毕业设计（论文）-基于单片机的LED显示摇摇棒的设计.doc

1 引言

设计并制作一个依靠摇动能显示字符、图形的LED显示棒。
系统设计的基本要求:
设计一个基于LED的显示棒,其中LED灯必须呈线状排列,并至少使用16只,系统采用电池供电,摇动显示棒时形成的亮灯扇形区域能让人分辨出字符“A”、文字“电”以及国际奥委会五环图形,并用按键实现显示的切换。
系统设计的发挥部分:
摇动显示棒时形成的亮灯扇形区域能够让人分辨出英文单词“e”、汉字词组“美亚”和北京奥运会会徽图形,并适当增加设计特色与创新。
系统设计思路及特点
该LED显示棒摇动时显现的字符或图形由LED灯显示,LED灯成线状排列,每个瞬间线阵只能显示数字编码后的文字或图形的一列,利用人眼的视觉暂留原理,将需要显示的字符或图形分成N列(N≥16),一般人手左右摆动的频率为几赫兹到十几赫兹,因此,通过单片机控制LED线阵以一较低频率扫描显示字符或图形的每一列,摆动显示棒时即可因视觉暂留看出显示的字符或图形;左右摆动一次通过端口电平变化,调用相应的显示子程序,字符切换通过外部中断实现,该系统设计对程序设计的要求较硬件电路要高。
2 系统理论设计
系统总体方案比较及说明
方案一:选用单片机AT89C51作为扫描显示控制核心,由其直接控制LED线阵的显示,并外加扫描控制开关控制字符或图形的扫描显示,原理框图如图-1所示。
图-1 方案一原理框图

该方案线路简单,扫描控制开关可选择机械开关或编码开关或水银开关,在显示棒摇摆时接通线路控制单片机扫描输出字符或图形的列编码信号;单片机外另接有中断控制按钮用以切换不同
字符或图形的显示,LED线阵采用普通三极管驱动,电路采用4节充电电池供电。
此方案的优点是:单片机C51的端口较多,可实现显示数据并行传输,速度较快,且外围电路简单,调试较方便。
缺点是:为了增大显示清晰度,除去可能由背景LED灯占用的端口外,单片机剩余端口无法使线阵中LED灯数量扩展至24只以上;单片机使用的晶振频率较大,软件不易实现对计数的控制。
方案二:由单片机AT89C2051最小系统、寄存器组、驱动电路、LED线阵和电源部分组成,原理方框图如图-2所示。

图2 方案二系统设计框图
该方案通过单片机将列编码输入寄存器,通过寄存器组移位功能实现字符图像的扫描输出。
与方案一比较,方案二中单片机所需输出端口很少,可选用小型单片机AT89C2051,不仅功能强,而且尺寸小,价位比较低,其数据输出串口输出方式,所需端口较少,编程同C51兼容,总体线路较简单,电路板占用面积小;利用寄存器移位功能可轻易实现显示LED灯数量的扩展,不仅具备方案一的大部分优点,而且外围器件更少,能耗更低,电路调试简单,故选择方案二。
系统总体结构设计及说明
以小型单片机AT89C2051为控制核心,使用三只串行连接的八位移位寄存器74HC164组成具有24位移位功能的寄存器组,控制由24只LED灯组成的线阵扫描显示字符或图形,并附加有自动断电控制部分,降低能源消耗,,系统总框图如图-3所示。

图3 系统总体结构框图
系统硬件理论设计、电路原理图

单片机最小系统原理如图-4所示。
AT89C2051有20个引脚,采用DIP-,/O口,另有2个外中断口(INT0,INT1)。2个16位可编程定时计数器信号输入端(T0,T1),全双向串行通信口数据接收端RXD和数据发送端TXD,1个模拟比较放大器输入端(,。另外,AT89C2051的时钟频率可为零,具备可用软件设置睡眠省电功能。
最小系统包括了时钟电路、复位电路等,另外还设置了按键,锁存器,LED管等外围电路。在89C2051引脚X1和X2跨接晶振和微调电容就构成了时钟电路,,使其始终处于无效状态.。
图4 单片机最小系统
寄存器组电路
寄存器组电路如图-5所示,寄存器组由三个八位移位寄存器74HC164组成,,,其余两寄存器输入端接在左边寄存器的输出端上,组成的寄存器组具有24位移位功能,可以满足按列至少16只LED灯扫描显示的要求。
图5 寄存器组电路
扫描控制开关
该开关接线原理图如图-6(a)所示,扫描控制开关起着摆动传感作用,每当显示棒摆动至左端位置时,开关瞬时接通,中断信号