(强烈推荐)旋转LED显示屏__毕业论文设计

摘要

旋转LED显示屏是利用机械转动动态扫描代替传统逐行扫描方式，是一种新型的显示屏，具有成本低，可视范围大的特点，是LED显示屏的一个新的发展方向。其实质就是与机械转动配合起来的动态扫描显示技术。主控芯片为AT89S52，以及电机模块，时间模块，温度模块，显示模块，速度模块等辅助组件而成。本次“旋转LED显示屏”的制作用于我的毕业论文，它提高我的实践能力和专研能力，激发我对学习兴趣，引导自主学习及培养创新能力、协作精神、工程实践素质。这次的设计利用高速旋转中控制LED的亮灭，进行字符的显示，温度的监控（主控DS18B20），简单图形的显示，速度控制（主控霍尔3144），以及控制器采用单片机，完成显示内容的传输、字库的转换、显示等功能。

关键词 AT89S52 霍尔3144 DS18B20

Abstract

Rotating LED display is the use of dynamic scanning to replace the traditional mechanical rotating progressive scanning, is a new display, low cost, the characteristics of visual range, LED display is a new development direction. Its essence is to match up with the mechanical rotation of dynamic scanning display technology.

Master chip AT89S52, and motor modules, the time module, the temperature module, display module, the speed module and other auxiliary components together. The "rotating LED display"production for my thesis, which improved my ability to practice research skills and expertise to stimulate my interest in learning, guided self-learning and foster innovation, team spirit, quality of engineering practice. The design of the control display, font conversion, display.

Keywords AT89S52 Hall 3144 DS18B20

目录

摘要 .................................................................. I Abstract ............................................................. II 第1章绪论 .. (1)

1.1 旋转时钟的发展背景 (1)

1.2 旋转时钟的特点 (1)

1.3 旋转时钟的发展趋势 (1)

1.4 新旧led社会调研 (2)

第2章系统的总体设计 (2)

2.1 方案可行性论证 (2)

2.1.1 需求分析 (2)

2.1.2 方案论证 (4)

2.2 关键技术与解决方案 (5)

2.3 系统总体方案 (6)

2.3.1 系统硬件构成 (7)

2.3.2 系统软件构成 (7)

2.4 本章小结 (8)

第3章系统的硬件 (9)

3.1单系统的主控单元构成 (9)

3.1.1 单片机AT89S52简介 (10)

3.1.2 主要功能及特点 (10)

3.1.3 管脚图管脚说明 (11)

3.1.4 复位电路 (13)

3.1.5 震荡电路 (14)

3.1.6 芯片擦除 (14)

3.2 显示单元部分 (15)

3.2.1 LED特性 (15)

3.2.2 9013三极管的特性及相关参数 (15)

3.3 测温部分 (16)

3.3.1 测温模块 (16)

3.3.2 DS18B20的主要特征有以下几点 (16)

3.3.3 DS18B20的工作原理 (16)

3.3.4 温度采集 (17)

3.4 单测速定位部分 (20)

3.5 电机的搭建和供电的设计 (22)

3.5.1 电机的配置 (22)

3.5.2 电刷的供电设计 (24)

3.6 本章小结 (25)

第4 章系统的软件部分 (24)

4.1 模拟表盘部分 (26)

4.2 模糊控制部分 (27)

4.3 本章小结 (28)

第5章取模工具介绍 (28)

第6章最后成果 (29)

第7章总结与展望 (29)

结束语 (30)

致谢 (31)

参考文献 (32)

附录Ⅰ (33)

附录Ⅱ (42)

附录III (43)

第1章绪论

1.1 旋转时钟的发展背景

现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。ED显示屏已广泛应用于广告、车站、银行、商场等公共场所。它具有功耗小、寿命长、色彩好等优点。现在的LED显示屏的发光器件主要采用LED平板模块，大型的LED 点阵的显示屏。它给我们日常生活中带来了方便和快捷。但是这种类型的显示屏有很大的弊病。新型的旋转式显示屏，克服了以上两个不足，以单排LED或双排LED转动的方式代替逐行扫描，成本大大降低，采用以少显多的方案来组成大型虚拟的LED点阵显示，其内容紧凑有条理，并且容易查找出LED失真的具体原因，很快捷的加以维修处理以及它可以和点阵一样显示原理。

如果你在网上用google搜索“POV LED”一词（POV即persistance of vision），会找到世界各地的各种LED 旋转屏的制作介绍。那些摇晃出的空中图案，漂浮在车轮上的动画，以及形态各异的时钟，一定给你留下深刻印象。

1.2 旋转时钟的特点

旋转时钟的主要特点就是结构新颖，效果奇特。加入了现代科技的元素，利用人眼的视觉暂留特性，用单片机作为主控芯片，采用电机带动发光二极管高速旋转，霍尔传感器进行定位，利用刷屏显示原理呈现时钟画面及DS18B20温度显示。造型及显示效果个性、新颖，解决了传

统时钟结构单一，显示效果固定的缺陷，更好了满足了人们对美的追求。

1.3 旋转时钟的发展趋势

现今人们家庭用的时钟主要还是传统意义上的时钟，固定的表盘与表针，显示效果单一，不能满足时钟不但用来看时间还是一件很好的装饰品的要求。随着科技的发展网络上出现了以DIY为主要形式的旋转时钟作品。

但是随着单片机技术、高亮发光二极管制造技术和高速稳定电机制造技术的发展，这种千奇百怪、创意无限的电子旋转时钟必将走进千家万户。

1.4 新旧led社会市场调研

据报导大型的LED点阵显示屏从06年开始在各大公共场合登陆舞台，到2010年占据了中国的绝大部分的市场。在市场中广泛流通的是传统型的显示屏。

普通小型的8*8点阵在市场报价：

普通稍大点3208点阵在市场报价：

可见成本成多倍增长。若大型广告显示屏，车站显示屏其可见成本

要远远大于实用成本，普通点阵用户花销费用巨大，不经济不实惠。

而新型的可旋转的LED显示屏，在国内几乎没有个人和企业应用。这个新生产业技术才刚刚起步，拥有巨大的市场发展潜力！它只需要几个发光LED，便可以实现虚拟大型的点阵显示屏。

普通发光二极管的市场报价：

普通LED贴片市场报价：

可见器件成本对比度十分的悬殊！时间就是金钱，成本就是效益！！

第2章系统的总体设计

2.1 方案可行性论证

2.1.1 需求分析

随着科技的发展和人们对创新事物和美感的追求，传统的固定的电子时钟无法满足现代人们的物质和文化生活的需要，必将被淘汰。这种新兴的，创意无限的，视觉效果好的创意电子旋转时钟必将越来越多的走进人们的生活。这种新兴的旋转时钟将会倍受人们的青睐，成为人们装饰、送人的首选佳品。

2.1.2 方案论证

旋转时钟是一种利用人眼的视觉惰性，让LED高速旋转形成LED屏，显示文字、数字及图形的LED屏显示的电子产品。主要构成：在AT89S52单片机的P0、P2口上接上16个贴片的LED；在分别用P1.0、P1.1和P1.2上接上一个三极管9013，分别用三极管驱动8个贴片LED，总共40个贴片。用霍尔传感器CS3144来测定转速，用DS18B20温度传感器来测温。采用取字模软件将字符和图案自动生成扫描码。系统采用两节3V电子供电，旋转由一个电机带动。

2.2 关键技术与解决方案

可旋转LED就是运用以少胜多的理念，把动起来的一排或多排LED抽象成一个巨大的点阵屏幕，是利用人们的视觉残留来实现显示图像数字的功能。

A：普通的点阵屏是利用刷屏的方式来显示东西的，例如：

图2-1点阵成像原理

它是随着不同频率的个点成像来达到成像，也就是说当画面以一定速率新时我们看到的就是一个完成的图像了。

B:新颖的可旋转的LED和老式的成像原理基本相近，举例说明：

一条由30个led组成的条形显示板：

当它转动的时候可形成一个复杂的圆形点阵：

图2-2 模拟点阵成像

由此可知一条发光LED板子转动可利用人的视觉残留留下一个虚拟的点阵显示屏。

整个设计的供电系统。电机供电旋转时钟系统有两个部分需要供电，一是底座上的电机，二是单片机系统。可选用分离供电，即一组电池提供单片机系统的电源（它必定随着电路板旋转，因此体积和重量需要尽量轻），另外一组固定在底座上的电池为电机提供电源。可以使用同一个电源，但是需要处理电力的传递问题，可通过电刷方式。在电机的转轴上安装绝缘的塑料皮和一个外加导电铁皮，铁皮固定到电路板上，电机转动带动板子，在导电铁皮的旁边设置电刷，可供应电路板的正常用电。而整个的电机控制转速可以采用霍尔芯片来测定它的转动过程。

2.3 系统总体方案

系统总体分为软件部分和硬件部分两部分构成。

硬件部分由主控芯片部分、测速定位部分、温度测试部分、信息采集传输部分、显示部分、电机部分组成。总体框图如下：

图2-3 系统总体框图

2.3.1 系统的硬件构成

系统的硬件部分主要有单片机（AT89系列）及其最小系统，霍尔传感器（CS3144）测速定位系统DS18B20数字温度传感器测温系统及LED显示部分组成。

单片机是系统的核心，是系统的主控单元。单片机及其构成的最小系统单元控制系统信息的采集，及测速定位系统的各项数据，来调节系统。霍尔传感器是用来测定电机转速，根据转速来定扫描时间。LED显示部分是通过电机带动高速旋转利用人眼的视觉暂留特性来呈现时钟画面。

图2-4 系统硬件图

2.3.2 系统的软件构成

利用层次图来表示系统中各模块之间的关系。层次方框图是用树形结构的一系列多层次的矩形框描绘数据的层次结构。顶层是一个单独的矩形框，代表完整的数据结构，下面的各层矩形框代表各个数据的子集，最底层的各个矩形框代表组成这个数据的实际数据元素（不能再分割的元素）。随着结构的精细化，层次方框图对数据结构也描绘得越来越详细，这种模式非常适合于需求分析阶段的需要。

本系统一共分为LED显示、时钟调整、红外控制、温度控制、电机控制五大模块，每个模块之间虽然在表面上是相互独立的，但是对整个系统是紧密相连的。每个模块的功能都是按照在调研中搜集的资料进行编排制作具体详细程序见附录Ⅰ。

图2-5 系统软件图

2.4 本章小结

经过长达2周的时间，确定了我的毕业设计的基本制作方向选定了制作的基本器件在考虑性能价格比的前提下,在本次设计中我选择最容易实现产品的指标的几种仿真器件如下：

（1）、主机：Intel（R）coteTM2 Duo PC机，伟福仿真器；

（2）、主控芯片：兼容MCS-51系列中的89S52系列芯片；

（3）、时钟芯片：DS1302芯片；

（4）、转速调整芯片：3144霍尔传感；

（5）、 LED数码管或LED贴片；

（6）、稳定电机；

（7）、红外控制（可选）；

（8）、温度传感器：用数字温度传感器DS18B20组成一个温度检测电路（可选）；

深入的了解我的设计的整体思路为以后软硬件的搭建开创了先河。

第3 章系统的硬件

3.1 系统的主控单元构成

系统的主控单元由AT89S52及其最小工作系统构成，主要功能是控制系统的总体，是系统的核心，相当于系统的大脑和心脏。其电路图如下：

系统的整体电路图如下：

图3-1系统总体电路图

3.1.1 单片机AT89S52简介

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，

与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

图3-2系统主控单元

3.1.2 主要功能及特性

AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位IO 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直

到下一个中断或硬件复位为止。

● 与MCS-51单片机产品兼容

● 8K字节在系统可编程Flash存储器● 1000次擦写周期

● 全静态操作：0Hz～33Hz

● 三级加密程序存储器

● 32个可编程IO口线

● 三个16位定时器计数器

● 八个中断源

● 全双工UART串行通道

● 低功耗空闲和掉电模式

● 掉电后中断可唤醒

● 看门狗定时器

● 双数据指针

● 掉电标识符

3.1.3 管脚图管脚说明

图3-3 AT89S52引脚图

VCC：供电电压。

GND：接地。

P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向IO口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向IO 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（I IL）。此外，P1.0和P1.2

分别作定时器计数器2的外部计数输入（P1.0T2）和时器计数器2的触发输入（P1.1T2EX），具体如表3-1所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

表3-1 P1口的第二功能

引脚号第二功能

P1.0 T2（定时器计数器T2的外部计数输入），时钟输出

P1.1 T2EX（定时器计数器T2的捕捉重载触发信号和方向控制）

P1.5 MOSI（在系统编程用）

P1.6 MISO（在系统编程用）

P1.7 SCK（在系统编程用）

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8 位双向IO口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向IO口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口作为AT89C51的一些特殊功能口，如表3-2所示：

表3-2 P3口的特殊功能

口管脚备选功能