POV LED 论文

2015年吉林建筑大学电子设计竞赛

线阵LED图文显示装置（E）

【本科组】

2015年5月27日

摘要

随着社会的发展，能源短缺紧张问题日益严重，电热水器、饮水机、电饭煲之类的家用电器在保温时，由于简单的温度控制系统，因而都会造成很大的能源浪费。因此，能源问题也成为最热门的话题，也是我们急需解决的。那我们从节省能源，保护环境出发，设计出本水温加热控制系统。为了完成对水温控制系统的设计，本文介绍了基于STC89C52的自动水温控制系统的设计及实现过程。该系统利用STC89C52组成最小系统，利用DS18B20组成实时测温系统，用固态继电器控制加热系统，且通过自制水位器精确的测出水位。该系统具有实时显示温度和水位、温度测量准确、温度设定灵活并能根据设定值对水的温度进行调节和控温的目的以及达到上限水位的报警功能。水温实时控制由继电器电热棒进行升温。显示部分由“人机交互界面”的12864液晶显示，增加可读性。该系统具备较高的测量精度，能较好的完成设计要求。

关键字：STC89C52固态继电器 DS18B20 自制水位器液晶显示

目录

一、作品说明 (2)

二、系统总体设计 (4)

三、硬件设计 (6)

四、软件设计 (7)

五、系统调试与分析 (8)

六、课程作品制作体会 (11)

线阵LED图文显示装置（E）

【本科组】

一、系统设计方案

1.1、总体方案比较与论证

线阵LED，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，由独立按键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：

1.2、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。将开关的两个引脚一端接VCC，一端接GND，这样的话，当线阵LED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nINT0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。

（2）亮度自动调节电路设计

通过采用TI公司的芯片TLC555与光敏电阻搭建电路。用TLC555、电容、电位器组成振荡电路产生稳定的PWM波输出。而光敏电阻的变化引起输出PWM 波占空比的变化，从而改变显示亮度，实现亮度随外界环境变化而自动调节，亮度自动调节电路图见附图三。

（3）起始标志杆检测电路设计

本电路采用霍尔传感器采集数据并检测标志杆，把霍尔传感器固定到旋转平台，一块小磁铁固定到标志杆上，并与霍尔传感器水平一条线放置。当旋转平台边缘上网霍尔传感器经过标志位的小磁铁时，传感器感应到磁场发生变化，同时产生输出电压脉冲，并将此脉冲送入单片机。起始标志杆检测电路图见附图四。

二、系统设计

2.1.1系统理论分析

主控芯片的理论分析

经过对此系统的设计，我们重点分析了俩种控制芯片：

方案一：采用凌阳公司的16位单片机。它是16位控制器，具有体积小、驱动能力强、可靠性高、功耗低、结构简单具有语音处理、运算速度快等优点，但考虑到我们小组对这个方案采用的微处理器并不熟悉，使用起来并不是很方便，这对于硬件电路的设计和软件编程增加了难度。

方案二：采用STC89C52单片机作为主控芯片。STC89C52是一个超低功耗，高性能的51内核的CMOS 8位单片机，片内含8kB空间的可反复擦写1000次的Flash只读存储器，具有512bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO 口，两个16位可编程定时计数器。且该系列的51单片机支持串口下载和串口调试。

综合考虑我们选择了方案二。

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 C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 变压器并配合无线开关使用。输出显示模块采用16个LED 灯，在版上一字排开。

2.1.2 电机的比较与选择

方案一：采用步进电机来带动旋转平台，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的控制元件，使得在速度、位置等控制领域用步进电机变的非常简单。故不选择。

方案二：运用直流电机带动旋转平台，直流动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广泛。

由于步进电机转速不易调整，而直流电机机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广、维护方便，满足题目要求，所以我们选择直流电机带动旋转平台。

2.1.3 电机驱动电路比较与选择

方案一：中功率三级管直接搭建。在电机驱动要求不高的地方可以由三极管直接搭建一个驱动电路，使用三级关搭建的电机驱动电路电路简单，但功率和性能一般。对输入信号要求较高，输出性能只能满足一般要求。

方案二：使用单片机MSP430G2553 控制电机驱动芯片L298N 。L298N 的驱动能力强，输入电压可变化范围大，是一块专用直流电机驱动芯片。其各项性能都较好，但价格较高，在电机要求驱动器较高的地方使用较佳。

在该系统中，带动旋转平台的直流电机使用L298N 驱动模块，很容易实现对电机较稳的控制，故采用方案二。

2.1.4 亮度自动调节电路比较与选择

方案一：采用线性较好的光敏电阻，将光敏电阻串入控制电路的输出端再接入线阵LED 灯，当光亮度变化时即可改变电流大小，从而达到亮暗调节。但是电路不稳定，故不采取此方案。

方案二:采用光敏电阻与TLC555搭建电路。用TLC555、电容、电位器组成振荡电路产生稳定的PWM 波输出。而光敏电阻的变化引起输出PWM 波占空比的变化，从而改变显示亮度。电路简单，且易于控制，因此选定此方案作为环境亮度变化调节电路。

2.2 理论分析与参数计算

2.2.1 线状点阵LED 驱动参数分析与计算

该线状点阵中LED 驱动方法为普通的LED 与电阻串联的方式来驱动点亮LED ，该限流电阻计算公式如下：

IF

VF Vcc LED LED -=-=工作电流正向稳定电压电源电压限流电阻 根据设计要求，V Vcc 3.3=，V VF 2.1=，mA IF 20=可求得限流电阻：

Ω=-=105202.13.3mA

V V R