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应用物理学专业实验课程设计题目

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应用物理学专业实验课程设计说明书

基于单片机的16LED摇摇棒的设计

目录

第一章概述 (2)

第二章设计方案 (3)

2.1设计目的 (3)

2.2设计要求 (3)

2.3设计思路 (3)

第三章硬件设计 (4)

3.1水银开关 (4)

3.1.1 水银开关的原理： (4)

3.2摇摇棒原理图 (4)

3.2.1 单片机最小系统： (5)

3.2.2 LED显示系统： (5)

3.3硬件整理 (6)

第四章软件设计 (8)

4.1软件设计思路 (8)

4.2主程序流程图 (8)

4.3汉字取模软件 (9)

4.4程序编写 (10)

第五章总结 (16)

参考文献 (17)

第一章 概述

LED 显示棒，又称摇摇棒，是一种利用视觉暂留效应整理的“高科技”玩具。可以用“静如处子，动如脱兔”来形容它，即当静止时，它只是几个LED 发光二极管（后简称LED ） ，而一旦按照一定的频率去摇晃它，它就会随着位置的

变化而变化（亮或灭），最终显示一幅图片或字符串。

……

本设计要求整理LED 色”两个字。

标题：黑体16磅加粗居中，单倍行距，段前

0磅，段后18磅 内容：宋体12磅，多倍行距 1.5行，段前段

后0磅 注意：每一章都要从新的一页开始。

2.1

本次设计整理的是一个显示棒，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，加强学生对MCS-51单片机的深刻理解，提高学生的设计能力和动手能力。

2.2 设计要求

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。

2.3 设计思路

本系统要求设计一个LED显示棒且需要有按键进行内容切换，它主要是由中央控制部分，LED驱动部分，LED显示部分以及电源部分组成。

单片机将提取的字模进行存储，当接收到按键输入的指令时单片机就将相应的字模代码通过I/O口输出，使LED灯点亮，利用视觉暂留原理最终使图案完整的显示在摆动的显示屏中。

1. LED灯的选择：高亮LED发光二极管。高亮LED比普通LED的显示效

果要好很多。

2. 外部中断信号产生方式：通过外部中断可以控制数据开始传输的时刻。

选择好外部中断来源是本次整理的难点及重点。使用水银开关。通过摇

晃使得水银开关的水银珠与触点接触和断开，利用这种接触产生的电平

变化来触发中断，结合软件控制显示，整理简单，使用方便。

3. 16只LED发光管作为画面每一列的显示，左右摇晃起到了扫描的作用

人眼的视觉暂留现象使得看到的是一幅完整的画面。与LED点阵的显示

有几分相仿。

3.1 水银开关

水银开关，又称倾侧开关，是电路开关的一种，以一接着电极的小巧容器储存着一小滴水银，容器中多数为真空或注入惰性气体。

3.1.1 水银开关的原理：

因为重力的关系，水银

水珠会随容器中较低的地方

流去，如果同时接触到两个

电极的话，开关便会将电路

闭合，开启开关。注意：水银对人体及环境均有毒害，因此使用水银开关时，

请务必小心谨慎，以免破出；在不再使用时，也应该妥善处理。

3.2 摇摇棒原理图

图1 水银开关剖析图

二级节标题：黑体13磅顶左，单倍行距，段前

12磅，段后6磅，序号与题名间空两格

图2 摇摇棒原理图

图片标注：楷体12磅置于图片下

居中，序号与图片名间空两格

上图包含两个主要部分：单片机最小系统和LED显示部分。

3.2.1 单片机最小系统：

本装置采用了AT89S52单片机，它支持直

接通过串口线下载程序，对于本设计而言，显

示文字需经常改变，AT89S52方便许多，因此

选择AT89S52作为本设计所用的单片机。

振荡电路采用12MHz晶振，每个机器周期为1μs。

ISP选择为六脚ISP下载口，由于摇摇棒为长条形外观，使用六脚ISP下载口可以更节省空间。

3.2.2 LED显示系统：

本装置采用了16个3MM高亮LED,

其额定工作电压在3V左右，因此可串联

一个可承受较大电流的二极管1N4007来

进行分压，为设计方便，二极管采用共阳

接法。16个LED分别接在P0和P2口上。

首先，我们根据LED点阵屏的显示原理：点阵屏的显示分为行扫描与列扫描两种，列扫描是将我们的字模数组通过点阵

屏的行驱动进行输入，然后通过列对每一

行进行扫描，当列为低（高）电平、行为

高（低）电平时则表示该点为图案的一部分，将其读出、显示。它的顺序可以总结为：行不断的送数据，每送完设置的信息

后列进行读取，然后行再次送数据，列再

次读取……依次循环下去，一幅完整的图图3 振荡电路

图5 LED显示模块图4 ISP下载口

案就显示在了显示屏上。

而本次设计的LED显示棒数据传输原理与LED点阵屏相似。可以把LED显示棒看成是LED点阵屏中的一列。为了使显示的图案清晰，我们使用了16个LED 管将它们排成一列，整个屏在静止时也就相当于16行×1列。数据传输时我们同样使用行送数据、列扫描。在摆动过程中，应用视觉暂留原理，我们点亮的列不会很快的消失，而是随着摆动的方向继续向前移动，只要移动的速度高于视觉暂留的最短时间显示内容就不会熄灭，至此，一幅图案也就可以这样被“摆动”出来了。

3.2.3 水银开关的作用：

棒在摇动时，只能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。

整套系统以AT89S52单片机作为核心控制系统，使用16只LED灯作为显示屏，其中16只直接与单片机I/O口相连。当水银开关触发中断T1时，单片机向16只LED传送数据，依据人体的视觉暂留原理，随着显示棒的摆动前进，输出数据的列也不会立刻消失而是随着摆动逐渐显示在了形成的扇形区域。

3.3 硬件整理

由于整理PCB板的成

本太高，我使用了长条形的

洞洞板，手工焊接，跳线连

接。因此做工比较粗糙。

原先使用的是直径

5mm的红色LED，感觉太大

了些，远看效果很好但近看

时字不够连贯。后改为3mm

的高亮LED，效果好了很多。图6 摇摇棒实物图