旋转LED设计报告

线阵LED图文显示装置设计报告

一、任务

设计并制作一个线阵LED图文显示装置。

图1 线阵LED图文显示装置示意图

二、要求

（1）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。

（2）通过按键启动，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0.2秒左右；运行15秒左右自动停止。

（3）通过按键启动，显示字符“TI杯”，要求字符显示稳定，无明显漂移；运行20秒左右自动停止。

（4）通过按键启动，显示双渐开线；运行15秒左右自动停止。

（5）通过按键启动，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60±1秒；运行70秒左右自动停止。（6）改变转速，完成（2）的要求。

（7）LED显示亮度能依据环境亮度变化自动调节。

设计报告

摘要

显示装置利用人眼视觉暂留的生理特性，通过LED 在旋转运动过程中经过不同位置时，系统点亮相应的LED ，实现线阵LED 在旋转平面上构成不同的静态或动态图案。

一、系统方案

● 方案描述：

本系统是利用人眼视觉暂留效应设计出的，该系统主要由电机、标志杆、LED 控制电路三部分组成。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。 ● 装置整体结构图

● 原件的比较和选择

1.电源的选择

方案一：使用质量较轻的纽扣电池，位置可以随便放置，但是成本较高，使用时

间短

方案二：使用废弃手机的手机电池，这种锂电池容量大，使用时间长，缺点是质

量较重，在平衡系统时存在困难

方案三：使用三节5号电池，该电池容易购买，但是容量低于手机锂电池，同时质量较重，在平衡系统中存在着困难，

在考虑成本和供电时间时，选择了方案二。在开始焊接电路到调试成功的工程中，该电池依然电力充足，证明我们的选择是正确的

2.标志杆的选择

方案一：选择干簧管作为接收装置，在标志杆处固定一块永久磁铁，缺点是干簧管感应距离有些短

方案二：选择红外发射管和红外接收管作为感应开关，红外线发射管与接收管可以相距较远的距离

在装置旋转时，两者的相对距离可能会发生小幅的变化，在硬件焊接时，由于电机驱动的电路板过小，没有把标志杆和电机电路板固定，因此两者的相对位移会发生改变，两者相离太近，会出现两者碰撞的情况，选择可以相距较远的红外发射接收管可以避免两者的碰撞

3.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。

4.Led的选择

方案一：采用3mm的led，此方案运用方便、焊接简单、成本较低，但缺点是较重、体积较大不利于后期的系统平衡。

方案二：采用贴片的led，此方案质量较轻、体积小。但对焊接技术要求较高。

考虑本人的焊接技术，最终采用方案二。

二、理论分析与计算

线状点阵LED驱动参数分析与计算

考虑到本系统才用手机电池供电最高电压4.2v ，系统显示原理为逐列扫描，并且有调节led 亮度的装置，最终采用470Ω的贴片电阻和led 串联。

I=V/R →I=8mA

● 线阵LED 运动参数分析与计算

本系统运用人眼视觉暂留的原理进行逐列扫描，且考虑到后期有秒表这个题目，最终决定每次扫描时的延时时间用软件进行延迟，具体的延时时间用keil 4 内部的程序调试进行计算 ● 指针式秒表分析与计算

本题目要求在可以改变转速的情况下显示一个指针是秒表，考虑到电机转速可能随时变化，所以在每次开始扫描前通过测定转过上一圈所需要的时间然后分成60份，每一份的时间就是本次扫描每一秒所需的延时时间，同时用单片机的定时器来定时本次扫描应该扫描那一秒。

t1=t2; //把上次的t2值赋给t1 t=n; //把定时器中断次数赋给t n=0;

//定时器中断次数清零 t2_1=TH0;

//提取定时器中的值 t2_2=TL0;

t2=t2_1*256+t2_2;

//计算定时器中的值得大小

s1=(long)(((50000*t)+t2-t1)*0.0004166667); //计算本次扫描每秒需要的时间

数据说明： // n 当转速过高时一次扫描可能小于25ms ，因此要分定时器发生中

断和不发生中断两种情况

//(50000*t+t2-t1)*0.0004166667=(50000*t+t2-t1)*0.0000005/0.00002/60 // 0.0000005计数器加一个数所需要的时间（24MHZ 晶振）

// 0.00002 x=1时高精度延时函数的延时时间（通过keil 4中的软件调试

测量得到）

// 60 （把一圈的时间平分为60份） ● 显示亮度自动调节分析与计算

本系统采用光敏电阻驱动一个s8050的三极管来给led 供电，发光二极管的亮度可以随着光照强度的变化而变化，在一定范围内发光二极管的亮度随着光照强度的变化而变化，但是这个范围过于狭窄，于是先在光线检测电路中加了一个电位器来调节阻值，通过实验测量其需要的阻值，然后在换成定值电阻。

提取上次扫描所需的时间

三、电路与程序设计

电路：

单片机模块

电机和红外发射模块

程序：

#include

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit KEY=P3^7; //按键位定义

uchar xxx=0,num,pic=0,x123,z1=0,n=0,n1=0;

uint t1_1=0,t1_2=0,t2_1=0,t2_2=0,t=0;

unsigned long s2=0,t1=0,t2=0,s1=0,a=0;

void delay(uint x)

{

uint x1,x2;

for(x1=x;x1>0;x1--)

for(x2=415;x2>0;x2--);

}

void yanshi(uint x)

{

uint x1;

for(x1=x;x1>0;x1--);

}

void uyanshi(uint x) //高精度延时函数当x=1时，时间为0.000 0027（S）【40MHZ 晶振】

{

while(x--);

}

void jiance() //检测

{ uint a1=1000;

uchar a2=0xfe;//1111 1110

do

{

P1=a2;

delay(a1);

a2=_crol_(a2,1);

}

while(a2!=0xfe);

P1=0xff;

do

{

P2=a2;

delay(a1);

a2=_crol_(a2,1);

}

while(a2!=0xfe);

P2=0xff;

}

void txy() //同心圆

{ uchar b1=4,b2=0xfe,b3=200;//1111 1110

while(b1)

{

do

{

P1=b2;

delay(b3);

b2=_crol_(b2,1);

}

while(b2!=0xfe);

P1=0xff;

do

{

P2=b2;

delay(b3);

b2=_crol_(b2,1);

}

while(b2!=0xfe);

b2=0xbf;

if(b1==1)

{P2=0xff;

break;}

do

{

P2=b2;

delay(b3);

b2=_cror_(b2,1);

}

while(b2!=0x7f);

P2=0xff;

do

{

P1=b2;

delay(b3);

b2=_cror_(b2,1);

}

while(b2!=0xfe);

P1=0xff;

b1--;

}

}

uchar code sjjx1[]={

0xff,0x7f,0xff,0x3f,0xff,0x1f,0xff,0x0f,

0xff,0x07,0xff,0x03,0xff,0x01,0xff,0x00,

0x7f,0x00,0x3f,0x00,0x1f,0x00,0x0f,0x00,

0x07,0x00,0x03,0x00,0x01,0x00,0x00,0x00};

void sjjx() //双渐近线

{

if(num>=100)

{

num=0;

x123=x123+2;

}

if(x123>=32)

{

TR0=0;

TH0=(65536-33333)/256;

TL0=(65536-33333)%256;

num=0;

n=0;

x123=0;

pic++;

}

yanshi(2400);

P1=sjjx1[x123];

P2=sjjx1[x123+1];

yanshi(8);

P1=0xff;

P2=0xff;

yanshi(4800);

P1=sjjx1[x123];

P2=sjjx1[x123+1];

yanshi(8);

P1=0xff;

P2=0xff;

}

uchar code TIbei1[]={

0xE7,0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0xDF,0x07,0xC0,0xF7,0xDF,0xF7,0xFF,0xE7,0xFF,0xFF,0xFF,

0xFF,0xFF,0xF7,0xDF,0xF7,0xDF,0x07,0xC0,0xF7,0xDF,0xF7,0xDF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF, 0xEF,0xFB,0xEF,0xFC,0x2F,0xFF,0x00,0x00,0xAF,0xFF,0x6F,0xFB,0xFB,0xFD,0xFB,0xFE, 0x7B,0xFF,0x1B,0x00,0xE3,0xFF,0x7B,0xFF,0xFB,0xFE,0xFB,0xF9,0xFB,0xFF,0xFF,0xFF,}; void TIbei() //TI杯

{

uint a;

if(num>=100)

{

num=0;

x123++;

}

if(x123>=20)

{

TR0=0;

x123=0;

num=0;

n=0;

TH0=(65536-33333)/256;

TL0=(65536-33333)%256;

pic++;

}

for(a=0;a<64;a=a+2) //显示

{

P1=TIbei1[a];

P2=TIbei1[a+1];

yanshi(10);

P1=0xff;

P2=0xff;

yanshi(40);

}

}

void miao() //秒表

{

if(num>=100)

{

num=0;

x123=x123+2;

}

t1=t2; //把上次的t2值赋给t1

t=n; //把定时器中断次数赋给t

n=0; //定时器中断次数清零

t2_1=TH0; //提取定时器中的值

t2_2=TL0; //计算定时器中的值得大小

t2=t2_1*256+t2_2;

s1=(uint)(((33333*t+t2-t1)*0.00184)*(x123/2)); //计算本次扫描的延迟时间

//(33333*t+t2-t1)*0.001851852=(33333*t+t2-t1)*0.0000003/0.0000027/60

// 0.0000003（计数器加一个数所需要的时间）

// 0.0000027（x=1时高精度延时函数的延时时间）

// 60 （把一圈的时间平分为60份）

uyanshi(s1); //延时

P1=0x00;

P2=0x00;

yanshi(10);

P1=0xff;

P2=0xff;

if(x123==120)

{

x123=0;

n1++;

}

if(n1==1&&x123==20)

{

TR0=0;

x123=0;

num=0;

n=0;

TH0=(65536-33333)/256;

TL0=(65536-33333)%256;

n1=0;

pic++;

}

}

void main() //主函数

{

//uyanshi(1000);

//uyanshi(1000);

//delay(1000);

//delay(1000);

jiance(); //开机检测

TMOD=0x01; //设置定时器的工作方式

TH0=(65536-33333)/256; //定时器赋初值

TL0=(65536-33333)%256;

EA=1; //开总中断

ET0=1; //开定时器0

EX0=1; //开外部中断0

IT0=1; //设置外部中断为下降沿触发

PT0=1; //设置定时器为高优先级

P0=0xff;

while(1)

{

if(KEY==0)

{

delay(20); //按键去抖

if(KEY==0)

pic++;

while(!KEY);

delay(40);

while(!KEY);

}

if(pic>10) //画面切换置1

pic=1;

if(pic==1) //同心圆画面判断

{

txy(); //同心圆

pic++;

}

}

}

void X0_duan() interrupt 0 //外部中断0程序

{

switch(pic) //选择画面

{

case 0:break; //空

case 1:break; //同心圆

case 2:break; //空

case 3:{TR0=1;TIbei();}break; //TI杯

case 4:{TR0=0;}break; //空

case 5:{TR0=1;sjjx();};break; //双渐近线

case 6:{TR0=0;}break; //空

case 7:{TR0=1;miao();}break; //秒表

case 8:{TR0=0;}break; //空

case 9:{TR0=1;miao();}break; //秒表(改变转速后)

case 10:{TR0=0;}break; //空

default:break;

}

}

void T0_time() interrupt 1 //定时0器程序

{

TH0=(65536-33333)/256;

TL0=(65536-33333)%256;

num++;

n++;

}

四、测试方案与测试结果

1.程序延时时间的测试

void uyanshi(long x)

{

while(x--);

}

测试方法

（1）设计测试程序为：

#include 高精度延时函数

void uyanshi(long x)

{

while(x--);

}

void main

{

uyanshi（10000）; //此处设置断点

uyanshi（10000）; //此处设置断点

}

（2）用keil 4 中的程序调试设置断点，先测x=10000时的延时时间，在除以10000就是x=1时的延时时间。

◆测试结果

当x=1时，时间为0.000 02（S）【24MHZ晶振】

2.led亮度的测试

◆测试方法

（1）按右图连接电路。

（2）在较亮的灯光下，调节电位器R，使led刚好不发光。

（3）拆下电位器，用万用表的欧姆档测量电位器被接入电路的阻值。

◆测试结果

通过实验测得，在较强光下，恰好使led不发光R阻值为560Ω。

3.双渐近线平行的测试

◆测试方法

给x赋值然后下载到单片机来看实际的显示

效果，如果太靠前那么加大x的值，靠后缩小

X，直到两条线平行为止。

◆测试结果

通过测量得到x的值为1500。

4.程序最终的测试

◆测试方法

此时采用画面模块化测试，这样能够快速的找出程序的那一个画面模块出了

问题。

五、结论与心得

在这次设计的过程中，我们组遇到了很多问题，在我们组三个人的共同努力

下，问题才得以解决，此时此刻，我感到了团队合作的重要性。俗话说的好“三

个臭皮匠，顶个诸葛亮”，或许就是这个道理。另外，在做此类设计中，团队中

的各个成员之间应该多交流，更应该分工明确，但另一方面，我们也应该加强合

作，也就是说，在分工的基础上再合作。在今后的学习中，我们应该加强自身品

格的修养、以及自身素质的提升，向一个德才兼备的复合型人才靠拢。