0807_080714T_张超_110914057_LW_基于单片机极速LED魔棒设计

密级：JINGGANGSHAN UNIVERSITY本科毕业论文（设计）题目：基于体感遥控的四轴飞行器设计学院电子与信息工程学院专业电子信息科学与技术班级 11级电信本（1）班学号 110914051姓名王仁军指导教师肖开选起讫时间2014.11---2015.05基于单片机极速LED魔棒设计姓名：张超学号：110914057（井冈山大学电子与信息工程学院，江西，吉安343009）指导老师：肖开选【摘要】本设计是基于STC15F104E单片机为核心控制芯片设计的多功能数码摇摇棒。

电路系统主要由电源管理、位置传感器、主控电路、LED驱动以及LED显示等模块组成。

通过完成硬件电路设计、PCB板设计制作、程序设计与调试，最终做出一款能够实际使用的摇摇棒作品，实现了摇摇棒的图像显示效果。

该设计在控制系统上采用了成本低、引脚数量少但功能较强的控制芯片，LED灯采用了高亮发光二极管，显示效果更明显，电源电路使用了专用的电源管理芯片，做到了功耗低，性能更加稳定。

本设计主要解决了目前市场上摇摇棒图片无法变换、分辨率低，显示不清晰等弊病，还可以根据自己的意愿，改变程序，来满足自己想要的结果。

从目前的发展前景，摇摇棒深受人们的喜爱，以及成本的控制，使得具有投放市场的价值，将会带来一定的经济效益。

【关键字】：单片机；魔棒；LED；传感器；Based on single chip microcomputer speed LED magic wand designAuthor: zhangchao(College of electronics and information engineering, Jinggangshan University Jiangxi Ji'an343009)Tutor: Xiao Kaixuan[Abstract]This design is based on STC15F104E MCU as the core control chip design o f multi-function digital shake well. Circuit system is mainly composed of power man agement, position sensor, main control circuit, LED driver and LED display module, etc. By completing the hardware circuit design, PCB design, program design and deb ugging, finally make a can actually use shake stick work, implements the shake bar image display effect. ) has been used in the design in control system of low cost, le ss pin number but function strong control chip, LED lights used the highlight light-e mitting diodes (leds), show the effect is more obvious, the power supply circuit usin g the dedicated power management chip, do the low power consumption, more stable performance. This design mainly solves the teetering on the market at present rod c an't transform, low resolution images, show the evils, such as unclear can also accor ding to his own will, change the program, to meet the results they want. From the c urrent development prospects, rocking bar was deeply loved by people.【Key words】Microcomputer; Magic wand; LED; transducer；目录【摘要】 (1)第一章绪论 (4)1.1 选题背景以及发展前景 (4)1.2 课题研究的内容和实现的功能 (4)1.3 LED魔棒的系统设计要求 (5)第二章总体方案设计 (5)2.1 整个电路的组成 (5)2.2 设计的原理 (6)2.3 STC15F104E单片机内部结构 (6)第三章硬件电路设计 (8)3.1 主控芯片模块设计 (8)3.2 电源管理模块设计 (9)3.3 位置传感器模块设计 (9)3.4 LED驱动模块设计 (10)3.5 LED显示模块设计 (11)3.6 整体硬件电路设计 (11)第四章摇摇棒制作 (12)4.1 摇摇棒的制作 (12)4.2 摇摇棒PCB的制作 (13)4.3 摇摇棒实物的焊接 (13)4.4 极速LED魔棒的实物图 (14)第五章程序设计 (14)5.1 程序流程图 (14)5.2 主控芯片程序 (15)5.3 位置传感器的程序 (17)5.4 LED驱动模块程序 (17)5.5 LED显示模块程序 (18)第六章系统的硬件调试及软件调试 (19)6.1 常见的硬件故障 (19)6.2 硬件调试方法 (20)6.3 软件调试方法 (20)6.4 调试步骤 (20)6.5 作品的效果图 (21)总结 (22)【参考文献】 (22)附录1 极速LED魔棒的作品说明 (23)附录2 极速LED魔棒的缺陷及优化 (24)附录3 元件清单 (25)致谢 (26)第一章绪论1.1 选题背景以及发展前景随着时代不断的向前推进，科学技术的不断发展，人们在满足日常生活所需以后，观念意识开始转向丰富自己精神的生活，发达的电子技术，无疑于给人们带来了更多的乐趣，在生活中扮演越来越重要的角色，信息传输更将会给人焕然一新的感觉，将在信息的索取方式使人们更加简单，更加快捷。

在学校的活动，举办各种聚会，以及他们自己的私人聚会等，可用于LED数据摇摇棒，特别是近年来热门精选，是增加摇摇棒的市场需求，在文艺演出，和各种比赛，挥霍光栏可以显示各种你需要的文字、符号、图像，可以极大地活跃气氛，调动观众的热情，想象，当轻贴在你的手中，***的话“我爱你”，在远处就可以让你的偶像感受到你对他的崇拜的情意。

基于在此种情境下，“LED魔棒”作为我毕业设计的研究课题。

“LED的魔棒”，俗称“摇摇棒”，事实上是一个显示设备，是一个具有益智化的玩具，现在市场上广为使用，用字可以形容：“静如处子，动如脱兔”，其实就是几个贴片发光二极管，当魔棒在按照一定的速度频率摇晃，就会活灵活现的不停的发光闪现，会形成多种多样的文字或者图片，以至于达成自己想要的成像。

本文基于单片机极速LED魔棒设计，将其实物化--摇摆显示器，可以通过摇摇棒显示文字，将信号输入控制芯片，将会通过不同的模块的信号的传递，控制16个发光二极管的不断的闪烁变化，同时在阴影部分不断的刷新不同的文字和图片信息。

因为在视觉原理可持久性，由于摇摆杆的过程中，发光二极管闪烁的跨区域在人的视力范围不断的刷新会留下一个阴影，在摇摆的区域将会出现设定好的图片或者文字，在此会传达平面视觉的信息。

此设计的突出点，就是可以根据自己的意愿，改变程序，来满足自己想要的结果，LED点阵显示有些类似。

1.2 课题研究的内容和实现的功能本作品基于硬件单片机的一个设计，通过软件的C语言程序的编程与信号输入，各个模块结合起来，实现整体功能。

作品所有的模块结合精巧，在设计排版线路简单，软硬结合灵活，更能发挥出软件方便灵活。

其主要目的是熟悉单片机的功能，应用C 语言编程和单片机很好的结合实现自己的一些想法。

在整个设计过程中，主要发挥自己的想象力，精通学习单片机，熟悉每个模块的功能，熟悉单片机外围功能和结合C 语言编程，完成整个设计。

本设计将使用一个新的强大的抗干扰/强抗静电/高/低功率/低成本的数据处理和控制的智能单片机STC15F104E。

同类的设计在生活中也存在，好多魔棒根据化学反应原理或者某种特殊离子之间的反应进行发光，比如夜光杯，夜光棒等。

同类课题在市场上，缺少智能化，用高亮度的LED灯组装的存在极大的弊端，不能任意的改变与更换，这样不能及时符合市场的需求，这样增加了成本和加大了工作量。

基于市场这些的现象与弊端，本作品将会充分发挥自己的想象，以单片机为底层控制，以单片机为核心，通过各个模块的组合设计，使用单片机C语言编程信号输入，能实现多种功能，显示部分通过16贴片LED灯点亮时，它会显示你想要的各种模式。

1.3 LED魔棒的系统设计要求基于单片机的设计，控制16个贴片LED灯的闪烁，该系统将由电池供电，单片机中断信号控制模块，摇动时显示文本一些简单的图案或者识别字符。

整体系统设计要求如下：（1）总体方案与硬件设计。

（2）通过对各个主要控制芯片的外围设计。

（3）对于硬件的了解熟悉，并且对实物魔棒的制作。

（4）程序流程图的设计，进行语言程序的编写。

（5）进行调试，对实物LED魔棒的展示。

在此基础上，我将设计一个COM接口控制模块，想通过COM专用电缆连接电脑，客户将减少显示内容的编辑和更换，反复使用。

所以，很好的满足了客户的多样性和创造性的需要显示的内容。

第二章总体方案设计2.1 整个电路的组成本设计的主要模块控制电路有以下部分组成：电源管理、位置传感器、主控芯片，LED驱以及LED显示。

如图1所示：图1 系统框图电源管理：此设计是一个轻巧，低功耗的作品，在设计过程中需要一个电源部分采用一节普通7号充电电池或者纽扣电池，通过电源的电路管理和控制整个电路的供电。

从而达到了，环保与方便。

位置传感器：由于视觉暂留原理是，因为人类的视觉在索取信息的频率是有局限性的，极限平均不到1 / 24秒的时间，因此LED摇摇棒充分利用人类视觉暂留的特性，在发光二极管摇摆的区域产生阴影平面，给人一种视觉的效果，通过位置传感器可以有效的控制信号的传输与断开。

需要时间的延迟与控制，旨在达到人的视力的效果，从而看到清晰的画面。

主控芯片：在设计中用单片机控制整个模块，是整个电路的核心，综合作品的成本控制，此单片机主控芯片价格低廉，功能多，易于控制的单片机。