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1、线阵LED图文显示装置2012全国电子设计大赛 线 性 LED图文显示装置（H 题）【高职高专组】摘 要LED旋转显示器时基于视觉暂留原理，开发的一种旋转式LED显示屏。本设计基于STC12C5A60S2单片机，通过直流电机带动旋转，在具有一定转速地载体上安装16个LED发光器件，各LED发光管等间距排位一条直线，随着旋转速度的加快，不断扫描出预设的文字，图案等。使用一个霍尔传感器作为定位传感器，当旋转一周时，挡光板遮挡光源，光敏三极管的集电极输出高电平，当离开挡光板时，集电极再次输出低电平，从而给单片机一个下降沿的跳变型号，产生一个中断，从而更新显示。针对传统LED显示屏视角单一、体积较大、
2、需要的发光二极管数目较多等特点，利用电机带动LED显示阵列高速旋转实现环形显示，达到360全视角，在相同显示信息量上降低产品体积，减少对发光二极管的使用，设计一个可以经常方便变换内容、能够携带方便、信息容量大、价格低廉、结构简单的信息播放系统，即旋转LED显示屏实际制作的LED旋转显示屏技术参数的测试结果，以及实际的运行效果表明，本文设计和制作的旋转显示屏符合设计要求，具有一定的创新性和实际应用价值。关键词：STC12C5A60S2单片机，视觉暂留，直流电机，旋转，一、 任务要求1.基本要求（1）制作一个由16只 LED构成的线状点阵及其控制电路，安装于可旋转的平台上，在平台的中心设置一个按键
3、，用于功能的切换，电机带动平台以合适速度旋转。（2）开机时装置完成显示自检，能对点阵中16只LED逐个点亮，每只LED显示时间约为1秒，此时平台不旋转。（3）通过按键切换，实现16个同心圆图形分别顺序（由大到小）和逆序（由小到大）显示，每个同心圆图形显示时间为0.3秒左右。LED显示亮度能依据环境亮度变化自动调节。2.发挥部分（1）通过按键切换，显示字符“TI杯”，要求字符显示稳定，无明显漂移。（2）通过按键切换，显示一个指针式秒表，该秒表以标志杆为起始标志，秒针随时间动态旋转，旋转一周的时长为601秒。二、总体方案设计1系统分析本设计要求进行旋转LED显示屏的研究和设计。系统以STC12C5
4、A60S2系列单片机作为核心控制器件，通过控制电机保持一定的速度稳定旋转，带动单排LED旋转，形成扫描显示屏；单片机根据LED旋转的速度，控制LED发光或熄灭，在视觉上形成平面图形点阵的显示效果。2方案论证系统供电方案选择方案一： 采用电刷供电。即在电机的转轴上，手工增加一个电刷，通过电刷为系统供电。此方法能够让系统长期供电，但是由于增加了电刷，电机的摩擦增大，势必会使系统的功耗增加。故不采用此方法。方案二：采用固定电池供电。即在电路板是直接附带一个干电池，为系统供电。采用电池供电，使用时，将电池固定在轴心，既解决旋转时因重力引起的重心不稳，同时也省去制作的时间。综合系统以及相关的要求我们选择
5、方案二。驱动电机模块方案一：采用步进电机。步进电机能够准确的定向，但是图像或者文字的分辨率受到步进电机的步进角度的限制。并且步进电机以及控制电路成本较高，并且需要单片机控制，占用CPU的资源。方案二：采用普通的直流电机。此方案，使用方便，成本较低，通过简单的改装，可以给系统供电。综合各方面考虑，为了节省成本，简单系统电路，以及更方便的为系统供电，使系统能够长期工作，故采用方案二。3.方案设计本文的设计是以STC12C5A60S2为核心，利用霍尔传感器以及LED显示阵列搭建的点阵式旋转LED屏系统。该系统主要由电机，控制电路，LED显示阵列三部分组成。电机的作用就是带动电路部分进行旋转，这个部分
6、的关键就在于电机的转速要均匀，这样才能保证图像在水平方向不会被局部伸展或者压缩。为了使LED转速保持稳定，我们采用使用匀速的直流电机。LED整列是旋转屏的显示主体，为LED显示控制电路的作用是将存储在芯片内图像或符号，在旋转位置感应信号的同步下，根据旋转的位置按列扫描显示在LED阵列上。这部分是整个系统的核心。4系统总体方框图5V电源9V电源直流电机单片机STC12C5A60S2LED显示开关霍尔传感器 系统框图三、理论分析与计算1线状点阵LED驱动参数分析与计算通常LED正向导通的电压为2V左右。故其I=(VCC-2)/R20根据LED的驱动电流，通常为2mA30mA。选取高亮LED，取其电
7、流为3mA，故取其限流电阻R20=1k。2线阵LED运动参数分析与计算一直板子的长度，从而知道圆弧的宽度。可根据周期，以及霍尔传感器得到的信息，就可计算出LED运动的参数。3显示亮度自动调节分析与计算采用串联型稳压电源类似的电路，1N4148的正向电压作为基准电源。VOUT=1.4（R1+RG）/RG，当光敏电阻RG的阻值从0.5k22k变化时，R1取10K，则VOUT从2.1V到近似VCC变化。四、电路与程序设计1系统硬件设计1.1 重心调节重心调节是最困难的一个技术环节。旋转的重心直接关系到系统的稳定的运行，以及安全性问题。旋转的重心如果不在转轴上的话，在高速的旋转中，会产生剧烈的抖动，在
8、巨大的离心力下，会使整个系统分解，产生安全隐患。所以，重心调节是必须解决的问题。下面介绍重心调节的方法。首先是电路板的外观设置。根据物理质心计算方法，可知道，均匀的圆盘的重心就在圆盘的中心。但是，由于电子器件的封装，重量都是不同的，圆盘电路板的重心是不均匀分布的，比较难调节，故不采用这种方法。根据杠杆原理，当支点两端的物体的质量与力距乘积相等时，杠杆就处于平衡。因此我采用了长条方型的电路板结构。2.1硬件设计2.1.1 总设计原理图，PCB，见附录图2.1, 图2.2 2.1.2 各模块原理图，见附录图2.3 2.4 2.52软件设计系统用C语言编程，程序主要由下列几部分组成 主程序框图 见附
9、录图II 同心圆子程序 见附录图II“TI杯”显示控制程序 见附录图II五、系统测试1测试方案分别对硬件，软件以及整个系统进行测试。硬件以对元件焊接测试， 整板测试，上电功能测试为主；软件主要对写好的程序进行仿真运行；做好软硬件的测试后，整机调试时非常重要的，要进行不断的调试，让软件和硬件完美的结合，这样才能达到预期的效果。2调试环境硬件：(MSP430 仿真器、万用表、pc 机、12V/1.6A 稳压电源、温度计、示波器)软件：(IAR SystemsEmbedded Workbench Evaluation 5.0)3测试结果设计显示出了预想的结果，基本达到了要求。4测试结果分析从测试数据
10、分析可知，系统电路设计基本满足功能要求，能顺利实现基础部分的要求，并完成了发挥部分的功能。由于电机驱动的结构设计还不是很理想，所以运行时，会导致成品的晃动，但还是完成了预期的效果。六、总结与展望本论文以单排LED显示字幕、图案为研究对象，通过对单片机，16*16点阵字模，电机的结合运用，在此基础上提出了硬件和软件设计方案，总结前面几章的论述，本文得出部分硬件、软件理论原理和具体的控制方案，具体结论如下：1、通过利用高速旋转电机带动一排LED灯旋转，通过单片机控制LED灯的闪烁时间和频率以呈现一幅完整的画面，如显示字符、图片；2、单片机从价格、处理速度，选择STC89C52单片机既可以保证控制精
11、度，又能使设计大大简化；3、考虑到价格和电源方面的因素，此设计运用了以直流电机来带动LED旋转，并能获得较佳的效果；4、考虑到美观和阻力因素，此设计运用直径为贴片LED，用干电池为LED供电，从中降低了硬件设计难度，且成本也不高。5、旋转LED动态显示屏已制作完成，在实际运行中可能还会出现许多未曾考虑到的问题，有待于进一步的完善具体来说进一步的工作主要有：优化软件流程，加快执行速度；增加对多屏的控制；优化硬件结构，最大限度降低制作成本和运行阻力。附录I：系统设计原理图图2.1 系统整体PCB图2.2 系统整体PCB图2.3下载模块原理图图2.4霍尔传感器原理图图2.5L298P电机驱动原理图附录II：软件设计voiddisplay_TI(void) /TI杯显示函数autouintj=0;autouchark=0;for(j=0;j64;j+)for(k=0;k160;k+) P2=TI_dat2*k;P1=Convert(TI_dat2*k+1);delay_us(400);P1=0XFF;P2=0XFF;voidzhengzijian() /同心圆 uintxc,cv;for(xc=0;xc8;xc+)P2=loloxc;delay(3000); for(cv=0;cv9;cv+)P2=0xff; P1=lolocv;delay(3000);
