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1、目 录1 绪论11.1概述11.2摇摇棒的基本原理21.3研究现状21.4设计目的和意义31.5设计要求31.6设计思路32.神奇摇摇棒硬件设计42.1硬件电路设计基本结构42.2主控电路设计说明62.3 STC89C52单片机简介72.3.1 STC89C52芯片72.4 LED基本介绍92.4.1 LED硬件电路92.4.2 LED内部结构及原理102.4.3 时钟电路112.4.4 复位电路122.5开关电路133.神奇摇摇棒软件设计153.1开发环境153.2汉字图形取模软件163.3主程序流程图174.神奇摇摇棒系统的实现和结果204.1硬、软件分别调试及联合调试204.1.1 硬件
2、调试204.1.2 软件程序调试214.1.3联合调试224.2 摇摇棒实物效果展示22结 论24致 谢26参考文献27附录28 基于单片机的神奇摇摇棒设计1 绪论1.1概述 数码摇摇棒是由一组发光二极管排列而成，摇动时能显示各种图案的显示器件。基于人眼视觉暂留原理、运用最新专利电子技术研制而成的线阵LED运动成像的高科技产品。它可以通过在手中左右摇晃棒体，就可在其摇摆出的扇形轨迹面上显示非常稳定的文字或图像，并可以连接电脑编辑下载更新文字或图案。相比于过去的闪光棒、荧光棒，它具有如下特点：1、显示方式新颖，吸引力强。2、以LED电子灯显示，图案明显清晰、稳定，可显示多幅图案。3、在LED摇摇
3、棒的手握部分，设计成手柄，更人性化，而且使得摇晃过程中，显示内容的定位更准确。4、可通过数据线与电脑连接，设计、更改显示内容。5、可多次使用，降低浪费。6、亮度高，视角更大，可视距离更远。1.2摇摇棒的基本原理人的眼睛存在视觉暂留现象，正因为眼睛反应迟钝，才丰富了人的视觉感受，LED摇摇棒很好地利用了人眼的视觉暂留特性。运用最新专利电子技术研制而成的线阵LED运动成像的高科技产品。LED摇摇棒是在手摆动到不同位置的时候，让位于一条直线上的LED显示二维图像的不同的列，利用人眼的视觉暂留效应，实现图形扫描显示。输出信号频率的控制通过单片机来实现，用16个发光二极管进行不同频率的亮灭刷新。当进行摇
4、动时，由于人的视觉暂留原理，会在发光二极管摇动区域产生一个视觉平面，在视觉平面内的二极管通过不同频率的刷新，会在摇动区域内产生图像，从而达到在该视觉平面上传达信息的作用。1.3研究现状 近年来随着人们生活水平的日益提高,人们对娱乐产业的消费也越来越高,各大中城市举办演唱会的次数也越来越多.在学校里举办的各种晚会,活动也越来越多,以及自己私人举办的聚会等等,这些都能用到LED摇摇棒.尤其是近年来的选秀热,更是加大了摇摇棒的市场需求. 在演唱会、文艺演出、及各种比赛场合，挥舞着的发光棒上可以显示出各种你所需要的文字、符号、图像等，能够极大地活跃现场气氛，调动观众激情。试想一下，当你手中的发光棒显示
5、出“某某某”，或“我爱你”的字样时，即使你无法与心中的偶像面对面交流，他也能感受到来自你的激情。据调查显示，人们接受的信息有 2/3的信息是通过眼睛取得的。数码摇摇棒集娱乐、益智玩具和流动广告于一体，给予是就的吸引眼球的效果。在明星演唱会、歌友会、酒吧、大型的娱乐场以及各种大型的选举、游行活动中都可以使用数码摇摇棒。随着社会经济的不断进步，以及显示技术的不断完善，人们对数码摇摇棒的认识将会越来越深入。1.4设计目的和意义本次设计制作的是一个显示棒，基本要求就是要小巧、轻便，所以要将单片机的系统板简化设计。 通过本次设计，加强对AT89C52单片机的深刻理解，提高设计能力和动手能力。1.5设计要
6、求设计一个16只高亮度LED发光二极管构成的摇摇棒，通过单片机编程配合手的左右摇晃就可呈现一幅完整的画面，可以显示字符、图片。1.6设计思路LED摇摇棒是基于人的视觉暂留原理,通过分时刷新16个发光二极管来显示输出文字或图案等信息。输出信号频率的控制通过单片机来实现,用摇动传感器检测当前摇动状态。当进行摇动时,由于人的视觉暂留原理,会在发光二极管摇动区域产生一个视觉平面,在视觉平面内的二极管通过不同频率的刷新,会在摇动区域内产生图像,从而达到在该视觉平面上传达信息的作用。1 2.神奇摇摇棒硬件设计2.1硬件电路设计基本结构系统电源VCC为5V，下载程序和调试时一定要保证5V电压，实际使用时用3
7、节干电池串联4.5V即可。STC89C52单片机作为控制器，在它的P0、P2口接有16只以共阳的方式连接的高亮度LED，由单片机输出低电平点亮。P0口的上拉电阻RA1不能少。串在LED公共端的二极管D1会产生一定的压降，用来保护LED，经实测LED点亮时两端电压为3V左右，在LED的安全承受范围内。K1是画面切换开关，用于切换显示不同内容；S1为水银开关。 图1是神奇摇摇棒设计原理图。由电源VCC为5V，实际使用时用2.1节纽扣电池串联6V即可。STC89C52单片机作为控制器，在它的P0、P2口接有16只以共阳的方式连接的高亮度LED，由单片机输出低电平点亮。水银开关的作用：棒在摇动时，只能
8、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。图2.1 总电路图水银开关电路： 在水银开关断开时，由于上拉电阻R19的作用外部中断1为高电平，水银开关接通以后为低电平，产生下降沿引起中断。 水银开关的作用：使摇摇棒从左向右摇动时将内容显示出来。电路如图2.2所示：图2.2 水银开关电路2.2主控电路设计说明单片机控制系统：单片机以其集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、价格廉、使用灵活等一系列优点得到迅速的发展，渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计
9、算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理等，这些都离不开单片机。此次设计主要采用的STC89C52RC单片机为主控单元,如电路图2.3。 图2.3 单片机系统 2.3 STC89C52单片机简介单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。这里以STC89C52单片机为例理解它的最基本的组成电路。2.3.1 STC89C52芯片在单片机家族的众多成员中，MCS51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了
10、工业测控和自动化工程应用的主要 市场，成为国内单片机应用领域中的主流。世界各大单片机厂商都在MCS51上投入了大量的资金和人力，围绕51内核，衍生出许多品种，增强51单片机的各 种功能。MCS51家族是目前在单片机领域发展最快的一个品种。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。1、STC89C52单片机的主要性能特
11、点：（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051；（2）工作电压：5.5v3.3v(5v单片机)/3.8v2.0v(3v单片机) ；（3）工作频率范围：080MHZ,实际工作频率可达48MHZ；（4）大容量内部数据RAM：1K字节RAM；（5）8kB片内Flash程序存储器，具有在应用可编程(IAP) ,在系统可编程(ISP)，可实现远程软件升级，无需编程器；（6）掉电检测和低功耗模式等；（7）4个8位I/O口，含3个高电流P1口，可直接驱动LED（8）PCA(可编程计数器阵列)，具有PWM的捕获/比较功能；（9）SPI(串行外围接
12、口)和增强型UART；（10）3个16位定时器/计数器；（11）可编程看门狗定时器(WDT)；（12）低EMI方式(ALE禁止)；（13）兼容TTL和COMS逻辑电平；2、STC89C52单片机各引脚功能图如2-4所示：图2-4 单片机引脚图3、STC89C52主要功能STC89C52主要功能如下表2-1所示。主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒
13、功能表2-1 STC89C52主要功能2.4 LED基本介绍LED中文译作发光二级管，顾名思义发光二级管是一种将电能转化成光能的电子器件，具有二极管的特性。在电路中并不使用使用3MM的LED,而是采用了5MM的高亮LED灯，5MM的高亮LED有多种颜色，除了多种颜色外还有双色的，一只LED可以多出两种颜色，因此5MM高亮的LED达到想要的效果，远距离观看的效果更佳。2.4.1 LED硬件电路电路中采用了16只红色5MM高亮的LED,所有的LED使用共阳极的方案并联起来，并给电源端加上了IN4007整流二级管，还在LED的正级接上了200欧姆的保护电阻，经过测试如果只接上一只IN4007整流管,
14、实际测量得到LED的电流在30mA左右，LED点亮久后会发热，导致LED的寿命减短，必须加上保护电阻。而保护电阻测量电流达到15mA20mA左右，并却没有发热的迹象，因此采用此方案，具体如图2-5所示。图2-5 LED电路图2.4.2 LED内部结构及原理LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片。在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由P型半导体和N型半导体两部分组成，其中P型半导体在它里面空穴占主导地位，N型半导体主要是电子。在它们中间有一个
15、过渡层，称为P-N结。具有单向导电性。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，即LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。(图2-6所示)图2-6 LED内部结构2.4.3 时钟电路单片机其实是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟控制严格地按时序进行工作。时钟电路用于产生单片机工作所需要的信号。在MCS-51为核心的单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，其输入端引脚为XTAL1,其输出端引脚为XTAL2。只要在XTAL1和XTAL2之间跨接石英晶体和和两个微调电容，就可以构成稳定的自激振荡器并产生振荡时钟脉冲，这种方式称为内部时钟方式。在时钟电路中由1个12MHz的晶振、2个30pF的瓷片电容组成具体电路如图2-7所示。一般地，晶振比较常用的有6MHz、12MHz。晶振的频率越高，系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也就越快。STC的单片机最高可支持到40MHz的
