基于单片机的LED旋转时钟设计电气及其自动化工程
基于单片机的LED旋转时钟设计电气及其自动化工程[20200410140022]
摘要
当今社会是一个知识爆炸的社会。新的产品、新的技术不断涌现，电子技术的发展则更快。可以这么说，电子技术的应用是无处不在的，我们的生活不断地被电子技术改变着，它也改变着我们所认识的世界。近几年来，随着电子科技的发展，人们对电子时钟的要求也越来越高，不仅要求高，而且还要讲究有创意，有新奇点。所以本次设计一款既能满足人们的基本要求，又能满足对人们对创意的要求时钟装置，它就是LED旋转时钟。
本次设计采用一排贴片LED流水灯来制作led旋转屏，当它高速旋转的时候，再利用视觉残留的效应，视觉残留效应的原理：人眼在看东西时，光信号传到大脑神经，需要经过一段很短的时间，但光的作用结束后，视觉成像并不会立即消失，这个残留的视觉在学术上称为“后像”，也就是人们俗称的“视觉暂留”。如电影的拍摄和放映就用到这个原理。由于神经的反应速度慢所造成的，其时值只有二十四分之一秒。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的重要原理之一。在本次设计中使图案看起来有悬浮于空中的透明效果，能显示字符，汉字，甚至图案，非常吸引人们的目光。另外还有单片机的控制，它就成了一款独特的时钟。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:单片机电源管理红外接收光电门LED灯
目录
前 言 1
1 .总体方案设计 3
1.1系统框图 3
1.2系统功能介绍 3
1.3计时控制方案 4
1.4显示控制方案 4
1.5遥控控制方案 4
1.6软件总体设计方案 5
2．硬件设计 6
2.1单片机的介绍 6
2.1.1单片机STC12C5A60S2 6
2.1.2 STC12C5A60S2单片机引脚说明 6
2.1.2 DS1302时钟芯片 7
2.1.3 74HC595移位寄存器 8
2.2单片机I/O口资源分配 10
2.3单片机的附属电路 10
2.3.1振荡电路 10
2.3.2复位电路 11
2.4同步设计 11
2.5红外遥控设计 12
2.5.1红外接收部分 12
2.5.2红外发射部分 14
2.6 LED旋转屏的分辨率 14
3．软件设计 16
3.1系统主程序设计 16
3.2红外遥控程序设计 17
4系统调试 18
4.1硬件存在的两大问题 18
4.1.1供电问题 18
4.1.2平衡问题 19
4.2在Keil中的调试 19
5.结论 21
参考文献 22
附录A硬件原理图 23
附录B 材料清单 24
附录C C语言程序 26
致 谢 107
绪 论
现在的计算机系统有着，巨大的，整体的，网络的三个方向。科学的发展是不断提高计算速度和处理能力的计算机，为了解决计算复杂系统的高速数据处理，如系统仿真，实时计算和处理，从而发明了单片机。单片化是把计算机系统尽量放在一个半导体芯片上，主要目的是提升系统的可靠性和把计算机微型化，这种单片计算芯片简称单片机。在这一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术数见不鲜，电子技术的成长更是突飞猛进。当今社会，单片机应用是无处不在的，它渗透在我们生活中，我们使用的产品中，也逐渐的改变着我们的世界观。近几年来，随着电子科技的发展，人们对时钟的要求越来越高。为了吸引人们的眼球，满足人们的要求，有创意的时钟装置变得越来越有市场，与普通的时钟相比，LED旋转时钟既能满足了人们的基本需求，又能够满足人们对创新的要求。这说明单片机应用在国内有着可观的未来市场。然而对于学习自动化控制专业的我们来讲，单片机原理及其应用是我们必须掌握的。
单片机经过30年的发展，已经形成了一个完整的体系，各种各样型号，功能及体积的大小，用户的可选择的范围很大。以下为读者简单介绍一下当前单片机的市场。
单片机应用十分广泛，像在工业、家电、智能化仪器、计算机的外部设备，尤其是机电一体化的设备中，都有着很重要的用途。其主要的用途可以分为：
（1）显示：单片机控制发光二极管或液晶显示的发光，来显示所要的内容。
（2）电气控制：通过单片机控制物体的运动。
（3）检测：采用单片机和传感器结合使用，用以检测所要检测的东西或内容
（4）沟通：通过RS-232串行通信和USB通信，让数据或信号得以传输。
（5）科学计算：用来实现简单的算法。
然后，单片机是应用的唯一的选择吗？当然不。目前，在自动控制领域，一般有三种选择，这是嵌入式计算机，DSP和单片机。
但单片机价格便宜，从几元到几十元人民币不等。这主要是因为这类芯片的生产以及技术已经相当成熟。
其次，它的体积比以上3种选择小得多。单片机一般情况用40个引脚进行封装，一些的单片机功能多的其引脚也就多一些，如有些单片机有68个引脚，有的只有10多个，甚至有的只有8个引脚。
本次制作led旋转时钟我们所使用的单片机的是型号STC12C5A60S2，是STC生产的单片机，具有高速、低功耗、超强抗干扰等特点的新一代8051单片机，其指令码与传统8051兼容，但它的速度是8-12倍的。内部整合MAX810专用复位路2路8路PWM，10位高速A/D转换。
1 .总体方案设计
1.1系统框图
按照要求，要用到芯片STC12C5A60S2，LED灯，同步光电门，红外接收器，电源等来制作led旋转时钟。如图1.1所示
图1.1 系统框图
1.2系统功能介绍
Led旋转时钟由一排LED灯通过旋转来完成的，但一般需要一个大于12X16的点阵才能显示中文字符，也就意味着至少要12个LED。Led的数量越多，点阵的垂直分辨率就越高。LED的数量受到I / O和视觉效果等方面的限制，考虑综合因素，本次使用33个LED，3组的I / O，用74HC595芯片扩展I/O口。33个LED旋转所形成分辨率大约为33X100，然而显示汉字只要用到16X12的点阵，显示ASCII码时只用到5X8的点整，也就是说33个LED完全够用，其视觉效果也达到最佳（如图1.2）。
图1.2 LED流水灯
其主要功能有：当33 LED旋转时要显示当前的时间，星期；可以转换3种时钟模式，也能显示中英文，静态、动态图案以及数字。
1.3计时控制方案
利用单片机内部的定时器/计数器定时，以辅助软件自身的延迟来实现倒计时。此方法最合适，方便，也最节省制作成本。
1.4显示控制方案
LED旋转形成点阵屏，例如一个 33*33点阵，显示的原理是对其进行行扫描或列扫描，因为其速度极快，人的眼睛会产生视觉残留，从而看到形成的文字，扫描显示法的实质是只有一列LED发光，从左往右或从右往左依次进行，LED旋转时钟就是利用这个特点，只用到一列LED，通过LED旋转的位置的改变来模仿点阵的行列扫描，而在电路的设计上，LED旋转屏与led点阵屏的原理几乎是一样的。
LED旋转屏可分为平面型和圆柱型。然而圆柱型显示时可能会使字符变形，而且显示的字符是立体的，不方便观看，所以与本次设计的要求不符，而平面型则没有这些问题，所以本次设计是用平面型的LED旋转屏。
1.5遥控控制方案
LED旋转电子时钟运行时是没法用按键对单片机进行调控的，但又要对它的功能进行控制，所以只能采用无线遥控的方法，无线遥控效果好，应用广泛，其中红外遥控最为简单方便，在市场上也很容易买到，省去了中间的制造麻烦，所以本次设计使用红外遥控。红外遥控分为接收端和发射端，接收端则为一体化红外接收头，其型号为VS1838b，它能捕捉空间的红外信号，价格便宜，操作简单，接受信号能力强。本次进行红外解码的是使用单片机的外部中断1来实现的，如图1.3所示。
图1.3 一体化红外接收头VS1838b
此一体化红外接收头对比其它的红外接收头体型小很多，而且特点有：
（1）低电压工作；
（2）内置专用IC；
（3）能抵御环境光线干扰；
（4）抗干扰能力强；
（5）宽角度及长距离接收；
（6）小型设计。
1.6软件总体设计方案
摘要
当今社会是一个知识爆炸的社会。新的产品、新的技术不断涌现，电子技术的发展则更快。可以这么说，电子技术的应用是无处不在的，我们的生活不断地被电子技术改变着，它也改变着我们所认识的世界。近几年来，随着电子科技的发展，人们对电子时钟的要求也越来越高，不仅要求高，而且还要讲究有创意，有新奇点。所以本次设计一款既能满足人们的基本要求，又能满足对人们对创意的要求时钟装置，它就是LED旋转时钟。
本次设计采用一排贴片LED流水灯来制作led旋转屏，当它高速旋转的时候，再利用视觉残留的效应，视觉残留效应的原理：人眼在看东西时，光信号传到大脑神经，需要经过一段很短的时间，但光的作用结束后，视觉成像并不会立即消失，这个残留的视觉在学术上称为“后像”，也就是人们俗称的“视觉暂留”。如电影的拍摄和放映就用到这个原理。由于神经的反应速度慢所造成的，其时值只有二十四分之一秒。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的重要原理之一。在本次设计中使图案看起来有悬浮于空中的透明效果，能显示字符，汉字，甚至图案，非常吸引人们的目光。另外还有单片机的控制，它就成了一款独特的时钟。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:单片机电源管理红外接收光电门LED灯
目录
前 言 1
1 .总体方案设计 3
1.1系统框图 3
1.2系统功能介绍 3
1.3计时控制方案 4
1.4显示控制方案 4
1.5遥控控制方案 4
1.6软件总体设计方案 5
2．硬件设计 6
2.1单片机的介绍 6
2.1.1单片机STC12C5A60S2 6
2.1.2 STC12C5A60S2单片机引脚说明 6
2.1.2 DS1302时钟芯片 7
2.1.3 74HC595移位寄存器 8
2.2单片机I/O口资源分配 10
2.3单片机的附属电路 10
2.3.1振荡电路 10
2.3.2复位电路 11
2.4同步设计 11
2.5红外遥控设计 12
2.5.1红外接收部分 12
2.5.2红外发射部分 14
2.6 LED旋转屏的分辨率 14
3．软件设计 16
3.1系统主程序设计 16
3.2红外遥控程序设计 17
4系统调试 18
4.1硬件存在的两大问题 18
4.1.1供电问题 18
4.1.2平衡问题 19
4.2在Keil中的调试 19
5.结论 21
参考文献 22
附录A硬件原理图 23
附录B 材料清单 24
附录C C语言程序 26
致 谢 107
绪 论
现在的计算机系统有着，巨大的，整体的，网络的三个方向。科学的发展是不断提高计算速度和处理能力的计算机，为了解决计算复杂系统的高速数据处理，如系统仿真，实时计算和处理，从而发明了单片机。单片化是把计算机系统尽量放在一个半导体芯片上，主要目的是提升系统的可靠性和把计算机微型化，这种单片计算芯片简称单片机。在这一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术数见不鲜，电子技术的成长更是突飞猛进。当今社会，单片机应用是无处不在的，它渗透在我们生活中，我们使用的产品中，也逐渐的改变着我们的世界观。近几年来，随着电子科技的发展，人们对时钟的要求越来越高。为了吸引人们的眼球，满足人们的要求，有创意的时钟装置变得越来越有市场，与普通的时钟相比，LED旋转时钟既能满足了人们的基本需求，又能够满足人们对创新的要求。这说明单片机应用在国内有着可观的未来市场。然而对于学习自动化控制专业的我们来讲，单片机原理及其应用是我们必须掌握的。
单片机经过30年的发展，已经形成了一个完整的体系，各种各样型号，功能及体积的大小，用户的可选择的范围很大。以下为读者简单介绍一下当前单片机的市场。
单片机应用十分广泛，像在工业、家电、智能化仪器、计算机的外部设备，尤其是机电一体化的设备中，都有着很重要的用途。其主要的用途可以分为：
（1）显示：单片机控制发光二极管或液晶显示的发光，来显示所要的内容。
（2）电气控制：通过单片机控制物体的运动。
（3）检测：采用单片机和传感器结合使用，用以检测所要检测的东西或内容
（4）沟通：通过RS-232串行通信和USB通信，让数据或信号得以传输。
（5）科学计算：用来实现简单的算法。
然后，单片机是应用的唯一的选择吗？当然不。目前，在自动控制领域，一般有三种选择，这是嵌入式计算机，DSP和单片机。
但单片机价格便宜，从几元到几十元人民币不等。这主要是因为这类芯片的生产以及技术已经相当成熟。
其次，它的体积比以上3种选择小得多。单片机一般情况用40个引脚进行封装，一些的单片机功能多的其引脚也就多一些，如有些单片机有68个引脚，有的只有10多个，甚至有的只有8个引脚。
本次制作led旋转时钟我们所使用的单片机的是型号STC12C5A60S2，是STC生产的单片机，具有高速、低功耗、超强抗干扰等特点的新一代8051单片机，其指令码与传统8051兼容，但它的速度是8-12倍的。内部整合MAX810专用复位路2路8路PWM，10位高速A/D转换。
1 .总体方案设计
1.1系统框图
按照要求，要用到芯片STC12C5A60S2，LED灯，同步光电门，红外接收器，电源等来制作led旋转时钟。如图1.1所示
图1.1 系统框图
1.2系统功能介绍
Led旋转时钟由一排LED灯通过旋转来完成的，但一般需要一个大于12X16的点阵才能显示中文字符，也就意味着至少要12个LED。Led的数量越多，点阵的垂直分辨率就越高。LED的数量受到I / O和视觉效果等方面的限制，考虑综合因素，本次使用33个LED，3组的I / O，用74HC595芯片扩展I/O口。33个LED旋转所形成分辨率大约为33X100，然而显示汉字只要用到16X12的点阵，显示ASCII码时只用到5X8的点整，也就是说33个LED完全够用，其视觉效果也达到最佳（如图1.2）。
图1.2 LED流水灯
其主要功能有：当33 LED旋转时要显示当前的时间，星期；可以转换3种时钟模式，也能显示中英文，静态、动态图案以及数字。
1.3计时控制方案
利用单片机内部的定时器/计数器定时，以辅助软件自身的延迟来实现倒计时。此方法最合适，方便，也最节省制作成本。
1.4显示控制方案
LED旋转形成点阵屏，例如一个 33*33点阵，显示的原理是对其进行行扫描或列扫描，因为其速度极快，人的眼睛会产生视觉残留，从而看到形成的文字，扫描显示法的实质是只有一列LED发光，从左往右或从右往左依次进行，LED旋转时钟就是利用这个特点，只用到一列LED，通过LED旋转的位置的改变来模仿点阵的行列扫描，而在电路的设计上，LED旋转屏与led点阵屏的原理几乎是一样的。
LED旋转屏可分为平面型和圆柱型。然而圆柱型显示时可能会使字符变形，而且显示的字符是立体的，不方便观看，所以与本次设计的要求不符，而平面型则没有这些问题，所以本次设计是用平面型的LED旋转屏。
1.5遥控控制方案
LED旋转电子时钟运行时是没法用按键对单片机进行调控的，但又要对它的功能进行控制，所以只能采用无线遥控的方法，无线遥控效果好，应用广泛，其中红外遥控最为简单方便，在市场上也很容易买到，省去了中间的制造麻烦，所以本次设计使用红外遥控。红外遥控分为接收端和发射端，接收端则为一体化红外接收头，其型号为VS1838b，它能捕捉空间的红外信号，价格便宜，操作简单，接受信号能力强。本次进行红外解码的是使用单片机的外部中断1来实现的，如图1.3所示。
图1.3 一体化红外接收头VS1838b
此一体化红外接收头对比其它的红外接收头体型小很多，而且特点有：
（1）低电压工作；
（2）内置专用IC；
（3）能抵御环境光线干扰；
（4）抗干扰能力强；
（5）宽角度及长距离接收；
（6）小型设计。
1.6软件总体设计方案
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