基于STC89C52单片机的LED摇摇棒的设计
基于STC89C52单片机的LED摇摇棒的设计[20200131184259]
摘要
随着科技的不断发展，社会的不断进步，供人们休闲娱乐的工具越来越多，摇摇棒作为科技与娱乐相结合的产物，必然会随之成为一个热点产品。摇摇棒”是基于人眼视觉短暂停留原理而产生的，当进行摇动时，由于人们的视觉暂留会再发光二极管摇动区域产生一个视觉平面，从而达到在该视觉平面上传达信息的作用，其原理类似于扫面显示。本论文介绍了以STC89C52单片机为主控芯片、配合高亮度的LED二极管以及水银开关构成简易摇摇棒的设计过程，通过分时刷新16个发光二极管来显示输出文字或图案等信息。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。 整套系统由单片机控制模块、LED显示模块、按键模块、传感器模块、电源模块等部分构成。
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关键字:】摇摇棒；LED；单片机
一、引 言 1
二、系统设计方案 2
（一）摇摇棒原理 2
（二）摇摇棒简介 2
（三）设计目的 2
（四）设计要求 2
（五）设计思路 2
三、硬件设计与实现 4
（一）STC89C52单片机简介 4
（二）硬件电路图设计 7
（三）硬件各模块功能 8
1．芯片模块（STC89C52） 8
2．传感器模块 8
3．按键模块 8
4．LED显示模块 8
（四）系统元器件清单 9
四、软件设计与实现 10
（一）软件设计思路 10
（二）主程序流程图 10
（三）程序代码 11
（四）软件实现功能的完善 11
五、焊接与调试 12
（一）点阵板简介 12
（二）摇摇棒的焊接 12
1.焊接前的准备 12
（三） 成品调试 12
1.硬件调试方法 14
2.软件调试方法 15
3.具体调试步骤 15
4.常见硬件故障 16
总结 17
致谢 18
参考文献资料 19
附录一 20
一、引 言
单片机是随着大规模集成电路的出现极其发展，将计算机的CPU，RAM，ROM，定时/计数器和多种 I/O 接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机(single chip microcomputer)。它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗的显著优点。主要应用于智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面并且取得了显著的成果。单片机应用系统可以分为:（1）最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉结构简单，常构成一些简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。片内有 ROM/EPROM 的单片机，其最小应用系统即为配有晶振，复位电路，电源的单个单片机.片内无ROM/EPROM的单片机，其最小应用系统除了外部配置晶振，复位电路，电源外，还应外接EPROM或EEPROM作为程序存储器用。（2）最小功耗应用系统是指为了保证正常运行，系统的功耗最小。（3）典型应用系统是指单片机要完成工业测控功能所必须的硬件结构系统。
本文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。
本设计以STC89C52单片机为中央控制器，显示棒摇动时显现的字符或图形由LED灯显示，LED灯成线状排列，每个瞬间线阵只能显示数字编码后的文字或图形的一列，利用人眼的视觉暂留原理，将需要显示的字符或图形分成 64 列，一般人手左右摆动的频率为几赫兹到十几赫兹，因此，通过单片机控制LED线阵以一较低频率扫描显示字符或图形的每一列，摆动显示棒时即可因视觉暂留看出显示的字符或图形；左右摆动一次通过端口电平变化，调用相应的显示子程序，字符切换通过外部中断实现，该系统设计对程序设计的要求较硬件电路要高。整套系统由中央控制模块、LED显示模块、供电模块等部分构成。
二、系统设计方案
（一）摇摇棒原理
“摇摇棒”是基于人的视觉暂留原理的，通过分时刷新16个发光二极管来显示。输出文字或图案等信息的显示装置。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。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。
（二）摇摇棒简介
“摇摇棒”是一种利用视觉暂留效应制作的“高科技”玩具。可以用“静如处子，动如脱兔”来形容它，即当静止时,它只是几个LED发光二极管（后简称LED），而一旦按照一定的频率去摇晃它，它就会随着位置的变化而变化（亮或灭），最终显示一幅图片或字符串。本设计要求制作完成一个LED 的显示棒。 要求LED 灯线状排列，通过摇动时形成的亮灯扇形区域能够分辨出如：“毕业万岁”、“节日快乐”、心形之类的汉字或图案且可以使用按键对显示内容进行切换。
摇摇棒的设计需要解决几个问题。因为通过摇动产生的图像是有方向的，所以，要使图像正确不重叠，就要将摇摇棒设计成单方向才显示图像。如果摇动一下的速度比显示一幅图像的速度慢，可能会出现，第二幅图的前面部分在第一下摇动的末尾，后面部分在第二下摇动的开始。这就要使摇摇棒在一次摇动中只显示一次图像。
本设计的难点在于送数据的时间间隔以及较长画面或文字的完整显示。LED灯的选择为传统LED发光二极管。颜色多样，在可以同样显示图案的前提下使用它更为经济，但颜色较为暗淡，不鲜亮。
人的视觉暂留时间是100ms--400ms。如果要设计一个16X20分辨率的摇摇棒，LED数为16只，LED每5ms--10ms变换一次，共变换20次组成一幅图像。测试间隔8ms效果较好。其中亮灯3ms，暗灯5ms。这样能使亮点不呈一条横线，黑暗宽度与LED间隔
相近。
单片机系统可采用STC89C52单片机。选择P1和P2口输出，连接16只LED。
（三）设计目的
本次设计制作的是一个显示棒，基本要求就是要小巧、轻便，所以要将单片机的系统板简化设计。 通过本次设计，加强学生对STC89C52单片机的深刻理解，提高学生的设计能力和动手能力。
（四）设计要求
设计一个16只高亮度LED发光二极管构成的摇摇棒，通过单片机编程配合手的左右摇晃就可呈现一幅完整的画面，可以显示字符、图片。
（五）设计思路
本系统要求设计一个LED显示棒且需要有按键进行内容切换，它主要是由中央控制部分，LED驱动部分，LED显示部分以及电源部分组成，如图2-1所示：
图2-1 系统框图
单片机将提取的字模进行存储，当接收到按键输入的指令时单片机就将相应的字模代码通过I/O口输出，使LED灯点亮，利用视觉暂留原理最终使图案完整的显示在摆动的显示屏中。
1. LED灯的选择：传统LED发光二极管。颜色多样，在可以同样显示图案的前提下使用它更为经济。
2. 外部中断信号产生方式：通过外部中断可以控制数据开始传输的时刻。选择好外部中断来源是本次制作的难点及重点。使用惯性开关。通过摇晃使得惯性开关的摆杆与焊接的左右两个触点接触，利用这种接触产生的电平变化来触发中断，结合软件控制显示，制作简单，使用方便。
3. 抗重影方案的选择：使用外部中断控制数据传输时刻。外部中断信号由惯性开关产生，触发方式为下降沿触发。惯性开关左右两边的触点分别与单片机两个外部中断接口相连，默认为高电平，摇动的摆杆接地。惯性开关处于不同位置进入不同的中断，从而决定何时送数据。该方案简单易行，可以保证数据是单程传输的，避免了重影。不摇动时把惯性开关处在左边就可以使LED棒熄灭，可以达到省电的效果。
摘要
随着科技的不断发展，社会的不断进步，供人们休闲娱乐的工具越来越多，摇摇棒作为科技与娱乐相结合的产物，必然会随之成为一个热点产品。摇摇棒”是基于人眼视觉短暂停留原理而产生的，当进行摇动时，由于人们的视觉暂留会再发光二极管摇动区域产生一个视觉平面，从而达到在该视觉平面上传达信息的作用，其原理类似于扫面显示。本论文介绍了以STC89C52单片机为主控芯片、配合高亮度的LED二极管以及水银开关构成简易摇摇棒的设计过程，通过分时刷新16个发光二极管来显示输出文字或图案等信息。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。 整套系统由单片机控制模块、LED显示模块、按键模块、传感器模块、电源模块等部分构成。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】摇摇棒；LED；单片机
一、引 言 1
二、系统设计方案 2
（一）摇摇棒原理 2
（二）摇摇棒简介 2
（三）设计目的 2
（四）设计要求 2
（五）设计思路 2
三、硬件设计与实现 4
（一）STC89C52单片机简介 4
（二）硬件电路图设计 7
（三）硬件各模块功能 8
1．芯片模块（STC89C52） 8
2．传感器模块 8
3．按键模块 8
4．LED显示模块 8
（四）系统元器件清单 9
四、软件设计与实现 10
（一）软件设计思路 10
（二）主程序流程图 10
（三）程序代码 11
（四）软件实现功能的完善 11
五、焊接与调试 12
（一）点阵板简介 12
（二）摇摇棒的焊接 12
1.焊接前的准备 12
（三） 成品调试 12
1.硬件调试方法 14
2.软件调试方法 15
3.具体调试步骤 15
4.常见硬件故障 16
总结 17
致谢 18
参考文献资料 19
附录一 20
一、引 言
单片机是随着大规模集成电路的出现极其发展，将计算机的CPU，RAM，ROM，定时/计数器和多种 I/O 接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机(single chip microcomputer)。它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗的显著优点。主要应用于智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面并且取得了显著的成果。单片机应用系统可以分为:（1）最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉结构简单，常构成一些简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。片内有 ROM/EPROM 的单片机，其最小应用系统即为配有晶振，复位电路，电源的单个单片机.片内无ROM/EPROM的单片机，其最小应用系统除了外部配置晶振，复位电路，电源外，还应外接EPROM或EEPROM作为程序存储器用。（2）最小功耗应用系统是指为了保证正常运行，系统的功耗最小。（3）典型应用系统是指单片机要完成工业测控功能所必须的硬件结构系统。
本文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。
本设计以STC89C52单片机为中央控制器，显示棒摇动时显现的字符或图形由LED灯显示，LED灯成线状排列，每个瞬间线阵只能显示数字编码后的文字或图形的一列，利用人眼的视觉暂留原理，将需要显示的字符或图形分成 64 列，一般人手左右摆动的频率为几赫兹到十几赫兹，因此，通过单片机控制LED线阵以一较低频率扫描显示字符或图形的每一列，摆动显示棒时即可因视觉暂留看出显示的字符或图形；左右摆动一次通过端口电平变化，调用相应的显示子程序，字符切换通过外部中断实现，该系统设计对程序设计的要求较硬件电路要高。整套系统由中央控制模块、LED显示模块、供电模块等部分构成。
二、系统设计方案
（一）摇摇棒原理
“摇摇棒”是基于人的视觉暂留原理的，通过分时刷新16个发光二极管来显示。输出文字或图案等信息的显示装置。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。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。
（二）摇摇棒简介
“摇摇棒”是一种利用视觉暂留效应制作的“高科技”玩具。可以用“静如处子，动如脱兔”来形容它，即当静止时,它只是几个LED发光二极管（后简称LED），而一旦按照一定的频率去摇晃它，它就会随着位置的变化而变化（亮或灭），最终显示一幅图片或字符串。本设计要求制作完成一个LED 的显示棒。 要求LED 灯线状排列，通过摇动时形成的亮灯扇形区域能够分辨出如：“毕业万岁”、“节日快乐”、心形之类的汉字或图案且可以使用按键对显示内容进行切换。
摇摇棒的设计需要解决几个问题。因为通过摇动产生的图像是有方向的，所以，要使图像正确不重叠，就要将摇摇棒设计成单方向才显示图像。如果摇动一下的速度比显示一幅图像的速度慢，可能会出现，第二幅图的前面部分在第一下摇动的末尾，后面部分在第二下摇动的开始。这就要使摇摇棒在一次摇动中只显示一次图像。
本设计的难点在于送数据的时间间隔以及较长画面或文字的完整显示。LED灯的选择为传统LED发光二极管。颜色多样，在可以同样显示图案的前提下使用它更为经济，但颜色较为暗淡，不鲜亮。
人的视觉暂留时间是100ms--400ms。如果要设计一个16X20分辨率的摇摇棒，LED数为16只，LED每5ms--10ms变换一次，共变换20次组成一幅图像。测试间隔8ms效果较好。其中亮灯3ms，暗灯5ms。这样能使亮点不呈一条横线，黑暗宽度与LED间隔
相近。
单片机系统可采用STC89C52单片机。选择P1和P2口输出，连接16只LED。
（三）设计目的
本次设计制作的是一个显示棒，基本要求就是要小巧、轻便，所以要将单片机的系统板简化设计。 通过本次设计，加强学生对STC89C52单片机的深刻理解，提高学生的设计能力和动手能力。
（四）设计要求
设计一个16只高亮度LED发光二极管构成的摇摇棒，通过单片机编程配合手的左右摇晃就可呈现一幅完整的画面，可以显示字符、图片。
（五）设计思路
本系统要求设计一个LED显示棒且需要有按键进行内容切换，它主要是由中央控制部分，LED驱动部分，LED显示部分以及电源部分组成，如图2-1所示：
图2-1 系统框图
单片机将提取的字模进行存储，当接收到按键输入的指令时单片机就将相应的字模代码通过I/O口输出，使LED灯点亮，利用视觉暂留原理最终使图案完整的显示在摆动的显示屏中。
1. LED灯的选择：传统LED发光二极管。颜色多样，在可以同样显示图案的前提下使用它更为经济。
2. 外部中断信号产生方式：通过外部中断可以控制数据开始传输的时刻。选择好外部中断来源是本次制作的难点及重点。使用惯性开关。通过摇晃使得惯性开关的摆杆与焊接的左右两个触点接触，利用这种接触产生的电平变化来触发中断，结合软件控制显示，制作简单，使用方便。
3. 抗重影方案的选择：使用外部中断控制数据传输时刻。外部中断信号由惯性开关产生，触发方式为下降沿触发。惯性开关左右两边的触点分别与单片机两个外部中断接口相连，默认为高电平，摇动的摆杆接地。惯性开关处于不同位置进入不同的中断，从而决定何时送数据。该方案简单易行，可以保证数据是单程传输的，避免了重影。不摇动时把惯性开关处在左边就可以使LED棒熄灭，可以达到省电的效果。
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