基于stc单片机的旋转led屏的设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于stc单片机的旋转led屏的设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

路、时钟电路并完成该电路的 C 程序设计。 北京交通大学 2020 届本科生毕业设计（论文） 4 第二章 硬件部分 系统总体硬件构成 旋转 LED显示屏的系统总框图，如下图所示。 系统由 7个部分组成：系统供电模块、按键模块与单片机控制单元、显示模块、直流电机模块以及红外发射模块、红外接收模块。 其中， LED 显示由单片机和直流电机共同控制，键盘则用来实现人机交互的功能，系统供电是通过外接直流电源，然后通过整流滤波，给系统供电。 用户可以通过按键 输入命令到单片机去控制 LED 控制器控制 LED 的循环显示。 STC15F2K 芯片简介 STC15F2K 系列单片机是 STC生产的单时钟 /机器周期（ 1T） 的单片机，是高速、高可靠、低功耗、超强抗干扰的新一代 51 单片机。 在相同的时钟频率下，速度又比早期的 1T 系列单片机的速度快 20%。 STC15F2K 系列单片机中包含中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时器、 I/O 口、高速 A/D 转换、看门狗等。 STC15F2K 系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模 块，可称得上一个片上系统。 STC15F2K 系列单片机有 3个 16 位可重装载普通定时器 /计数器 ,这三个普通的定时器 /计数器分别是定时器 /计数器 0、定时器 /计数器 1和定时器 /计数器 2；三路 CCP/PWM/PCA(可再实现 3个定时器或 3 个 D/A 转换器 )；掉电唤醒专用定时器； 5个外部中断 INT0/INT1/INT2/INT3/INT4； 2组高速异步串行口（可同时使用）； 1组高速高速同步串行口通信 SPI； 8路高速 10 位 A/D 转换器； 2个数据指针 DPTR；外部数据总线等功能。 按键 电源 红外发射 单片机 直流电机 LED 红外接收 北京交通大学 2020 届本科生毕业设计（论文） 5 LED 显示器的控制系统 本系统的硬 件设计中，控制芯片采用的是低电压低功耗单片机 STC15F2K，射频采用的是 Nrf24L01 芯片，电源解决方案采用基于松耦合的无线电供电。 系统采用模块化设计方案，本系统由无线电源，整流电压， USBUART 桥接电路，射频，红外传感， SD 存储，时钟控制，显示等若干模块组成。 LED 系统板上的射频识别系统，当接收到信道中的射频信息时，会分析、识别控制信号及数据信号；当接收到红外信号时，会分析、识别控制信号。 通过上位机可对系统进行参数设定，状态调整，信息更替等一系列调整。 时钟模块为整个系统提供始时钟信息。 系统可以读 取 SD卡或者片内 ROM 的数据进行色彩显示。 电源模块 在 LED 系统中，显示是否稳定、工作是否可靠与电源的能量供给有着密不可分的关系。 电源为机械旋转部件、射频通信、 LED 显示提供能量，是系统正常运转的基础。 在本系统中，无线供电的发射电路如图 21 所示，在输出端产生 100K 赫兹的交变信号，能量通过定线圈发射到空间中。 图 21 无线供电发射电路 由于电源是从电机中引出来，所以需要通过整流、滤波才能为系统供电。 整流滤波电路图如图 22所示 北京交通大学 2020 届本科生毕业设计（论文） 6 图 22 整流滤波电路 红外传感部分 红外部分采用红外传感器，接收到红外信号后，将译码成控制信号，控制整个 LED 系统的状态切换，信息读取、存入、更新等。 红外传感部分的原理图如图23所示 图 23 红外发射原理图 时钟模块 对于常规的点阵 LED 显示器，不仅可以显示信息，简单动画，还常常在屏幕上显示当前的时间，时钟芯片的选取我们使用的是 DS12887，它在万年历的制作中被广泛使用。 但是由于本系统对体积及重量有着非常高的要求（传动系统为12V直流无刷电机，高速旋转时要求整个系统旋转面的几何中心与质量中心为同一点，否则将产生剧烈的抖动，影响系统 正常运转。 特别将旋转板的质量越大时，北京交通大学 2020 届本科生毕业设计（论文） 7 对系统物理稳定性要求越高，且转速与质量成正比，过大的质量影响转速从而进一步影响效果）故在芯片选用上采取体积小质量低的贴片 DS1302。 DS1302 具备了运行的高可靠性、能量的低损耗性、并内置了具备存取存储器的实时时钟电路，拥有对 year、 mouth、 weekend、 minute、 second 进行计时能力，并具备闰年补偿能力。 DS1302 运行电压为 ,采用 SCLK、 I/O、CE与 MCU 进行同步通讯。 实时时钟部分原理图如图 24所示 图 24 实时时钟部分原理图 单片机最小系统 单片机最小系统由按键复位 RESET 电路、晶体震荡电路以及 I/O 接口电路组成。 复位的实现通常用两种方式：开机上电复位和外部手动复位，本设计采用的是外部手动复位，单片机最小系统的原理图如图 25 所示 图 25 单片机最小系统原理 北京交通大学 2020 届本科生毕业设计（论文） 8 过零检测模块 过零检测指的是在交流系统中，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时，系统作出的检测。 在本课题中过零检测是必不可少的，设计中既涉既到了红外过零检测又涉及到霍尔元件过零检测。 其电路图如 26所示 图 26 过零检测电路图 霍尔元件应用霍尔效应的半导体。 所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。 金属的霍尔效应是 1879 年被美国物理学家霍尔发现的。 当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。 半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。 利用霍尔效应可以 设计制成多种传感器。 霍尔电位差 UH 的基本关系为 : UH=RHIB/d （ 1） RH=1/nq（金属） （ 2）式中 RH――霍尔系数； n――单位体积内载流子或自由电子的个数； q――电子电量； I――通过的电流； B――垂直于 I的磁感应强度；d――导体的厚度。 由于通电导线周围存在磁场，其大小和导线中的电流成正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。 利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。 其优点是不和被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。 若把霍尔元件置于 电场强度为 E、磁场强度为 H的电磁场中，则在该元件中将产生电流I，元件上同时产生的霍尔电位差和电场强度 E 成正比，如果再测出该电磁场的磁场强度，则电磁场的功率密度瞬时值 P可由 P=EH确定。 利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。 如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。 根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。 若测出单位时间内发出的脉冲数，则可以确定其运动速度。 北京交通大学 2020 届本科生毕业设计（论文） 9 红外遥控接收模块 在本设计中可以用遥控器来控制旋转 led，所以再 设计时要设计车红外遥控接收电路，使得遥控器和旋转 LED连接起来，用遥控器来控制 LED，达到人机交互。 红外遥控接收电路及流程图如图 27所示 图 27 红外遥控 接收电路图 图 28 红外遥控接收流程图 按键是否完了 开始 键值处理 处理是否成功 根据键值置相应 的标志位 退出 Y Y N N 北京交通大学 2020 届本科生毕业设计（论文） 10 LED 驱动电路 LED 驱动电路是整个 LED 的核心，由芯片协同控制。 考虑到在同一时刻， MCU可能需要进行射频接收，解压缩码，读取写入，显示控制等一系列操作，根据显示原理，在延时区间内， LED 需要保持状态不变，在空间划过轨迹形成文字图案等。 故以上操作必须在该延时区间内完成，如果无法完成将导致显示不 畅或者显示变形，所以 LED驱动电路是整个设计的核心部分 旋转 LED 平面板电路图 旋转 LED 时钟工作原理是利用人眼视觉暂留的原理。 如图 (a)所示，最内侧的一个发光二极管和最外侧的一个发光二极管在点亮并绕电机轴高速旋转后就形成了图 (b)所示的内框和外框。 紧挨着外框的那个 LED 灯用来显示时间刻度，如图 (b)所示。 假设 12 点那个刻度为 0，那么每个小时时针之间的角度为 360176。 247。 12=30176。 ，于是当一列发光二极管每旋转 30176。 ，该 LED 灯就点亮一个瞬间以呈现出时间刻度。 如果在小于 秒的时 间内这列 LED 灯能旋转完一圈，人眼就会误认为先后产生的 12 个刻度是同一时刻显示出来的。 显示秒针、分针、时针的方法跟显示时间刻度的原理一样。 平面板电路如图 28所示 图 28 旋转 LED平面板原理图 旋转 LED 侧面电路图 采用的是旋转扫 描显示方法，即显示器件只有一列共 36 个高亮度发光二极管，由电机带动其进行旋转，运行到某一位置时就显示该位置的状态，到下一位置时又显示下一位置的状态，由于人眼具有视觉暂留的特性，当画面以一定速率刷新时，人眼看到的就是连续的图像。 本设计用一列显示器件即完成了全部内容北京交通大学 2020 届本科生毕业设计（论文） 11 的显示，扫描过程由机械转动更换位置来实现。 旋转 LED 侧面电路图如 29所示 图 29 旋转 LED侧面板电路图 北京交通大学 2020 届本科生毕业设计（论文） 12 第三章 软件部分 POV LED 软件简介 新型旋转 LED 显示器控制系统与软件件的开发与设计选用的是宏晶科技的八位 MCU，采用 C 语言完成代码编写。 在下位机，采用改进的 LZSS 算法对数据包进行压缩；在旋转板系统中，编写、调试代码，完成各个模块正常稳定的工作；设计转速控制与显示的自适应算法，使整个系统显示与电机转速构成信息上的反馈。 系统程序由 C 语言编写，使用 Keil uVision2 完成编写、编译、纠错、连接。 Keil uVision2 是德国 Keil Software 公司出品的 C语言软件开发系统，该软件还能嵌入汇编语言，使程序达到接近于汇编的工作效率。 Keil uVision2 共丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows 界面，生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。 上位机软件 ZQB 简介 软件主要由三部分组成，（ 1）菜单、展示栏与状态栏（ 2）平面图形涂鸦部分（ 3）软件 主体操作部分。 如图 31所示 图 31 上位机软件 北京交通大学 2020 届本科生毕业设计（论文） 13 圆形涂鸦部分正右方代表起始位置“ 0”，正左方为位置“ 89”，整个圆分为180份。 当鼠标在圆内活动时，按下左键，则鼠标过往的地方 LED 灯亮，按下右键，则鼠标过往的地方 LED 灯灭。 矩形 LED 部分能够精确描 绘内部 LED灯状态，其中左边为高位，右边为低位， 8盏 LED 灯为一个存储字节，数据存储从左到右。 矩形 LED 边框右侧是表示 LED 灯旋转位置，从 0179 共 180 份。 软件主体操作部分：（ 1）标题：当无工程时，显示无工程；当建立了工程后，显示对应工程名字；当文件修改了以后，在工程名前面会出现一个“ *”号，保存后，“ *”号消失；（ 2）平面（图片 /动画）：图片取模，是将符合的格式进行取模；注意，仅支持 24 位真彩图片，不支持其他格式的图片；图片取模的方法，不论图片大小，先将图片按比例缩小，并在图片中心取模；注意，图片至 少应该为 67x67，再次导入图片时，原来的数据不丢失，方便数据合成；单选按钮“动画”、“图片”，在列表框中显示当前保存的动画和图片数据；在列表框中可以按上下键进行翻看，也可以按组合键 ctrl+上下键进行上下图片、动画帧的互换；保存 amp。 增加，将左侧平面中的数据保存到“动画”或者“图片”中去；删除，选择右侧的帧，从指定的列表中删除；保存修改，当对右侧的帧修改后，点击此按钮将保存数据。