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