重庆电子工程职业学院基于单片机控制的平面旋转LED点阵显示屏设计与制作郑重申明本人呈交的毕业实习报告（设计），是在导师的指导下，独立进行实习和研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业实习报告（设计）的成果不包含他人享有著作权的内容。对本毕业实习报告（设计）所涉及的实习和研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本毕业实习报告（设计）的知识产权归属于作者与培养单位。学生签名日期2013/3/23 单片机控制的平面旋转LED点阵显示屏设计与制作摘要LED显示屏已广泛应用于广告、车站、银行、商场等公共场所，它具有功耗小、寿命长、色彩好等优点。现在的 LED 显示屏的发光器件主要采用 LED 平板模块，这种类型的显示屏主要有两个问题有待改进：首先是整个显示屏全由LED 模块组成，器件数量多，成本高；另外，由于显示屏是一个平面，同时 LED 象素点有一定视角限制，使显示屏的可视范围被局限到正面某个范围之内，在应用中使显示屏的信息发布受到了一定的空间限制。本文给出了一种新型的基于单片机平面旋转LED显示屏，以旋转扫描方式代替逐行扫描，可视范围达到了360 度，成本大大降低，克服了LED平板显示屏的不足。本文在简要介绍旋转LED显示屏工作原理的基础上，详细说明了旋转显示屏的方案选择和系统结构设计，以及具体硬件电路和软件设计流程。在此基础上，本文还讨论了旋转LED显示屏设计中需要注意的一些关键问题，给出了相应的解决方案，并提出了一些改进和完善本系统的思路和设想。 实际制作的LED旋转显示屏技术参数的测试结果，以及实际的运行效果表明，本文设计和制作的旋转显示屏符合设计要求，具有一定的创新性和实际应用价值。关键词：LED显示屏；旋转；单片机目录摘要2引言5第1章总体设计思路61.1系统的设计目标61.2总体设计6第2章方案论证82.1系统供电方案82.2 LED驱动芯片选择82.2.1 LED驱动芯片选取原则82.2.2 LED驱动芯片接口电路设计92.3 红外发射接收电路设计92.4 单片机其他外围电路102.4.1电机选择102.4.2 按键选择10第3章 LED显示技术及系统中的主要芯片113.1 LED以及旋转LED显示屏简介113.1.1 LED 应用简介113.1.2旋转LED显示屏简介123.2 AT89C51单片机简单概述143.2.1 AT89C51单片机的结构143.2.2 AT89C51管脚说明15第4章 系统硬件设计184.1 各功能实现原理184.1.1系统供电184.1.2重心调节184.2 具体硬件电路实现194.2.1电源设计194.2.2 单片机最小系统设计204.2.3 LED旋转设计214.2.4 功能切换设计22第5 章系统软件设计235.1 系统编程语言和编程工具235.2 软件总体设计245.3 程序模块流程图255.4 程序节选25第6章 作品展示316.1 硬件展示316.2 效果展示336.3 整体演示34致谢35参考文献36附录37原理图：37引言 由于物理学的重大突破，电子技术在20世纪取得了惊人的进步。特别是近40年来，电子技术的发展突飞猛进，无论是工业、农业，还是国防领域都随之发生了重大变革，也为技术创新打下了坚实的理论基础。我们则应当具备开发和创新的能力，本文所介绍的旋转LED显示屏就是一个例子。通过单片机的应用和普通直流电机的改装实现这一功能，通过良好的视觉效果激发我们对电子科学的兴趣。基于单片机平面旋转LED显示屏是一种新颖的显示屏，总的来看，成本低是一大优点，另外 360 度的可视角度使之非常适合于像大厅和候车室之类的场合。如果能较好的解决显示亮度问题，可应用于室外，尤其是一些广告塔、楼顶等场合，是LED显示屏的一个新品种、发展的新方向。此类显示屏如果更进一步，解决视频数据的传输，则可以做出旋转平面式视频显示屏，视频显示的控制电路较为成熟，显示器件只需换为 RGB 阵列即可，这样应用范围可大大增加。 本文所设计的旋转LED显示屏以AT89C52单片机为核心，最大限度的利用单片机的资源，与LED紧密结合来实现控制，实现显示功能。 本文分为五章，详细说明了LED旋转屏的原理、设计方法、以及设计流程。第1章主要介绍系统总体设计方案；第2章对系统设计方案作了较详细的论证和介绍。第3章主要介绍LED显示技术及系统中的主要芯片。第4章详细介绍了系统的硬件设计。本章对电路的设计原理、原件的选择和各功能的实现作了详细的介绍。第5章详细介绍了系统的软件设计方案及系统的开发平台。第6章讲解系统的调试过程和实现的主要功能。对系统软、硬件调试和调试中遇到的问题作了说明，并对各功能进行了测试和分析。第1章总体设计思路1.1系统的设计目标本设计要求进行旋转LED显示屏的研究和设计。系统以MCS-51系列单片机作为核心控制器件，通过控制电机保持一定的速度稳定旋转，带动单排LED旋转，形成扫描显示屏；单片机根据LED旋转的速度，控制LED发光或熄灭，在视觉上形成平面图形点阵的显示效果。1.2总体设计旋转LED显示屏的系统总框图，如图1.1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。AT89C51按键电源 直流电机 LED红外发射红外接收图1.1 系统总框图第2章方案论证2.1系统供电方案方案1：采用固定电池供电。即在电路板上直接附带一个纽扣电池，为系统供电。这种供电方式比较简单且重量轻体积小；将其固定在摇摆面的一端与单片机构成平衡。但是，有一个问题难。就是高亮度LED的功耗比较大，而电池的蓄电量有限，这就难以实现系统的长期运作。但结合硬件此方法容易实现，并且一举两得，因此选用此方案。 方案2：采用电刷供电。即在电机的转轴上，手工增加一个电刷，通过电刷为系统供电。此方法能够让系统长期供电，但是由于增加了电刷，电机的摩擦增大，势必会使系统的功耗增加。故不采用此方法。方案3：从电机转子中引出电源线，为系统供电。此方法直接在电机的转子中引出电源线，通过整流滤波后，可以作为系统供电，同时也可以作为系统控制时序的中断源。但由于硬件所致，故不采用此方案。2.2 LED驱动芯片选择2.2.1 LED驱动芯片选取原则LED驱动芯片关键的指标之一输出功率的大小。LED的亮度直接决定了显示屏的可见范围。采用大电流驱动芯片，使得可视距离更远。高功耗，同时意味着芯片的能够良好的散热。LED驱动芯片的另一个关键指标是工作频率，即工作的速度。为了能够更清晰的显示字体和图像，芯片的工作速度是不可忽视的。芯片必须能够快速响应和编码输出。方案 1：采用半导体固体发光器件LED，其发光二极管虽有很多的有点，如：耗电量低、使用寿命长、高亮度、低热能、环保、坚固耐用等等，但由于需要进行圆周运动，由于体积问题，故不采用此方案。方案 2：采用贴片封装的LED，其特点与半导体固体放光二极管相同，但用于此LED采用贴片封装技术，所以体积相对较小，故采用此方案。2.2.2 LED驱动芯片接口电路设计方案1：采用数字信号处理单片机MSP430驱动LED，由于MSP430速度比较快，有较强的运算能力，大大提高了计算调整LED显示的时间，但MSP430引脚有限，如使用此方案使硬件变得复杂，故不采用此方案。方案2：采用单片机AT89C51驱动LED， AT89C51逻辑能力较强但速度比较慢，价格相对比较便宜，但工作量要比方案1大的多。综合考虑价格、元件是否容易购买等因素，在此设计中选用方案2。2.3 红外发射接收电路设计方案1：采用普通的红外发光二极管和一体化接收器件，如SHoo38，此一体化接收头将红外接收管(光电二极管)、放大器、滤波器及解调器集成在个硅片上，无需外部元件,并且具有抗光电干扰性能好(无需外加磁屏蔽及滤光片)、并有接收角度宽等特点。但由于体积大会影响转轴平衡。故不采用此方案。方案2：采用一体化器件TCRT5000，此光电传感器模块是基于TCRT5000红外光电传感器设计的一款红外反射式光电开关。传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠。由于结构原因，可进行拆分，将其拆分为接收和发射两部分使用，不仅体积小、重量轻、且价格便宜。故采用此方案。2.4 单片机其他外围电路2.4.1电机选择方案1：采用步进电机。步进电机能够准确的定向，但是图像或者文字的分辨率受到步进电机的步进角度的限制。并且步进电机以及控制电路成本较高，并且需要单片机控制，占用CPU的资源。方案2：采用普通的电机。此方案不占用单片机I/O口，节省单片机资源，使用方便，成本较低，通过简单的改装，可以给系统供电。综合各方面考虑，为了节省成本，简单系统电路，以及更方便的为系统供电，使系统能够长期工作，故采用方案2。2.4.2 按键选择选择普通的按键开关，其优点体积小，重量轻、使用方便。第3章 LED显示技术及系统中的主要芯片3.1 LED以及旋转LED显示屏简介3.1.1 LED 应用简介LED(light emitting diode)是发光二极管的英文缩写，它是一种电致发光器件。目前，LED产业已经走过了它的发展初期和中期，普通LED的应用已经成为过去，高亮度LED的使用也已无需着力推广。另外，中小功率超高亮LDE亦已诞生，并正在以极快的速度走向应用。显示方面，LED被广泛应用于电子电器、工业设备等各类产品的状态性能显(指)示，也被越来越多地制作成多媒体平板显示屏、交通信号灯等等。LED的应用虽然已经具有了很广的范围、很大的规模，但是,由于LED拥有很多社会应用所需的优点、相关技术也有很大的发展空间，因此，LED有着更为美好的前景。目前技术条件下，LED已经显示出了众多的优点与传统的显示媒介相比，有以下特点：一是寿命超长，业内公认的平均值达10万小时，可期望目标将会达到25万小时；二是色彩丰富，LED已经实现了多个波长的单基色，有红、琥珀黄、黄、绿、蓝等，基本满足了应用领域对LED色彩的要求，随着更多新材料的开发，还会实现更多的基色及至全彩色；三，稳定可靠，在LED的寿命期内，LED差不多都能稳定的工作，维护工作量极小；四，电气安全性高，LED一般工作在低电压(6-24V)、小电流(10-20mA)情况下，属弱电级工作器件，有较好的电气安全性能；