摇摇棒课程设计报告

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3、系统设计
本系统包括单片机控制模块,开关及电源模块和输出显示模块三个部分。 单片机控制模块由 Keil uVision4 进行编写,实现起来简单,主要有三部分,主程序、 中断服务部分还有字符点阵。 开关及电源模块采用 5V 变压器并配合水银开关使用。输出显示模块采用 16 个 LED 灯, 在版上一字排开。
(2)水银开关
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电子工艺课程设计 水银开关,又称倾侧开关,是电路开关的一种,以一接著电极的小巧容器储存著一小滴水银,容器
中多数注入惰性气体或真空。
仔细观察水银开关,实际上他是一个封闭的玻璃管,里面有两个分开着的导线和一 段水银球,当玻璃管的平衡位置变化时,水银球会来回移动,当水银球移动到两根导线时, 因水银是金属-导体,故电路变为通路,此时接收器处于工作状态;反之,水银球远离两 根导线时为断路,此时接收器处于非工作状态。
拍摄照片:
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八、课程作品制作体会
通过两周时间的摸索我们完成了摇摇棒的设计与原理图的绘制,本次设计以传感器 和单片机的实际应用为背景,介绍了以单片机和传感器为核心系统摇动传感器和显示设计 的基本结构和基本原理。本次将使用单片机对摇动显示进行实例化,设计一个 LED 摇动显 示器来显示文字、图像等信息。掌握利用 8051 型单片机对发光二极管阵列进行摇动控制 的方法。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,用 16 个发光二极管进行不同频率的亮灭刷新,通过手动摇动可显示输出文字及图案等信息。 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。
软件程序调试
1、在字模选取时,字模走向,点阵格式等方面选取不当会导致显示出的图像,文字 信息等不完整或不能显示;那么,字模的选取方面,点阵格式,字模走向等的选择必须与 硬件电路中的一一对应;
2、在软件设计程序编程时,延时子程序设计的时间长短会出现一些问题。时间设的 太长,在摇晃过程中,LED 发光二极管点亮的速度会很慢,致使在使用过程中左右摇晃的 频率,幅度会很大,画面就不容易显示或者不清晰,只出现部分画面等情况;时间设的太 短,LED 发光二极管点亮的速度会很快,那么摇晃过程中,甚至有些应该亮的频率比较高 的二极管根本来不急点亮,那么在人眼看来,那些二极管根本就没点亮。因此,在设置延
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能。PN 结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理 制作的二极管叫发光二极管,通称 LED。 当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电 压),电流从 LED 阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光 的强弱与电流有关。不同颜色的发光二极管有不同的开启电压,具体如下: 普通的发光二极管正偏压降红色为 1.6V,黄色为 1.4V 左右,蓝 白 为至少 2.5V 。工作 电流 5-10mA 左右 超亮发光二极管主要有三种颜色,然而三种发光二极管的压降都不相同,具体压降参考值 如下: 红色发光二极管的压降为 2.0--2.2V 黄色发光二极管的压降为 1.8—2.0V 绿色发光二极管的压降为 3.0—3.2V 正常发光时的额定电流约为 20mA。
二、作品说明
摇摇棒是如今流行的一种玩具,在各种聚会、节日中均见得到它的身影。本设计也 追随着摇摇棒的原理,利用人眼的视觉暂留特性,通过 STC89C52 单片机对 16 只高亮度 LED 发光二极管进行控制, 配合手的左右摇晃就可呈现一幅完整的画面。
下图是基于 51 单片机控制 16 只高亮度 LED 发光二极管构成的摇摇棒,
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。
注意:安装滚珠开关 S1 时,要注意其引脚方向,如果装反了显示的画面会出现镜像。
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六、软件设计
软件部分包括主函数程序、中断服务程序、延时子程序以及三个显示子程序。软件设 计流程如下:
五、硬件设计
硬件连接上用水银开关产生的电平转换引发中断,传递给单片机,再由单片机调用点 阵文件输出到 LED 上。
原理图如下所示:
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PCB 图如下
本电路采用 16 只 LED 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画面,与 LED 点阵的显示相仿。电路中 STC89C51 单 片机为控制器,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。S1 为滚珠开关,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,所以通过接一只滚珠开关来控制,使摇摇棒从左向右摇动时将内容 显示出来;S2 是画面切换开关,单片机中已经写入能显示多个画面的程序,工作时通过 这个开关来切换。
PCB 设计流程
1、印制电路板的设计的一般步骤 1)绘制印制电路板 主要任务是绘制摇摇棒原理图,并且确保无误后,生成网络表,用与 PCB 设计时自动 布局。 2)规划电路板 主要完成确定电路板的物理边界,电气边界,电路板的层数,各种元件的封装形式和 布局要求等任务
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2、元件的布局 元件的布局包括自动和手动调整两个过程。在规划好电路板和装入网络表之后,系统 能自动装入元件,并自动将它们放置在电路板上。自动布线是系统根据某种算法在电气边 界内自动摆放元件的位置。如果自动布局不尽如意,则在进行手工调整。 3、手动布线 手动布线时,要注意相连导线之间要有一定的绝缘距离;信号线在拐弯处不能走直线; 电源线和地线的布线要短,粗且避免形成回路。 4、元件的布局 元件的布局包括自动和手动调整两个过程。在规划好电路板和装入网络表之后,系统 能自动装入元件,并自动将它们放置在电路板上。自动布线是系统根据某种算法在电气边 界内自动摆放元件的位置。如果自动布局不尽如意,则在进行手工调整。 5、手动布线 手动布线时,要注意相连导线之间要有一定的绝缘距离;信号线在拐弯处不能走直线; 电源线和地线的布线要短,粗且避免形成回路。 6、在绘制元器件封装图的过程中,常常会忽略元器件封装型号与原理图中的一一对 应,导致在元器件加载的过程中,系统会报错。那么,绘制电路原理图以及元器件封装的 过程中,要特别注意两者中的元器件封装号的一致性。 7、在用复写纸将布线图复制到复铜板上的过程中,容易产生图纸移动。复制布线图 前应先用锉刀将复铜板四周边缘锉至平直整齐,而且尺寸尽量与设计图纸尺寸相符,并将 复写纸裁成与复铜板一样的尺寸,并且用胶纸将图纸左右两端与印刷板贴紧,图纸不易移 动。 8、进行化学腐蚀时,电路板中的导线易断;腐蚀时间太长。在对电路板进行化学腐 蚀时,要注意三氯化铁的浓度,浓度太大会将导线腐蚀断;浓度太小,导致腐蚀时间太长。 腐蚀速度与腐蚀液的浓度,温度及腐蚀过程中采取抖动有关,为保证制板质量及提高腐蚀 速度,可采用抖动和加热的方法。
事实上采用震动开关代替水银开关可以取得更好的效果,但局限于器材方面的原因, 未能采用震动开关。
(3)LED 简介
发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片,在 p 型半导体和 n 型半导体之间有一个过渡层,称为 p-n 结。在某些半导体材料的 PN 结中,注入的少数载 流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光
重庆三峡学院
电子工艺工程设计报告书
课程名称:基于单片机的摇摇棒
学院(系): 电子与信息工程学院
年级专业:2012 级电子信息工程(自动化)
学 号: 201207014338
学生姓名: 王 平 山
指导教师: 谢

教师职称: 教

成 绩:
制作日期 2015 年 6 月` 8 日
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目录
一、作品摘要…………………………………………………2 二、作品说明…………………………………………………2 三、工艺流程…………………………………………………3 四、系统总体设计……………………………………………5 五、硬件设计…………………………………………………7 六、软件设计…………………………………………………8 七、系统调试与分析…………………………………………9 八、课程作品制作体会………………………………………11 九、附录………………………………………………………12
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电子工艺课程设计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
时子程序时间的问题上,要计算出单向甩出摇摇棒所需的具体时间。这样,LED 灯亮的速 度才会适中,致使演示效果完好。
四、系统总体设计
1、总体方案比较与论证
所谓的“摇摇棒”,其实就是一个循环的 LED 显示,利用人的视觉滞留产生静 态显示的现象。要实现这个目标,就要求延时部分做的比较小,所以采用石英晶 体振荡器。而目前能够实现这种功能的器件有很多种,不同的类型的器件也能够 很好的完成。
本作品本着方便、价格低廉的原则,采用单片机控制,由水银开关的闭合对单片机 产生外部中断,从而对中断进行采集。到达一定数量便进行图象的转换。整个系统由单片 机控制模块,开关及电源模块和输出显示模块三个部分构成。系统框图如下:
单片机
输出显示 LED
水银开关
2、主要部件原理 (1)单片机控制模块
用单片机想要控制 LED 显示只需要定时输出就可以,但每个人摇动的速度不一样,如 何准确的并稳定的变换图案呢?这就需要用到外部中断。将水银开关的两个引脚一端接 VCC,一端接 GND,这样的话,当摇棒向一边运动时 LED 按照程序编辑好的规律显示,而 向另一边运动时 LED 全灭,此时一个周期就会产生一个下跳沿的信号,信号传递给单片机 的 INT0 产生中断,对中断的数量计数,当计到 10 时便转换显示的图案,当依次显示完后 便回到初始状态进行循环。
由于人的视觉滞留时间长达 0.1s,所以在每显示完一列 LED 后加入一段合适的延时, 如 5ms,每个字之间加入延时如 15ms,这样,我们就能看到静态的稳定的字,并且每个字 之间是有空隙的。为了让字能够在空间的中部显示,在启动中断显示后延时一段合适的时 间,使棒在半圆轨迹的大约 1/4 处开始显示,这样看 到的字方向上才比较正。
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该摇摇棒具有如下功能: 1) 显示 “欢迎使用神奇魔幻摇摇棒!”; 2) 显示 心形图案; 3) 显示 “LOVE”; 4) 可以通过开关实现转换,轮流显示并循环。
三、PCB 制作工艺及流程
1、印制电路板的介绍 印制电路版(Printed Circuit Board,简称 PCB),它是以一定尺寸的绝缘板 为基材,以铜箔为导线,经特定工艺加工,用一层或若干层导电图形(铜箔的链接关系) 以及设计好的孔(如元件孔、机械安装孔、金属化过孔等)来实现元件间的电气连接关系, 它就像在纸上印刷上去似的,故得名印制电路板或称印刷线路板。在电子设备中,印制电 路板可以对各种元件提供必要的机械支撑,提供电路的电气连接并用标记符号把板上安装 的各个元件标注出来,以便于插件、检查及调试。 按照在一块板上导电图形的层数,印制电路板可分为一下三类。 1)单面板 指仅一面又导电图形的电路板,也称单面板。 2)双面板 指两面都有导电图形的电路板,也称双层板。其两面的导电图形之间的电连接通过过 孔来完成。 3)多层板 由交替的导电图形层及绝缘材料层叠压粘合而成的电路板。除电路板两个面有导电图 形外,内部还有一层或都多层相互绝缘的导电层,各层之间通过金属化过孔实现电气连接。 它主要应用于复杂的电路设计。
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基于 STC89C52 的 16LED 摇摇棒设计 一、作品摘要
摘要:本设计以 STC89C52 单片机为中央控制器,利用视觉暂留效果和单片机外部中 断技术,实现了在摇动过程中形成的扇形平面内清晰显示文字、字母、图像的 Led 显示棒 的制作。整套系统由中央控制模块、Led 显示模块、供电模块等部分组成。本设计实现了 设计要求显示的内容。 关键字:Led 视觉暂留 图案
七、系统调试与分析
主要测试单片机的工作情况,能否正常用 LED 显示出各图案,并且记录各图案持续的 时间和稳定显示度以及一个循环周期所用的时间。并且检查 LED 的发光亮度,使之可以明 显的分辩出来。
图案 欢迎使用神奇魔幻摇摇棒
心形 LOVE
稳定程序 稳定 稳定 稳定
经过测试,当摆动的幅度和速度适当时,各个画面均可以明显的显示出来。整体来说, 本方案设计比较成功。
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