本系统以STC8A8K64S4A12单片机作为LED线阵显示装置的主控制芯片，其中包含电源电路模块、LED线阵显示模块、红外遥控控制模块、图文录入模块无线充电模块。无线充电模块对单片机进行供电，直流电机作为LED线阵的转动的控制装置，LED线阵由16个红绿双色的LED灯组成，利用人的视觉暂留现象，由电机转动形成各种图案。红外控制模块用于指定LED线阵显示的位置以及切换模式。图文录入模块对指定图文进行记录并传送到LED线阵上面去显示。
1系统方案的选择与论证
1.1 单片机控制模块的选择与论证
1.2电源电路模块的选择与论证
1.3电机类型的选择与论证
1.4图文录入方式的选择与论证
2系统理论分析与计算
2.1 双色 LED限流电阻的计算
2.2 LED线阵旋转时重心平衡的分析
2.3 LED线阵图文显示分析与计算
2.3.1图案间隔点的分析与计算
2.3.2图形宽窄变化的分析
2.3.3图文录入的分析
3硬件电路与程序设计
3.1系统总体框图的分析
3.1.2 电源电路原理图
3.1.3 红外接发收原理图
3.2程序的设计
3.2.1程序功能描述与设计思路
3.2.2程序流程图
3.2.3程序提调试步骤与分析
4测试方案与测试结果
4.1测试方法
4.2测试分析与结论
附录1：电路原理图
附录2：源程序
参考文献：
1系统方案的选择与论证本系统主要由单片机控制模块、电源电路模块、红外遥控控制模块、LED线阵模块、图文录入模块组成，下面论证几个模块的选择。 1.1 单片机控制模块的选择与论证 方案一：采用STC89C52单片机为主控芯片。共用40个引脚，由于LED线阵需要32个引脚驱动，所以此单片机作为本系统的控制芯片不合适。 方案二：采用IAP15W4K61S4单片机作为控制芯片。宽电压，不怕电源抖动。超低功耗，掉电模式下外部中断唤醒功耗<0.1uA；空闲模式下，功耗<1mA；正常工作模式下为4mA~6mA。该芯片一共有64个引脚，可以满足本系统的控制。 由于考虑到LED线阵加上其他外设部分电路会使用到许多的单片机I/0口所以选择方案二。 1.2电源电路模块的选择与论证 方案一：采用串联几个干电池再经稳压给系统供电。这种方案电路比较简单，由于只是直流的稳压，所以得到的电压都比较的稳定。对电路的干扰低。 方案二：采用变压器稳压供电。如果采用变压器来经过变压整流滤波稳压得到需要的电压，这样不仅电路的所用到的元器件较多，电路产生的干扰也较大。 考虑到要使显示稳定则电机转速要稳定则供电模块也要稳定，所以考虑到显示的稳定性选择方案一。 1.3电机类型的选择与论证方案一：选择转速高的直流电机。扭距大的电机，会使得显示的画幅增大。转动起来也比较的稳定，得到显示的图案也稳定。 方案二：普通低速直流电机。转动起来摆动很大，会使显示不稳定。 由于采用转速高的电机会使得系统显示的内容比较稳定，显示的幅度到达要求，所以选择方案一。 1.4图文录入方式的选择与论证方案一：采用16个颜色传感器对图文卡进行扫描。由于图文是黑白分明的图案，所以采用此方法可以实现功能，但是焊接16个传感器会导致电路变复杂，稳定性也不够好，如果某一传感器损坏则会导致最终的扫描结果出错。 方案二：采用触摸屏方式输入图文卡信息。在手动输入对应的图文信息，然后再利用串口通信将触摸屏的内容传送到LED线阵上显示。此方法电路结构会比较的简单，输入图文的速度也会比较的快。 由于考虑到题目要求的要在5分钟内录入3张图片，所以要求录入的效率要高，所以本系统采用方案二。 2系统理论分析与计算
2.1 双色 LED限流电阻的计算 
当LED 线阵显示时，应当选取适当限流电阻，这样不仅能够满足图文显示需要，而且对LED有保护作用，本系统采用的是红绿双色的贴片LED，根据此LED的额定电压和额定电流，根据公式2.1可以计算出限流电阻的大小为560Ω。 公式2.1 限流电阻计算 2.2 LED线阵旋转时重心平衡的分析 LED线阵在转动的过程中会产生较大的扭力和向心力，如果LED线阵在转动时不平衡就会造成系统的晃动，甚至摧毁LED线阵及系统，所以应当找到平衡点或者增加两边的重量使其软转时到达平衡。本系统是在线阵LED的另一端加上相对重量的螺丝使得两边达到平衡，如图2.2所示是本系统配重达到平衡后的实物图。 图2.2 配重平衡实物图 2.3 LED线阵图文显示分析与计算 显示主要是显示的内容和显示的位置，显示的内容直接用取字模的软件，即一个16*16的点阵进行取模；而对于显示位置则是根据红外传感器提供的标志信号，将两次经过标志的时间用定时器记录，设为T，则可以得到每 l 度对应的时间t。t=T/360, 这样可以将字符显示固定在需要显示的位置(度数)上。 2.3.1图案间隔点的分析与计算基本要求（3）要求的是固定显示2个独立全亮的16*16点阵图形，图形间隔为4个点阵点距离。红外对光管记录LED显示的起点，再算出LED线阵转动一圈所需要的时间，由软件测试得到LED线阵转动一圈会消耗的时间。显示完一个图形后，延时4个点阵点的时间再重新显示第二幅图的内容。这样LED线阵显示的两个图案间隔的距离就是4个点阵点的距离。 2.3.2图形宽窄变化的分析基本要求（4）要求是对显示的16*16的图形，可以使显示图形在水平方向上进行宽窄变换循环显示，宽窄变化不小于两个点阵点的距离，变化不少于 5 次。此要求本系统是采用的软件延时来精准控制LED显示熄灭的时间长短。 2.3.3图文录入的分析发挥部分（1）的要求设计制作具有显示与回放功能的图文录入器，5 分钟内录入 3 张图文卡信息，录入方式不限制，能按录入顺序回放显示 。使用触摸屏的方式给录入图文卡片的信息然后再连接上LED线阵上的单片机进行串口通信，将录入的图文信息传给控制LED线阵的单片机。这样就可以实现LED线阵显示图文信息，同时使用触摸屏回放显示录入的图文信息。
3硬件电路与程序设计
3.1系统总体框图的分析
图3.1 系统总体框图
3.1.2 电源电路原理图1、无线供电电路，利用自激振荡把5V电压装换成交流电压。如图3.1.2所示。整个系统供电系统如图3.1.2b所示。 
图3.1.2 无线供电原理图
图3.1.2a 无线供电电路原理图
图3.1.2b 电源系统供电结构框图 3.1.3 红外接发收原理图 由于本系统LED线阵转动起来的时候会产生很强的向心力，所以如果使用键盘去切换显示的模式会很不方便，也会很容易碰到LED线阵。所以本系统采用的是红外无线遥控的方式去控制显示的模式，如图3.1.3所示是本系统的红外遥控接发收模块电路。 图3.1.3 红外遥控接发收电路原理图 3.2程序的设计3.2.1程序功能描述与设计思路1、程序功能描述 红外接收传感器功能：利用红外遥控的方式可用来实现题目任意指定显示两条水平线的功能。也可以用来切换显示模式。遥控器功能具体如下表3.2.1所示 表3.2.1 红外遥控按键功能说明 3.2.2程序流程图1、主函数流程图  图3.2.2 主函数流程图 3.2.3程序提调试步骤与分析1、第一步给单片烧录进写好的程序，然后启动电源，运行LED线阵装置。用红外遥控器按下1键，观看LED线阵是否能够显示两条直线，再用红外遥控器看看是否能够移动点亮的水平线。经过调试该系统能够实现该功能。 2、调试LED线阵，让其能够显示两条水平线分别从上往下和从下往上周期性的运动。同样是烧录进程序，看看LED线阵是否能够达到程序设计的要求。经过调试该系统可以实现这个功能。 3、烧录程序使得LED点阵能够显示两个独立全亮的点阵图形，图形间隔为4个点阵点的距离，首先是能够让LED点阵显示两个全亮的图形，然后再调试图形的间隔，可以根据LED显示的时间来控制图形显示的间隔。经过调试该系统可以实现该功能。 4、烧录进去需要实现功能的程序，首先看LED点阵是否能够显示设定好的图文，然后再调试软件控制图形宽窄的变化。经过软件调试，该系统可以实现该功能。 5、烧录程序实现功能的程序进单片机然后，首先是利用一个图文录入器将随机抽取的图文卡信息存入图文录入器，然后再利用串口通信程序将图文录入器录的内容发送到控制LED线阵的单片机上，然后再运行该系统，看是否能够让LED线阵显示图文录入器录入的内容。 该系统在调试时遇到不能将图文录入器录入的内容发送到LED线阵上去显示，然后发现后两块单片机的电压不一样，所以在硬件上加上一个电平稳定模块，决了图文录入器不能将内容发送到控制LED显示的单片机上。 6、将实现图文间隔3个点阵点显示画幅120幅度的程序烧录进单片机，运行该系统然后看是否能够按要求正确的显示。经调试该系统可以实现该功能。 7、将可以使得图文同时显示多种颜色的程序烧录进单片机，运行该系统看是否可以实现图文颜色交替的显示。经过调试该系统可以实现该功能。 4测试方案与测试结果4.1测试方法1、硬件测试 ①采用数字万用表及示波器与函数信号发生器对电路板焊接情况测试。 ②用直流稳压电源给电机一个低速的电压，检测结构的稳定性如何。 2、软件仿真测试 ①编译程序，现看软件中的引脚端口是否一一对应，再看是否存在语法错误，若无语法错误，再看是否存在有逻辑的矛盾。 3、硬件软件联调 ①先简单的写一个驱动LED线阵的程序去调试，看看LED是否对应的点亮。 ②将电机驱动起来再看看LED线阵在转动的情况下是否能够正确的显示。 4.2测试分析与结论根据上述测试数据，由此可以得出以下结论： （1） 该系统可以实现在 LED 任意指定行上稳定显示两条水平线（单一 颜色）。 （2） 该系统可以实现显示从 LED 最上和最下端一行开始，并且可以实现控制两条水平亮线向中间做上下往复运动。 （3） 该系统可以固定显示 2 个独立全亮的 16×16 点阵图形，且图形间隔为 4个点阵点距离 （4）该系统可以实现显示图形在水平方向上宽窄变换循环的显示，并且该系统可以满足宽窄变化不小于两个点阵点的距离的要求，变化不少于 5 次。 （5） 该系统可以利用图文录入器录入随机抽取的3张图文的信息，可以实现用图文录入器回放显示录入的图文信息，并且可以实现将图文录入器录入的信息传送给LED线阵显示。 （6）本系统可以将录入的图文信息传输到 LED 线阵显示装置上，并能够按要求在 120 度弧面区域内同时显示3 个点阵点的间隔的图文。 （7）本系统可以将图文录入的图形以红色、绿 色、橙黄色交替变色的显示显示，变色显示样式可以达到5 种。 综上所述，本设计达到设计要求。 1
附录1：电路原理图无线供电模块电路原理图
IAP15W4K61S4单片机引脚图
附录2：部分源程序
主程序函数
void main(void)
{
P0M0=0X00;//初始化IO口 为准双向口
P0M1=0X00;
P1M0=0X00;
P1M1=0X00;
P2M0=0X00;
P2M1=0X00;
P3M0=0X00;
P3M1=0X00;
P4M0=0X00;
P4M1=0X00;
P5M0=0X00;
P5M1=0X00;
P6M0=0X00;
P6M1=0X00;
P7M0=0X00;
P7M1=0X00;
send1(0x1111);
IrInit();
UartInit();
InitTimer0();
IT0=1;//初始化外部中断 起点检测
EX0=1;
EA=1;//开中断*/
dis_mo=mo1; //指针函数指向模式1的函数
P55=0;
while(1)
{
switch(IrValue[2])
{
case 0x16:dis_mo=mo1;IrValue[2]=0;break;
case 0x0c:dis_mo=mo2;IrValue[2]=0;break;
case 0x18:dis_mo=mo3;IrValue[2]=0;break;
case 0x5e:dis_mo=mo4;IrValue[2]=0;break;
case 0x08:dis_mo=mo5;IrValue[2]=0;break;
}
dis_mo(); //运行指针函数指向的函数
}
}
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LED线阵显示装置.doc
(2.28 MB, 下载次数: 173)
无线供电小板电路图.pdf
(73.69 KB, 下载次数: 62)
旋转LED.pdf
(106.21 KB, 下载次数: 96)
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