单片机c语言毕业设计——旋转LED显示技术的应用

　　摘 要

　　当前LED显示屏的使用范围非常广,但是它们的造型单一,缺乏新意.而且当前传统的旋转LED显示屏,都是在旋转部分外加电池进行单独供电,电池供电使用时间短,充电时间有限,不能连续工作,破坏整体平衡,需要配重,增加电机功耗,造成使用时间缩短,电池和电机使用寿命的降低,效率也非常低,成本也相对较高;另外,传统显示屏的温度较高,散热性差;传统显示屏上的LED并没有得到最大化的利用,造成了资源的浪费.随着工业4.0时代的到来,对于LED信息显示技术也需要越来越智能化和多元化.

　　本文设计一套装置,基于单片机采用旋转式LED来显示文字,利用眼睛视觉暂留的这一特征,只需要两列发光二极管在电机的作用下高速旋转,显示出很好的动画效果,即可以用很少的LED实现一整块显示屏的功能.旋转的范围为一个周角,这样既可以合理利用资源,还能降低成本、弥补平板显示屏的缺点.

　　本论文在深入了解旋转LED显示屏的工作原理的基础上,硬件部分使用无线供电提高整个系统的寿命;使用STC89C52RC单片机为控制核心,实现发光二极管的可控点亮和熄灭;使用时钟DS1302实现准确显示日期时间信息,提高实用性;使用PCB板焊接,提高产品效率;恒定的转速是由红外二极管来实现,保证显示出来的文字和动画效果不乱码.软件部分使用Keil  u Vision4软件开发平台和C语言编写合理的程序算法,下载到单片机最小系统中,实现对整体显示的控制.

　　关键词:旋转LED;单片机;显示屏;无线供电

　　ABSTRACT

　　At  present,  LED  displays  are  widely  used,  but  they  are  simple  in  shape  andhave  no  new  ideas.  Moreover,  the  traditional  rotating  LED  displays  are  separatelypowered  by  rotating  parts  and  batteries,  so  the  battery  power  supply  time  is  short. With  a  limited  charging  time,  it  can  not  work  continuously,  and  may  destroy  thewhole balance, and need counterweight. All those increase the power consumptionof  the  motor,  and  further  shorten  the  service  time,  the  service  life  of  battery  andmotor. The traditional rotating LED has a low efficiency and high cost. Furthermore,the  traditional  display  screen  has  a  high  induced  temperature  and  the  poor  heatdissipation. The efficiency of the LED on the traditional display screen has not beenmaximized. It results in a waste of resources. LED information display technologyalso needs more and more intelligent and persified functions.

　　This article designs a set of devices, based on the single chip microcomputer touse the rotary LED to display text, which take advantage of our eye vision to keepthis feature, It only needs two rows of LEDs rotating at high speed under the action of the motor to show a very good animation effect, that is, it can realize the functionof  a  whole  display  screen  with  very  little  LED,  and  the  range  of  rotation  is  acircumferential  angle,  so  that  the  resources  can  be  used  reasonably.  It  can  alsoreduce the cost, make up for the shortcomings of the flat panel display.

　　The  thesis  is  aimed  at  improving  the  whole  system  life  by  wireless  powersupply,  based  on  the  working  principle  of  rotating  LED  display  screen.  We  usedSTC89C52RC  single  chip  microcomputer  as  the  control  system  to  realize  lightingand  extinguishing  the  LED.  We  used  clock  DS1302  to  display  date  and  timeinformation  accurately,  which  improved  its  practical  application.  We  used  PCBboard  to  improve  the  efficiency  in  the  manufacturing  process.  We  used  infrareddiode  to  realize  constant  speed,  which  ensure  that  the  text  and  animation  are  notscrambled. We used Keil u Vision4 software development platform and C languageto  write  a  reasonable  program  algorithm,  and  we  uploaded  to  single  chipmicrocomputer and achieved the display control.

　　KEYWORDS:rotating LED; single chip microcomputer; display screen; wireless power supply

　　目录

　　第一章 绪论

　　1.1课题背景及意义

　　在持续快速发展的当今社会,单片机贯穿于各个高科技技术领域.如计算机领域,工业创新领域,我们的家用电器领域等等.层出不穷的新产品随着时代的更新而更新,其具有体积小,低成本,适用面积广等优点,单片机是在一块超大规模集成电路芯片上组合了中央处理器的存储电路、定时输出入电路等[1].LED显示屏的使用频率与范围越来越广泛,传统LED显示屏大多都是由无数个发光二极管的点阵形式组合成的一个大集合,这种传统LED显示具有亮度高,面积大等优点.基于单片机控制的旋转式灯广泛应用于KTV、酒吧、餐厅、宾馆等娱乐场所.而且为了吸引顾客的眼球,增强企业在整个行业的竞争力,可以在恰当的地方用这种新颖的创意形式来取代传统普通灯[2];同时,在军事方面如雷达、侦察等应用也越来越广泛.

　　低电压的扫描驱动的方式被现有的LED显示屏采用,它包含的优点有种类丰富、预防水性能好、视野宽阔、可视位移清晰明亮等等[3].

　　LED显示屏作为目前市场上的一匹黑马,发展潜力强,发展的速度也快并且面对市场上的各种需求都可以做到应对自如.但是,目前LED显示屏使用LED数目太多而且需要的驱动的电路也非常庞大,不仅如此,显示屏使用时温度比较高,散热性又非常差,一般需要采用其他方式对其进行散热,这样只会加大成本,不利于市场化的需求.同时,现有LED显示屏在供电方面一般采用电池或者有线供电方式,传输效率比较低,寿命也比较短.

　　针对现有LED显示屏的这些缺点,设计一种成本低、高亮度、寿命长、散热性能好,性能稳定,由STC89C52RC单片机控制的一种新颖的旋转式LED显示屏满足该产业市场化的发展,以及提高产品使用寿命及传输效率具有深远意义.

　　1.2国内外LED显示屏研究现状及趋势

　　作为一种用来传播信息的手段,LED显示屏幕传播信息越来越受到大家的追捧,它主要是发挥了点阵模块的作用或者是由像素的每个小单元组合而成的平板显示信息的屏幕[4].其中,LED显示屏幕包含的主要优点有:其一是有着丰富的颜色变化,其二是具有灵活的组织形态,其三是LED使用的寿命较长,其四是节能环保,外表美观,其五是易于被大众所接受等等.在国外,自上世纪八、九十年代以来,伴随着LED制作产品技术的不断完善与创新,LED显示屏在生活、工业等领域中得到了广泛的使用.我国从上世纪九十年代中后期起,随着我国经济的飞速发展,对于信息的传播需求量也越来越大,由此,LED显示屏逐渐的进入我们的生活中,并在当今的信息传播途径中扮演着重要的角色[5].因此,LED显示屏在应用方面的水平与它在设计方面的制造技术取得了飞速发展.已经经历过从单双色文字显示屏到图像显示屏的发展历程[6].

　　我国LED显示屏产业虽起步较晚,但是经过近一二十年的努力,产业规模已经非常大了,国产产品在市场上已经具有非常高的占有率[7].在大型商场、银行等各类办事窗口、地铁站等随处都可以看见LED显示屏,可见它的市场化需求很高.LED行业已经成为一个发展快前景广的新兴产业,发展空间也非常大.随着我国信息化产业链的不断壮大,LED显示屏已经成为各类信息对外传播的一个十分重要的工具[8].目前广泛应用于室内和室外需要进行服务内容宣传的公共场所,比如证券交易、银行信息显示、室内外公共场所广告的宣传、车站引导旅客信息显示、公交车上报站信息显示、食堂的菜单显示信息、高速公路上的道路是否可行的显示信息、机场航班上的动态显示、奥运会场上比赛信息显示、邮政电信等国企的一些业务宣传信息显示、红绿蓝三种交通信号灯等等[9].顾名思义,LED显示已经成为城市亮化,现代信息化时代的重要标志之一.现如今,LED显示屏幕已经成为现代化城市的一个重要标志.在工业快速发展的今天,生产、制作LED显示屏的企业进行了适当的转变,逐渐的向研发技术、创新领域型靠近.当前,国内外的LED显示屏市场呈现出了趋于饱和现象,加上新兴市场动力不足等因素,最终导致了LED显示屏行业低迷现象的发生[10].在这种情况之下,全彩色的LED显示屏正在逐步的成为该领域中热点.其中,全彩LED显示屏包含的优点主要有:(1)显示颜色丰富多彩;(2)信息内容生动、灵活;(3)具有新颖的设计空间;(4)满足当前市场需求;(5)符合当代数字化信息传播的理念等等;我们有理由相信,全彩色的LED显示屏,在当下包括未来都将会成为该领域中的一个热点产品[11].随着LED产业链相关法律法规的不断修正补充,LED 显示屏将靠近高亮度、规范化、全彩化、标准化、产业市场上多样化的产品种类结构化与智能化的趋势不断发展[12].

　　1.3本文的主要研究内容及章节安排

　　本文主要是针对产业市场化,产品结构智能化与多元化这一趋势,以及市场上现有的中小型LED显示屏,因为它组成的发光二极管数量偏多并且需要电路驱动的元器件也非常多,所以成本大大的提高了;并且显示屏使用时温度比较高,散热性差;同时,现有LED显示屏在供电方面一般只采用电池或者有线供电方式,传输效率比较低等,为解决这些缺点本作品在设计中采用的控制芯片是STC89C52RC单片机,使用了互相垂直的两列发光二极管作为显示屏,利用了我们眼睛的视觉暂留并结合直流电机的性质,对显示屏的转速进行控制,使显示屏幕以稳定的速度旋转,最后实现整个显示屏动画信息的显示.在整个系统工作过程中用户可利用无线供电实现提高整个系统的传输效率及提高了产品的寿命.并且使用RS232总线来实现PC机和单片机串口的通信,实现单片机内部数据储存器中信息的更替.

　　主要完成的工作内容:

　　(1)完成基于STC89C52RC单片机旋转式LED的硬件部分系统的设计.

　　(2)根据系统的硬件电路的组建来完成软件系统的设计.

　　(3)对系统进行测试并调试,确保系统正常稳定的工作.

　　论文将分成六部分,每部分的具体内容安排如下:

　　第一章绪论.主要对本设计的课题背景及意义、以及目前国内外LED研究现状及趋势进行了简单的论述,并且对本论文研究的内容及章节安排进行相应的论述,目的是为了说明本课题具体的研究意义.

　　第二章先介绍系统元器件与传统旋转LED的工作原理,分别就供电系统、显示系统的软硬件结构进行详细的分析,接着对传统旋转LED系统结构进行分析,目的是为下一章单片机控制旋转LED整体软硬件设计方案做理论基础.

　　第三章主要对本设计的整体硬件电路设计的方案进行了详细的阐述,分别对单片机最小系统控制模块、电机及其供电模块、显示模块、红外控制信号等七大模块设计进行详细论述.

　　第四章主要是对本设计软件设计的整体方案进行论述,根据所需要实现的功能绘制相应流程图然后编写相应的软件程序.

　　第五章主要对本设计进行软硬件调试及其分析并对整个设计进行功能测试.

　　第六章对本论文工作的总结及对未来工作进行展望.

　　1.4本章小结

　　本章首先介绍了本课题的研究意义,接着介绍LED显示屏在国内外发展状况及趋势,最后根据现有的旋转LED显示屏存在的不足提出本论文的主要研究内容并对本论文结构进行具体的安排.

　　第二章 系统元器件与传统旋转LED的工作原理

　　当今世界科学创新技术的飞速发展,导致电子器件也在不断的更新,元器件的类型众多,型号各异.因此,针对本项目设计需要,选择合适的器件是设计出本项目产品的重要一步,在本章节中,主要将介绍旋转LED所需要的各种元器件及传统LED工作原理.

　　2.1 系统元器件工作原理

　　2.1.1 发光二极管工作原理

　　2.1.2 单片机工作原理

　　2.1.3 电机工作原理

　　2.2 传统旋转LED工作原理

　　2.2.1 传统旋转LED系统结构分析

　　2.3 本章小结

　　第三章 旋转LED系统的硬件电路设计

　　3.1 系统硬件电路总体方案设计

　　3.2 单片机最小系统模块设计

　　3.3 电机供电模块设计

　　3.4 无线供电模块设计

　　3.5 显示模块设计

　　3.6 红外信号控制模块设计

　　3.7 时钟模块设计

　　3.8 串口通信电路设计

　　3.9 本章小结

　　第四章 旋转LED设计系统中软件程序的设计

　　4.1 计算机语言与开发环境

　　4.1.1 汇编语言和C语言在软件开发中的比较

　　4.1.2 KEIL软件基础

　　4.1.3 STC-ISP软件基础

　　4.1.4 PCtoLCD2002软件基础

　　4.1.5 Protel99SE软件基础

　　4.2 软件设计流程

　　4.2.1 系统主程序流程图

　　4.2.2 汉字取模图

　　4.3 本章小结

　　第五章 旋转LED系统的调试

　　5.1 硬件调试

　　5.2 软件调试

　　5.3 本章小结

　　第六章 总结与展望

　　6.1本文工作总结

　　本文中对旋转LED的设计与控制系统进行了研究,本设计控制的核心是STC89C52RC单片机,通过编写好的程序来控制需要显示的文字或图案,通过PCB板实现人工焊接,提高产品效率,使用无线供电,提高产品寿命等.这和旋转LED的设计前预期结果一致.本论文具体的工作以及成果如下:

　　(1)本论文完成基于STC89C52RC单片机旋转式LED的硬件部分系统的设计.本次设计的创新点之一就是设计无触点的无线供电,目的是提高产品寿命,制作时已达到预期效果.本次设计的创新之二就是把互相垂直的两列LED通过旋转的方式变成两个屏幕分别显示时钟信息与文字.在设计电路的过程中始终坚持线路简单,软件的优势突出的设计理念,尽量降低产品成本.

　　(2)根据系统的硬件电路的组建来完成软件系统的设计;首先详细研究软件程序,并用C语言来编写程序,用Plotel99SE软件设计电路并仿真成功,用PCto LCD2002软件对文字进行成功取模,设计出程序框架图,经过多次测试与修改,多次耐心把问题解决,最终编写出正确的软件程序,达到预期效果.

　　(3)接下来对系统进行测试并调试,确保系统在室内外环境下可以正常稳定的工作;还有对硬件进行准确的焊接,并对自己在硬件软件的调试过程中遇到的问题和自己是如何解决的都一一做了的说明.本设计实现了基于STC89C52RC单片机的旋转LED的汉字显示、时钟与日期显示.最终成品显示比较稳定没有闪烁,达到预期效果.

　　总之,基于STC89C52RC单片机使旋转式LED显示屏成功运行.也完成了一种创新型、低成本、寿命长、散热性好并且性能稳定的LED显示屏设计,这种旋转式LED显示屏满足其产品在现有市场化的发展,并且保证产品寿命增大、传输效率提高都具有深远意义,未来随着科技的不断发展,该显示屏会得到越来越广泛的使用.

　　6.2未来工作展望

　　这种利用较少的 LED 的旋转LED 显示屏在现代工业化生产中配合单片机可以达到完全代替一整块显示屏的作用.由于实习时间与个人能力等各个方面因素,本设计虽然达到了预期的效果但还是存在一些不足,所以我对未来的工作提出几点展望:

　　(1)本设计虽然成功显示文字与时钟信息,但是未来还可以增加美妙的音乐,还可以增加所需的视频播放功能等等,尽可能满足人们的需求,使显示更贴近丰富、绚丽多彩与实用,希望以后可以设计出多功能,稳定性更强的旋转 LED 显示屏.

　　(2)本设计虽然达到预期得效果但是重心比较容易偏移,调试的时候比较花时间,这些都要求我们对 PCB 板内部的布局有一定得知识积累,才可以更好的调节好重心.目前设计的是二维立体的旋转,希望随着工业技术迅猛发展,还有个人理论知识及工程实践能力不断积累,可以成功设计出三维立体显示屏等等,这些都需要我们大家在未来不断的摸索与研究.

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