方式對(duì)字庫(kù)芯片進(jìn)行讀取操作。3.7無(wú)線通信模塊無(wú)線傳輸采用JDY-23藍(lán)牙模塊與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行通訊，通過(guò)建立藍(lán)牙熱點(diǎn)的方式與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成局域網(wǎng)方便進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和程序的調(diào)試。JD-23藍(lán)牙是一款滿足于藍(lán)牙5.0協(xié)議的產(chǎn)品，該模塊工作在2.4GHZ的頻段。在調(diào)制方式上選用的是GFSK，其發(fā)射率在4db。在六十米以內(nèi)都是可操作的距離。該模塊采用先進(jìn)的封裝技術(shù)和設(shè)計(jì)方法。在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中開(kāi)發(fā)者可以利用AT指令，對(duì)該芯片進(jìn)行操作，包括平常使用到的設(shè)備名和波特率等。該藍(lán)牙模塊可以用于和手機(jī)APP進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互，而且使用當(dāng)中不用去配置，可以快速使用該模塊和其他產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)用。其引腳分布如圖3-11所示。圖圖3-11藍(lán)牙引腳圖JDY-23產(chǎn)品參數(shù)型號(hào)：工作頻段：2.4G發(fā)射功率：4db(最大)通信接口：UART工作電壓：1.8v-3.6V工作溫度：一40'℃-so℃天線：內(nèi)置PCB天線接收靈敏度：97dbm傳輸距離：60米主從支持：從機(jī)模塊尺寸：19.6*14.94*1.8mm(長(zhǎng)寬高〉藍(lán)牙版本：BLE5.0（兼容BLE-.O、BLE4.2)喚醒狀態(tài)電流：800uA（有廣播淺睡狀態(tài)電流：<50uA(有廣插)指令參數(shù)保存：參數(shù)配置掉電數(shù)據(jù)有保存sMT焊接溫度：<260crf-TX/RX峰值電流：5A圖3-12藍(lán)牙連接電路在本設(shè)計(jì)開(kāi)始之初因?yàn)槲床捎玫阶约ふ袷庪娐愤M(jìn)行供電，所以導(dǎo)致功率不夠難以帶動(dòng)藍(lán)牙模塊。在查明原因后優(yōu)化了供電的電路，在后期考慮到功率問(wèn)題也放棄了傳統(tǒng)的藍(lán)牙，使用了功率較低的BLE藍(lán)牙。為了能夠時(shí)藍(lán)牙模塊和微控處理芯片能夠進(jìn)行串口通信，故將微控處理芯片的RXD引腳、TXD引腳和藍(lán)牙的RXD、TXD進(jìn)行了相連。因?yàn)閮蓚€(gè)串口連接了起來(lái)所以在燒錄過(guò)程當(dāng)中我們需要將藍(lán)牙模塊的電源進(jìn)行切斷，否則不能進(jìn)行燒錄。4軟件程序設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)如圖4-1中所示，初始化硬件外設(shè)主要實(shí)現(xiàn)：對(duì)單片機(jī)I/O口復(fù)用模式的配置、SPI總線的時(shí)序配置、USART串口通信配置、藍(lán)牙連接等初始化。LED旋轉(zhuǎn)顯示屏開(kāi)始工作以后就會(huì)查詢紅外傳感器，確定LED旋轉(zhuǎn)屏初始的啟動(dòng)位置。系統(tǒng)程序可以利用算法對(duì)每一排的數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，根據(jù)數(shù)據(jù)位置開(kāi)始逐列的發(fā)送顯存內(nèi)的數(shù)據(jù)，定時(shí)器會(huì)定時(shí)一定的時(shí)間用于顯示字符數(shù)據(jù)，直至發(fā)送完畢。同時(shí)顯示屏?xí)炜词欠裼行薷闹噶顢?shù)據(jù)的命令，當(dāng)接收到字符數(shù)據(jù)以后，單片機(jī)會(huì)對(duì)字庫(kù)芯片進(jìn)行讀寫(xiě)操作，利用漢字內(nèi)碼和算法對(duì)點(diǎn)陣數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取并寫(xiě)入顯示緩存當(dāng)中。當(dāng)顯示完一個(gè)字符數(shù)據(jù)以后，單片機(jī)會(huì)繼續(xù)對(duì)字庫(kù)芯片進(jìn)行訪問(wèn)獲取下一個(gè)數(shù)據(jù)的字符數(shù)據(jù)。若無(wú)新的新的數(shù)據(jù)，就把顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送到顯示緩存器當(dāng)中。為了提高人們的視覺(jué)體驗(yàn)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的算法將字符數(shù)據(jù)進(jìn)心移位處理，在視覺(jué)上人們會(huì)覺(jué)得字體在滾動(dòng)。4-1程序流程框圖4-1程序流程框圖4.2LED顯示模塊LED旋轉(zhuǎn)顯示屏由16個(gè)貼片LED燈組成。單片機(jī)外部中斷0檢測(cè)到紅外對(duì)管發(fā)射的低電平之后，開(kāi)始在特點(diǎn)的位置控制點(diǎn)亮LED燈的亮滅。延時(shí)一段時(shí)間后（程序里控制約0.65ms）LED燈關(guān)閉，通過(guò)定時(shí)器定時(shí)一段時(shí)間讓其LED燈點(diǎn)亮?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)試觀察字體寬度來(lái)調(diào)節(jié)程序里的延時(shí)時(shí)間，延時(shí)的時(shí)間越長(zhǎng)，直流電機(jī)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度越大，所顯示出來(lái)的字體寬度越寬。為了增加觀賞性，本設(shè)計(jì)還采用遞增式送顯方式，在肉眼的視覺(jué)殘留效果下，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的滾動(dòng)。顯示屏的顯示原理如以下介紹。（1）以下圖的字符“3”為例，在顯示的過(guò)程中第一列該次點(diǎn)亮3個(gè)LED燈。（2）然后顯示字符中第二列該點(diǎn)亮的點(diǎn)，已字符“3”為例，該次點(diǎn)亮3個(gè)LED燈。然后延時(shí)一段時(shí)間關(guān)閉LED燈。然后依次點(diǎn)亮第3列，4列…16列對(duì)應(yīng)的LED燈。（3）繼續(xù)顯示第二個(gè)漢字的第1列，第2列..，然后顯示第3個(gè)漢字。該設(shè)計(jì)一圈中顯示96列，即6個(gè)漢字。顯示完第96列后，LED燈全滅。然后等待主控板再轉(zhuǎn)一圈后，紅外接收管，再次接收到信號(hào)觸發(fā)外部中斷0。再顯示第1列…..96列。即電路板每轉(zhuǎn)一圈都會(huì)以紅外發(fā)射管的位置為起點(diǎn)顯示6個(gè)漢字（或字符）的內(nèi)容。（4）依照說(shuō)明書(shū)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速約為960轉(zhuǎn)/分鐘，即1秒鐘轉(zhuǎn)16圈。即1秒鐘顯示16次字符，利用人眼的視覺(jué)暫留，給人的感覺(jué)是畫(huà)面是一直顯示的。就形成了一個(gè)完整的畫(huà)面。（5）改變顯示中的內(nèi)容，依次顯示2-98列，然后顯示3-99列，然后顯示4-100列，以此類推即實(shí)現(xiàn)向左移動(dòng)顯示。圖4-2顯示原理4.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊字庫(kù)芯片在整個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中起到點(diǎn)陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的作用。單片機(jī)利用SPI通信對(duì)字庫(kù)芯片進(jìn)行讀寫(xiě)操作，該命令主要是為了從芯片當(dāng)中獲取點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。使用者可以根據(jù)漢字內(nèi)碼進(jìn)行尋址。目前市面上所流行的字庫(kù)芯片都有統(tǒng)一的排序方式，就是利用漢字內(nèi)碼，把與之相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在固定的區(qū)域內(nèi)。在字庫(kù)芯片當(dāng)中漢字內(nèi)碼會(huì)由兩個(gè)ASCII碼組成，一個(gè)作為區(qū)位碼另一個(gè)作為位碼。具體的公式為：第一個(gè)擴(kuò)展ASCII碼=128+漢字的區(qū)碼，第二個(gè)擴(kuò)展ASCII碼=128+漢字的位碼。算出每個(gè)字符數(shù)據(jù)的區(qū)位碼以后，就可以用它在漢字庫(kù)里進(jìn)行尋址。具體的偏移公式為：（區(qū)碼—1）×94×字符所占用的字節(jié)數(shù)+位碼×一個(gè)數(shù)占用的字節(jié)數(shù)。按照此可以寫(xiě)出關(guān)與字模的程序：switch(size){case16:Byte_Add.val=GT32_1616BassAdd;if(Code_add[0]>=0xA1&&Code_add[0]<=0xa9&&Code_add[1]>=0xA1);Byte_Add.val=((Code_add[0]-0xA1)*94+(Code_add[1]-0xA1))*32+GT32_1616BassAdd; //elseif(Code_add[0]>=0xB0&&Code_add[0]<=0xf7&&Code_add[1]>=0xA1) //16點(diǎn)陣漢字Byte_Add.val=(longint)((Code_add[0]-0xB0)*94+(Code_add[1]-0xA1)+846)*32+GT32_1616BassAdd;elseif(Code_add[0]>=0x20&&Code_add[0]<=0x7e)Byte_Add.val=(longint)(Code_add[0]-0x20)*16+GT32_1616ASCIIBassAdd;break;}以上程序?yàn)閷?duì)字庫(kù)芯片進(jìn)行字符數(shù)據(jù)的尋址過(guò)程，配合4.3小節(jié)所說(shuō)的屏幕顯示模塊就構(gòu)成了整個(gè)顯示屏的核心部分。字庫(kù)芯片的讀取過(guò)程如圖4-3所示。圖4-3字庫(kù)芯片操作流程4.4無(wú)線通信模塊考慮到后續(xù)更新旋轉(zhuǎn)LED顯示內(nèi)容的方便性，如果每次想更新顯示屏上內(nèi)容都需要通過(guò)重新接串口總線來(lái)實(shí)現(xiàn)顯然是很不方便的。為了處理在這種情況下的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)在控制板上集成了藍(lán)牙無(wú)線模塊，使控制板可接入藍(lán)牙，可以受其他通訊設(shè)備的控制。利用BLE藍(lán)牙的透?jìng)鞴δ?，接收?lái)自手機(jī)APP的字符信息，從而實(shí)現(xiàn)修改顯示內(nèi)容。由于單片機(jī)的內(nèi)存很小，并不能儲(chǔ)存下所有字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，同時(shí)為保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，所以在接收數(shù)據(jù)時(shí)需要先存入緩存，以便于后續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)處理。本課題設(shè)計(jì)中在單片機(jī)中申請(qǐng)了一個(gè)空間方便接收APP發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，并且接收到數(shù)據(jù)以后通過(guò)SPI通信對(duì)字庫(kù)芯片進(jìn)行操作。利用漢字的內(nèi)碼，查詢漢字的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存在顯存當(dāng)中，每顯示完一個(gè)字符數(shù)據(jù)以后就會(huì)再次的訪問(wèn)字庫(kù)芯片，減少內(nèi)存的占用和提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。同時(shí)在本設(shè)計(jì)當(dāng)中設(shè)計(jì)了開(kāi)關(guān)鍵，通過(guò)手機(jī)APP發(fā)送固定的命令值，起到關(guān)閉和開(kāi)啟顯示屏的功能。其接收過(guò)程如下圖4-3所示。圖4-4無(wú)線接收過(guò)程

5系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試5.1硬件調(diào)試和測(cè)試硬件電路設(shè)計(jì)的仿真圖和PCB原理圖制作完成以后，將已經(jīng)制作好的PCB工程文件發(fā)送到制板工廠進(jìn)行打板。打板時(shí)由于考慮到功耗問(wèn)題，所以應(yīng)該盡量選擇較輕的重量，因?yàn)樾枰M(jìn)行燈板的連接，所以選擇板子厚度時(shí)需要注意，不宜超過(guò)所預(yù)留的直徑，否則會(huì)導(dǎo)致整版作廢。打板回來(lái)之后需要對(duì)PCB板進(jìn)行檢查，查看是否存在焊盤(pán)脫落或者鉆孔太小等問(wèn)題，排除掉因?yàn)榇虬骞に嚩斐傻腻e(cuò)誤。利用電烙鐵對(duì)焊盤(pán)進(jìn)行簡(jiǎn)單的布錫，然后耐心的將貼片LED燈和各部分的元器件進(jìn)行焊接。按照這種方式將點(diǎn)陣屏和控制主板焊接完成后進(jìn)行調(diào)試，首先通過(guò)串口通信下載程序來(lái)驗(yàn)證控制板的串口電路是否工作正常。察看下載軟件是否能察看到當(dāng)前所使用的芯片，同時(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)的流水燈程序驗(yàn)證LED點(diǎn)陣屏上各個(gè)LED燈是否工作正常。接下來(lái)就是整個(gè)硬件部件的組裝過(guò)程，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)需要一個(gè)底座對(duì)整體的系統(tǒng)進(jìn)行支撐，同時(shí)電機(jī)、燈板、控制主板需要進(jìn)行組裝。組裝完成之后，需要對(duì)所焊接的引腳進(jìn)行檢測(cè)，查看在這些引腳當(dāng)中會(huì)不會(huì)有存在虛焊和漏焊的情況，或者焊盤(pán)直接連接了起來(lái)導(dǎo)致短路等問(wèn)題。完畢之后需要進(jìn)行上電檢查，察看供電是否正常，主板在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定等其他情況。測(cè)試情況如圖5-1，圖5-2。 圖5-1上電檢測(cè)

圖5-2組裝檢測(cè)圖5-2組裝檢測(cè)5.2軟件調(diào)試和測(cè)試通過(guò)以上對(duì)各硬件功能的調(diào)試，可以發(fā)現(xiàn)控制板、點(diǎn)陣屏、高速電機(jī)等部件的電位都可以正常工作，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中也沒(méi)有出現(xiàn)不穩(wěn)定等情況。硬件調(diào)試之后就需要對(duì)程序的各個(gè)模塊進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)為了減少由硬件問(wèn)題引發(fā)的軟件錯(cuò)誤，我們采用分模塊的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，包括LED旋轉(zhuǎn)顯示屏、藍(lán)牙、手機(jī)APP等功能進(jìn)心逐一的驗(yàn)證。這樣有利于我們發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并排除錯(cuò)誤。如圖5-3，圖5-4，圖5-5，圖5-6，圖5-7。(1)連續(xù)數(shù)字加載顯示圖5-3連續(xù)數(shù)字顯示圖5-3所示為連續(xù)數(shù)字顯示效果，如圖所示顯示的字符數(shù)據(jù)大小和寬度一致，沒(méi)有出現(xiàn)亂碼或者拖影現(xiàn)象。(2)字符加載效果模擬圖5-4連續(xù)字符顯示圖5-4所示為連續(xù)字符數(shù)據(jù)顯示效果，檢查是否能正常輸出字符串?dāng)?shù)據(jù)。(3)文字加載顯示圖5-5文字顯示無(wú)線傳輸模塊驗(yàn)證：首先利用AT指令對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行一個(gè)初始化，設(shè)置相對(duì)于的波特率和工作方式。連接上電源使其正常開(kāi)始工作，手機(jī)APP進(jìn)行查詢相對(duì)應(yīng)的名稱進(jìn)行連接。連接成功后對(duì)其發(fā)送字符數(shù)據(jù)，包括檢查數(shù)字、漢字、符號(hào)、英文字符等是否能夠正常的送顯。如圖5-6所示。圖5-6無(wú)線傳輸

結(jié)論本文提出了基于STC12C系列微控制處理器的LED旋轉(zhuǎn)顯示屏驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案。以人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)作為主要原理。從設(shè)計(jì)需求和系統(tǒng)構(gòu)件出發(fā)，到硬件原理圖的設(shè)計(jì)和電路板打樣，再到程序的編寫(xiě)和調(diào)試，經(jīng)過(guò)不斷的出錯(cuò)和糾正終于實(shí)現(xiàn)了基本功能。本課題設(shè)計(jì)的工作主要包括以下幾方面的內(nèi)容：（1）實(shí)現(xiàn)字符數(shù)據(jù)的立體顯示；（2）無(wú)線通信修改數(shù)據(jù)并顯示；（3）手機(jī)APP的軟件開(kāi)發(fā)；（4）在電腦上實(shí)現(xiàn)顯示屏的仿真；（5）顯示屏各硬件的設(shè)計(jì)和組合；本課題完成的點(diǎn)陣屏的優(yōu)點(diǎn)在于解決了傳統(tǒng)LED顯示屏，開(kāi)發(fā)成本高、維修困難等方面的不足。旋轉(zhuǎn)顯示屏顯示方式新穎，畫(huà)面更加豐富，360度可視角。同時(shí)缺點(diǎn)也在于LED發(fā)光元件亮度在室外時(shí)不夠亮，可視性大打折扣，如果可以解決發(fā)光二極管亮度這個(gè)問(wèn)題，那么LED顯示屏在商業(yè)用途會(huì)更加的廣泛。同時(shí)經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)也認(rèn)識(shí)到如下幾個(gè)方面的問(wèn)題。（1）直流電機(jī)必須保持一定的轉(zhuǎn)速而且是勻速運(yùn)動(dòng)，否則會(huì)導(dǎo)致LED顯示屏屏幕會(huì)出現(xiàn)拖影或者亂碼等其他誤差。（2）LED旋轉(zhuǎn)顯示屏需要做到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，也就是說(shuō)不能過(guò)輕也不能過(guò)重，過(guò)輕會(huì)導(dǎo)致在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中整個(gè)系統(tǒng)不穩(wěn)定，可能會(huì)出現(xiàn)損壞系統(tǒng)的可能。過(guò)重會(huì)導(dǎo)致整體功耗的增大，成本性增加，或者電機(jī)無(wú)法旋轉(zhuǎn)等問(wèn)題。（3）設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)程序的時(shí)候，應(yīng)該要考慮轉(zhuǎn)速和顯示數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。本次課題設(shè)計(jì)最終完成了基本要求并取得一定成果,由于時(shí)間緊迫且工作量大,成品存在一定的不足，后續(xù)需要完善和實(shí)現(xiàn)一些存在的問(wèn)題和功能。在將來(lái)，通過(guò)移植不同解碼庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)其他顯示的功能，例如顯示時(shí)鐘、溫度、圖片等，到以后如果能解決視頻傳輸這個(gè)問(wèn)題，旋轉(zhuǎn)LED顯示屏的商業(yè)用途會(huì)更加的廣泛，而且人們的視覺(jué)觀賞性也會(huì)大幅度的提高，同時(shí)編寫(xiě)APP或上位機(jī)程序給無(wú)線數(shù)據(jù)