旋转led显示屏设计与实现
摘 要本次设计的是一个旋转式的LED显示屏，它以51系列单片机为核心，根据人类的视觉暂留原理来设计的。整个系统分为四个模块来设计，系统供电模块、控制模块、显示模块和传感器模块。其中，系统供电模块是采用无线供电的方式，它是利用电磁场和线圈之间的耦合再经过整流滤波，来给系统供电的。传感器模块的主要元件为红外收发二极管，当接收二极管随旋转显示屏转到发射二极管的对面，两者既可完成信号的收发，从而引起单片机外部中断，也可以让单片机控制程序初始化。LED显示模块的设计思路是：LED正端接电源，负端经过限流电阻接单片机的IO口。从CPU的IO口带载的能力方面选择，LED的灌电流一般都比拉电流大，所以采用负端控制LED，让它能够给系统提供更大的驱动力。控制器模块的主要元件为STC12C5A32S2 单片机，之所以选用此单片机是因为它的功耗低，性能高而且抗干扰能力超强。本设计用pc2002软件给要显示的文字取模，再由STC-ISP软件将其烧录至单片机，人们就能看到显示出预设的文字，图案等。
目 录
第一章 绪论 1
第二章 方案选择 2
第二章 方案选择 2
2.1系统供电方案 2
2.2 LED驱动分析 3
2.3电机选型分析 3
第三章 系统设计 4
3.1系统设计目标 4
3.1.1旋转扫描的原理 4
3.1.2运动状态归纳 8
3.2总体设计思路 10
3.2.1显示模块 10
3.2.2控制器模块 10
3.2.3传感器模块 11
3.2.4电源模块 11
第四章 旋转LED显示屏硬件电路设计 12
4.1 旋转LED显示屏底座电路 12
4.1.1 供电部分设计 12
4.1.2电机驱动电路设计 13
4.1.3红外遥控接收电路 13
4.1.4无线供电发射电路 14
4.1.5 单片机最小系统 14
4.2 旋转LED显示屏旋转体部分电路 15
4.2.1 无线供电接收电路 15
4.2.2 时钟控制
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
电路 15
4.2.3 LED显示电路 15
第五章 旋转LED显示屏程序设计 17
5.1 系统编程语言 17
5.2 软件总体设计 17
第六章 电路的焊接及系统调试 23
6.1电路焊接 23
6.2系统调试 23
6.2.1 LED电路调试 23
6.2.2 RTC时钟电路调试 24
第七章 旋转LED显示屏设计总结 25
致 谢 26
参考文献： 27
附录一 源程序 28
附录二 芯片资料 46
第一章 绪论
19世纪到现在，电子技术领域获得了惊人的进展，尤其是最近的40年来，电子技术行业迅猛发展，推动了工业、农业甚至是国防领域发生了重大变革，也为技术进步打下了坚实的基础。
旋转LED显示屏是一种新型显示屏，它具备了传统LED不具备的很多优势，它的成本大大降低，而且360度可视也使它非常适用于像大厅，休息室等场合，如果能较好的解决显示屏的亮度问题，它将会有更广阔的发展空间，例如，可将其安放在广告塔，楼顶等场合。
本文中所设计的旋转LED显示屏以STC12C5A32S2 单片机为核心控制原件，最大程度的利用单片机芯片功能，它与LED驱动芯片紧密配合，并在无线收发芯片的控制下，实现显示图像，文字的功能。
本文分为七个章节，比较详细的说明了旋转LED显示屏的显示原理，设计的方法和设计的流程。从第二章开始，逐个对旋转LED的整体设计方案、旋转LED使用到的主要芯片、系统的硬件设计思路、系统的软件设计思路及开发平台做比较详细的介绍。
第二章 方案选择
2.1系统供电方案
本设计的电路分为上下两个部分由底座的电机带动上部分的LED控制电路高速稳定的旋转。因为上下两个部分很难保持相对静止所以，如果使用传统的导线对其供电，导线很有可能会缠绕在电机的转轴上使其无法正常旋转。所以，采用何种方法实现对旋转体进行供电是本设计的重点之一，经过查阅有关资料并参考相关的设计了解到，旋转体供电方式主要有以下三种：
方案一：使用电池为系统供电。此方案指将一个蓄电池直接固定在电路板上，由蓄电池直接为系统供电。这种供电方法有明显的优点即供电电路简单，但是也有两个问题需要考虑在内。第一，电池的电量是有限的，而且LED的耗电比较大所以依靠电池供电很难让系统长时间的运行；第二，为了安全起见，电池需固定在电路板上，但等到电池电量用完，电池的更换就比较麻烦了。但若因此不将电池固定在电路板上，当电机带动电路板转动，电池很可能会被甩出去，这样非常不安全。所以不采用此方法。
方案二：使用电刷为系统供电。这种方法实现长时间供电，它实际上就是将一个电刷固定在电机的旋转轴上，由电刷为系统供电，但电刷也增加了摩擦力，所以系统的功耗也上去了。所以不采用此方法。
方案三：使用无线供电。无线供电是一种新兴的供电方式，它是利用电磁场和线圈之间的耦合来进行电能的传输，它的优点是无噪声也没有摩擦，而且传输无定向性，它的缺点是电路设计相对复杂，而且能量转换效率较低。综合考虑本设计对电源的需求，采用无线供电方案，系统电源框图见图21。
图21 系统电源框图
2.2 LED驱动分析
LED的驱动方案主要有两种：
方案一：IO口直接驱动。因为LED的额定电流不高，所以可以直接用单片机的IO口串联限流电阻来点亮LED。它的优点是电路结构简单，程序简单，刷新速度快。缺点是每颗LED都要占用一个独立的IO浪费单片机的资源。
方案二：使用锁存器。锁存器是一种对脉冲电平非常敏感的存储电路，它可以实现在特定的输入的脉冲电平的作用下改变状态，锁存器完成对数据进行缓存，这可以大大减小对IO口的占用，但是电路相对复杂。
本设计最终采用方案一，使用IO口直接驱动LED。?
2.3电机选型分析
比较常见的电动机有交流电动机，直流电动机。根据设计要求，本设计采用直流电动机。
而直流电动机又可以分为有刷式直流电动机，无刷式电动机和步进电动机等。
有刷式直流电动机使用方便，它内置换向器实现电流的换向使其可以高速旋转，其驱动电路设计也相对简单。
无刷式的直流电动机类似与交流电动机，它通常由调速电路和霍尔式位置检测电路组成。它的优点是没有电刷，所以摩擦小，而且转速高，但是驱动电路较为复杂，不方便本设计使用。
步进电动机可以实现对电机的位置进行准确的控制，这可以实现LED位置高精度的要求，但是步进电动机的转速通常比较慢，而且需要严格的时序电路控制，在高速旋转时很容易产生丢拍现象。
目 录
第一章 绪论 1
第二章 方案选择 2
第二章 方案选择 2
2.1系统供电方案 2
2.2 LED驱动分析 3
2.3电机选型分析 3
第三章 系统设计 4
3.1系统设计目标 4
3.1.1旋转扫描的原理 4
3.1.2运动状态归纳 8
3.2总体设计思路 10
3.2.1显示模块 10
3.2.2控制器模块 10
3.2.3传感器模块 11
3.2.4电源模块 11
第四章 旋转LED显示屏硬件电路设计 12
4.1 旋转LED显示屏底座电路 12
4.1.1 供电部分设计 12
4.1.2电机驱动电路设计 13
4.1.3红外遥控接收电路 13
4.1.4无线供电发射电路 14
4.1.5 单片机最小系统 14
4.2 旋转LED显示屏旋转体部分电路 15
4.2.1 无线供电接收电路 15
4.2.2 时钟控制
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
电路 15
4.2.3 LED显示电路 15
第五章 旋转LED显示屏程序设计 17
5.1 系统编程语言 17
5.2 软件总体设计 17
第六章 电路的焊接及系统调试 23
6.1电路焊接 23
6.2系统调试 23
6.2.1 LED电路调试 23
6.2.2 RTC时钟电路调试 24
第七章 旋转LED显示屏设计总结 25
致 谢 26
参考文献： 27
附录一 源程序 28
附录二 芯片资料 46
第一章 绪论
19世纪到现在，电子技术领域获得了惊人的进展，尤其是最近的40年来，电子技术行业迅猛发展，推动了工业、农业甚至是国防领域发生了重大变革，也为技术进步打下了坚实的基础。
旋转LED显示屏是一种新型显示屏，它具备了传统LED不具备的很多优势，它的成本大大降低，而且360度可视也使它非常适用于像大厅，休息室等场合，如果能较好的解决显示屏的亮度问题，它将会有更广阔的发展空间，例如，可将其安放在广告塔，楼顶等场合。
本文中所设计的旋转LED显示屏以STC12C5A32S2 单片机为核心控制原件，最大程度的利用单片机芯片功能，它与LED驱动芯片紧密配合，并在无线收发芯片的控制下，实现显示图像，文字的功能。
本文分为七个章节，比较详细的说明了旋转LED显示屏的显示原理，设计的方法和设计的流程。从第二章开始，逐个对旋转LED的整体设计方案、旋转LED使用到的主要芯片、系统的硬件设计思路、系统的软件设计思路及开发平台做比较详细的介绍。
第二章 方案选择
2.1系统供电方案
本设计的电路分为上下两个部分由底座的电机带动上部分的LED控制电路高速稳定的旋转。因为上下两个部分很难保持相对静止所以，如果使用传统的导线对其供电，导线很有可能会缠绕在电机的转轴上使其无法正常旋转。所以，采用何种方法实现对旋转体进行供电是本设计的重点之一，经过查阅有关资料并参考相关的设计了解到，旋转体供电方式主要有以下三种：
方案一：使用电池为系统供电。此方案指将一个蓄电池直接固定在电路板上，由蓄电池直接为系统供电。这种供电方法有明显的优点即供电电路简单，但是也有两个问题需要考虑在内。第一，电池的电量是有限的，而且LED的耗电比较大所以依靠电池供电很难让系统长时间的运行；第二，为了安全起见，电池需固定在电路板上，但等到电池电量用完，电池的更换就比较麻烦了。但若因此不将电池固定在电路板上，当电机带动电路板转动，电池很可能会被甩出去，这样非常不安全。所以不采用此方法。
方案二：使用电刷为系统供电。这种方法实现长时间供电，它实际上就是将一个电刷固定在电机的旋转轴上，由电刷为系统供电，但电刷也增加了摩擦力，所以系统的功耗也上去了。所以不采用此方法。
方案三：使用无线供电。无线供电是一种新兴的供电方式，它是利用电磁场和线圈之间的耦合来进行电能的传输，它的优点是无噪声也没有摩擦，而且传输无定向性，它的缺点是电路设计相对复杂，而且能量转换效率较低。综合考虑本设计对电源的需求，采用无线供电方案，系统电源框图见图21。
图21 系统电源框图
2.2 LED驱动分析
LED的驱动方案主要有两种：
方案一：IO口直接驱动。因为LED的额定电流不高，所以可以直接用单片机的IO口串联限流电阻来点亮LED。它的优点是电路结构简单，程序简单，刷新速度快。缺点是每颗LED都要占用一个独立的IO浪费单片机的资源。
方案二：使用锁存器。锁存器是一种对脉冲电平非常敏感的存储电路，它可以实现在特定的输入的脉冲电平的作用下改变状态，锁存器完成对数据进行缓存，这可以大大减小对IO口的占用，但是电路相对复杂。
本设计最终采用方案一，使用IO口直接驱动LED。?
2.3电机选型分析
比较常见的电动机有交流电动机，直流电动机。根据设计要求，本设计采用直流电动机。
而直流电动机又可以分为有刷式直流电动机，无刷式电动机和步进电动机等。
有刷式直流电动机使用方便，它内置换向器实现电流的换向使其可以高速旋转，其驱动电路设计也相对简单。
无刷式的直流电动机类似与交流电动机，它通常由调速电路和霍尔式位置检测电路组成。它的优点是没有电刷，所以摩擦小，而且转速高，但是驱动电路较为复杂，不方便本设计使用。
步进电动机可以实现对电机的位置进行准确的控制，这可以实现LED位置高精度的要求，但是步进电动机的转速通常比较慢，而且需要严格的时序电路控制，在高速旋转时很容易产生丢拍现象。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/1549.html
