24小時論文定制熱線
24小時論文定制熱線
摘 要
當前LED顯示屏的使用范圍非常廣,但是它們的造型單一,缺乏新意.而且當前傳統的旋轉LED顯示屏,都是在旋轉部分外加電池進行單獨供電,電池供電使用時間短,充電時間有限,不能連續工作,破壞整體平衡,需要配重,增加電機功耗,造成使用時間縮短,電池和電機使用壽命的降低,效率也非常低,成本也相對較高;另外,傳統顯示屏的溫度較高,散熱性差;傳統顯示屏上的LED并沒有得到最大化的利用,造成了資源的浪費.隨著工業4.0時代的到來,對于LED信息顯示技術也需要越來越智能化和多元化.
本文設計一套裝置,基于單片機采用旋轉式LED來顯示文字,利用眼睛視覺暫留的這一特征,只需要兩列發光二極管在電機的作用下高速旋轉,顯示出很好的動畫效果,即可以用很少的LED實現一整塊顯示屏的功能.旋轉的范圍為一個周角,這樣既可以合理利用資源,還能降低成本、彌補平板顯示屏的缺點.
本論文在深入了解旋轉LED顯示屏的工作原理的基礎上,硬件部分使用無線供電提高整個系統的壽命;使用STC89C52RC單片機為控制核心,實現發光二極管的可控點亮和熄滅;使用時鐘DS1302實現準確顯示日期時間信息,提高實用性;使用PCB板焊接,提高產品效率;恒定的轉速是由紅外二極管來實現,保證顯示出來的文字和動畫效果不亂碼.軟件部分使用Keil u Vision4軟件開發平臺和C語言編寫合理的程序算法,下載到單片機最小系統中,實現對整體顯示的控制.
關鍵詞:旋轉LED;單片機;顯示屏;無線供電
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
目錄
第一章 緒論
1.1課題背景及意義
在持續快速發展的當今社會,單片機貫穿于各個高科技技術領域.如計算機領域,工業創新領域,我們的家用電器領域等等.層出不窮的新產品隨著時代的更新而更新,其具有體積小,低成本,適用面積廣等優點,單片機是在一塊超大規模集成電路芯片上組合了中央處理器的存儲電路、定時輸出入電路等[1].LED顯示屏的使用頻率與范圍越來越廣泛,傳統LED顯示屏大多都是由無數個發光二極管的點陣形式組合成的一個大集合,這種傳統LED顯示具有亮度高,面積大等優點.基于單片機控制的旋轉式燈廣泛應用于KTV、酒吧、餐廳、賓館等娛樂場所.而且為了吸引顧客的眼球,增強企業在整個行業的競爭力,可以在恰當的地方用這種新穎的創意形式來取代傳統普通燈[2];同時,在軍事方面如雷達、偵察等應用也越來越廣泛.
低電壓的掃描驅動的方式被現有的LED顯示屏采用,它包含的優點有種類豐富、預防水性能好、視野寬闊、可視位移清晰明亮等等[3].
LED顯示屏作為目前市場上的一匹黑馬,發展潛力強,發展的速度也快并且面對市場上的各種需求都可以做到應對自如.但是,目前LED顯示屏使用LED數目太多而且需要的驅動的電路也非常龐大,不僅如此,顯示屏使用時溫度比較高,散熱性又非常差,一般需要采用其他方式對其進行散熱,這樣只會加大成本,不利于市場化的需求.同時,現有LED顯示屏在供電方面一般采用電池或者有線供電方式,傳輸效率比較低,壽命也比較短.
針對現有LED顯示屏的這些缺點,設計一種成本低、高亮度、壽命長、散熱性能好,性能穩定,由STC89C52RC單片機控制的一種新穎的旋轉式LED顯示屏滿足該產業市場化的發展,以及提高產品使用壽命及傳輸效率具有深遠意義.
1.2國內外LED顯示屏研究現狀及趨勢
作為一種用來傳播信息的手段,LED顯示屏幕傳播信息越來越受到大家的追捧,它主要是發揮了點陣模塊的作用或者是由像素的每個小單元組合而成的平板顯示信息的屏幕[4].其中,LED顯示屏幕包含的主要優點有:其一是有著豐富的顏色變化,其二是具有靈活的組織形態,其三是LED使用的壽命較長,其四是節能環保,外表美觀,其五是易于被大眾所接受等等.在國外,自上世紀八、九十年代以來,伴隨著LED制作產品技術的不斷完善與創新,LED顯示屏在生活、工業等領域中得到了廣泛的使用.我國從上世紀九十年代中后期起,隨著我國經濟的飛速發展,對于信息的傳播需求量也越來越大,由此,LED顯示屏逐漸的進入我們的生活中,并在當今的信息傳播途徑中扮演著重要的角色[5].因此,LED顯示屏在應用方面的水平與它在設計方面的制造技術取得了飛速發展.已經經歷過從單雙色文字顯示屏到圖像顯示屏的發展歷程[6].
我國LED顯示屏產業雖起步較晚,但是經過近一二十年的努力,產業規模已經非常大了,國產產品在市場上已經具有非常高的占有率[7].在大型商場、銀行等各類辦事窗口、地鐵站等隨處都可以看見LED顯示屏,可見它的市場化需求很高.LED行業已經成為一個發展快前景廣的新興產業,發展空間也非常大.隨著我國信息化產業鏈的不斷壯大,LED顯示屏已經成為各類信息對外傳播的一個十分重要的工具[8].目前廣泛應用于室內和室外需要進行服務內容宣傳的公共場所,比如證券交易、銀行信息顯示、室內外公共場所廣告的宣傳、車站引導旅客信息顯示、公交車上報站信息顯示、食堂的菜單顯示信息、高速公路上的道路是否可行的顯示信息、機場航班上的動態顯示、奧運會場上比賽信息顯示、郵政電信等國企的一些業務宣傳信息顯示、紅綠藍三種交通信號燈等等[9].顧名思義,LED顯示已經成為城市亮化,現代信息化時代的重要標志之一.現如今,LED顯示屏幕已經成為現代化城市的一個重要標志.在工業快速發展的今天,生產、制作LED顯示屏的企業進行了適當的轉變,逐漸的向研發技術、創新領域型靠近.當前,國內外的LED顯示屏市場呈現出了趨于飽和現象,加上新興市場動力不足等因素,最終導致了LED顯示屏行業低迷現象的發生[10].在這種情況之下,全彩色的LED顯示屏正在逐步的成為該領域中熱點.其中,全彩LED顯示屏包含的優點主要有:(1)顯示顏色豐富多彩;(2)信息內容生動、靈活;(3)具有新穎的設計空間;(4)滿足當前市場需求;(5)符合當代數字化信息傳播的理念等等;我們有理由相信,全彩色的LED顯示屏,在當下包括未來都將會成為該領域中的一個熱點產品[11].隨著LED產業鏈相關法律法規的不斷修正補充,LED 顯示屏將靠近高亮度、規范化、全彩化、標準化、產業市場上多樣化的產品種類結構化與智能化的趨勢不斷發展[12].
1.3本文的主要研究內容及章節安排
本文主要是針對產業市場化,產品結構智能化與多元化這一趨勢,以及市場上現有的中小型LED顯示屏,因為它組成的發光二極管數量偏多并且需要電路驅動的元器件也非常多,所以成本大大的提高了;并且顯示屏使用時溫度比較高,散熱性差;同時,現有LED顯示屏在供電方面一般只采用電池或者有線供電方式,傳輸效率比較低等,為解決這些缺點本作品在設計中采用的控制芯片是STC89C52RC單片機,使用了互相垂直的兩列發光二極管作為顯示屏,利用了我們眼睛的視覺暫留并結合直流電機的性質,對顯示屏的轉速進行控制,使顯示屏幕以穩定的速度旋轉,最后實現整個顯示屏動畫信息的顯示.在整個系統工作過程中用戶可利用無線供電實現提高整個系統的傳輸效率及提高了產品的壽命.并且使用RS232總線來實現PC機和單片機串口的通信,實現單片機內部數據儲存器中信息的更替.
主要完成的工作內容:
(1)完成基于STC89C52RC單片機旋轉式LED的硬件部分系統的設計.
(2)根據系統的硬件電路的組建來完成軟件系統的設計.
(3)對系統進行測試并調試,確保系統正常穩定的工作.
論文將分成六部分,每部分的具體內容安排如下:
第一章緒論.主要對本設計的課題背景及意義、以及目前國內外LED研究現狀及趨勢進行了簡單的論述,并且對本論文研究的內容及章節安排進行相應的論述,目的是為了說明本課題具體的研究意義.
第二章先介紹系統元器件與傳統旋轉LED的工作原理,分別就供電系統、顯示系統的軟硬件結構進行詳細的分析,接著對傳統旋轉LED系統結構進行分析,目的是為下一章單片機控制旋轉LED整體軟硬件設計方案做理論基礎.
第三章主要對本設計的整體硬件電路設計的方案進行了詳細的闡述,分別對單片機最小系統控制模塊、電機及其供電模塊、顯示模塊、紅外控制信號等七大模塊設計進行詳細論述.
第四章主要是對本設計軟件設計的整體方案進行論述,根據所需要實現的功能繪制相應流程圖然后編寫相應的軟件程序.
第五章主要對本設計進行軟硬件調試及其分析并對整個設計進行功能測試.
第六章對本論文工作的總結及對未來工作進行展望.
1.4本章小結
本章首先介紹了本課題的研究意義,接著介紹LED顯示屏在國內外發展狀況及趨勢,最后根據現有的旋轉LED顯示屏存在的不足提出本論文的主要研究內容并對本論文結構進行具體的安排.
第二章 系統元器件與傳統旋轉LED的工作原理
當今世界科學創新技術的飛速發展,導致電子器件也在不斷的更新,元器件的類型眾多,型號各異.因此,針對本項目設計需要,選擇合適的器件是設計出本項目產品的重要一步,在本章節中,主要將介紹旋轉LED所需要的各種元器件及傳統LED工作原理.
2.1 系統元器件工作原理
2.1.1 發光二極管工作原理
2.1.2 單片機工作原理
2.1.3 電機工作原理
2.2 傳統旋轉LED工作原理
2.2.1 傳統旋轉LED系統結構分析
2.3 本章小結
第三章 旋轉LED系統的硬件電路設計
3.1 系統硬件電路總體方案設計
3.2 單片機最小系統模塊設計
3.3 電機供電模塊設計
3.4 無線供電模塊設計
3.5 顯示模塊設計
3.6 紅外信號控制模塊設計
3.7 時鐘模塊設計
3.8 串口通信電路設計
3.9 本章小結
第四章 旋轉LED設計系統中軟件程序的設計
4.1 計算機語言與開發環境
4.1.1 匯編語言和C語言在軟件開發中的比較
4.1.2 KEIL軟件基礎
4.1.3 STC-ISP軟件基礎
4.1.4 PCtoLCD2002軟件基礎
4.1.5 Protel99SE軟件基礎
4.2 軟件設計流程
4.2.1 系統主程序流程圖
4.2.2 漢字取模圖
4.3 本章小結
第五章 旋轉LED系統的調試
5.1 硬件調試
5.2 軟件調試
5.3 本章小結
第六章 總結與展望
6.1本文工作總結
本文中對旋轉LED的設計與控制系統進行了研究,本設計控制的核心是STC89C52RC單片機,通過編寫好的程序來控制需要顯示的文字或圖案,通過PCB板實現人工焊接,提高產品效率,使用無線供電,提高產品壽命等.這和旋轉LED的設計前預期結果一致.本論文具體的工作以及成果如下:
(1)本論文完成基于STC89C52RC單片機旋轉式LED的硬件部分系統的設計.本次設計的創新點之一就是設計無觸點的無線供電,目的是提高產品壽命,制作時已達到預期效果.本次設計的創新之二就是把互相垂直的兩列LED通過旋轉的方式變成兩個屏幕分別顯示時鐘信息與文字.在設計電路的過程中始終堅持線路簡單,軟件的優勢突出的設計理念,盡量降低產品成本.
(2)根據系統的硬件電路的組建來完成軟件系統的設計;首先詳細研究軟件程序,并用C語言來編寫程序,用Plotel99SE軟件設計電路并仿真成功,用PCto LCD2002軟件對文字進行成功取模,設計出程序框架圖,經過多次測試與修改,多次耐心把問題解決,最終編寫出正確的軟件程序,達到預期效果.
(3)接下來對系統進行測試并調試,確保系統在室內外環境下可以正常穩定的工作;還有對硬件進行準確的焊接,并對自己在硬件軟件的調試過程中遇到的問題和自己是如何解決的都一一做了的說明.本設計實現了基于STC89C52RC單片機的旋轉LED的漢字顯示、時鐘與日期顯示.最終成品顯示比較穩定沒有閃爍,達到預期效果.
總之,基于STC89C52RC單片機使旋轉式LED顯示屏成功運行.也完成了一種創新型、低成本、壽命長、散熱性好并且性能穩定的LED顯示屏設計,這種旋轉式LED顯示屏滿足其產品在現有市場化的發展,并且保證產品壽命增大、傳輸效率提高都具有深遠意義,未來隨著科技的不斷發展,該顯示屏會得到越來越廣泛的使用.
6.2未來工作展望
這種利用較少的 LED 的旋轉LED 顯示屏在現代工業化生產中配合單片機可以達到完全代替一整塊顯示屏的作用.由于實習時間與個人能力等各個方面因素,本設計雖然達到了預期的效果但還是存在一些不足,所以我對未來的工作提出幾點展望:
(1)本設計雖然成功顯示文字與時鐘信息,但是未來還可以增加美妙的音樂,還可以增加所需的視頻播放功能等等,盡可能滿足人們的需求,使顯示更貼近豐富、絢麗多彩與實用,希望以后可以設計出多功能,穩定性更強的旋轉 LED 顯示屏.
(2)本設計雖然達到預期得效果但是重心比較容易偏移,調試的時候比較花時間,這些都要求我們對 PCB 板內部的布局有一定得知識積累,才可以更好的調節好重心.目前設計的是二維立體的旋轉,希望隨著工業技術迅猛發展,還有個人理論知識及工程實踐能力不斷積累,可以成功設計出三維立體顯示屏等等,這些都需要我們大家在未來不斷的摸索與研究.
參考文獻
[1]海明,肖旭華. LED照明設計與工程案例[M].北京:化學工業出版社, 2012. 33-37
[2]楊穎. LED照明設計基礎與技術應用[M].北京:機械工業出版社, 2013.3-7
[3] Eugene Hecht. Optics Design [J]. Nature, 2005, 11 (5): 21-23
[4] Rupert Hector, Gunter Griafe. Optiktechnologie [J]. Nature, 2009, 10 (2): 132-137
[5]余懷之.紅外光學材料[M]. 2版.北京:國防工業出版社, 2015. 50-53
[6]張毅剛.單片機原理及應用[M].北京:高等教育出版社, 2010. 27-29
[7]溫子祺,劉志峰,李益鴻等. 51單片機C語言創新教程[M].北京:北京航空航天大學出版社, 2011. 45-47
[8]李承,徐安靜.數字電子技術[M].北京:清華大學出版社, 2014. 45-47
[9]徐長銀.電子線路[M].北京:清華大學出版社, 2014.16-19
[10]趙瑩,曲萍萍.電子技術[M].北京:機械工業出版社, 2015. 71-72
[11] W. Richard Stevens. Advanced Programming in the Environment [J]. Nature, 2014, 8 (9):60-67
[12]趙桂欽.電子電路分析與設計[M].北京:電子工業出版社, 2006. 1-1
[13]黃文奇,楊虹.光敏傳感器實驗課程改革探索[J].大學物理實驗, 2016, 29 (1): 78-81
[14]袁曉溪.基于單片機的LED顯示系統[D].長春:吉林大學物理學院, 2015.
[15]羅中華. LED信息顯示屏系統的設計[D].南昌:南昌大學, 2008.
[16]夏繼軍,江仁杰.半導體發光二極管的應用及發展前途[M].湖南:湖南農刊, 2007. 11-11
[17]丁弋宇.基于嵌入式以太網的LED顯示屏控制系統應用研究[D].南京:東南大學, 2006.
[18]柳兆軍.基于ARM的無線LED顯示屏系統設計[D].濟南:山東大學, 2009.
[19]崔豪.基于嵌入式技術的LED顯示屏控制系統應用研究[D].南京:南京大學, 2015.
[20]劉援瓊.基于AT89C51單片機的LED點陣顯示系統設計[D].天津:天津工業大學, 2015,12.
[21]李毅,陳連坤,石慶國.節能型LED點陣屏的設計與實現[J].現代計算機月刊, 2011, (28):62-65
[22] Patrick H J,Chang C C, Vohra S T. Long period fiber gratings for structural bend sensing [J].Electron Lett, 1998, 34 (18): 1773-1775
[23]胡陽.基于視覺暫留的動態掃描LED旋轉屏[J].現代電子技術, 2012, 35 (5): 186-188
[24]石玉,夏鏈. LED電子顯示屏控制系統設計[J].中國高新技術企業, 2012, (14): 46-49
[25]王浩然. LED雙色屏及其控制系統的設計與實現[D].杭州電子科技大學, 2011.
[26]張欣然.用于激光控制平地作業的車載式智能高度測量系統的研究[D].河北農業大學,2012.
[27]劉珂.基于單片機的旋轉式LED廣告屏的研制[D].西安:西安科技大學, 2013.
[28]蒲靈巧.基于單片機的旋轉LED顯示屏控制系統的設計與實現[D].成都:電子科技大學,2014.
[29]郭淳.磁耦合諧振式無線充電系統的研究與設計[D].太原:中北大學, 2017.
[30]張曉玲,郭穎,劉浩文.基于單片機的POV旋轉LED顯示屏設計[J].電子設計工程.2017, (13): 139-142
[31]吉青晶.磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的諧振器電磁場仿真及實驗研究[D].東南大學碩士學位論文, 2013.
[32]毛賽君.非接觸感應電能傳輸系統關鍵技術研究[D].南京:南京航空航天大學, 2006.
[33]李紫薇.無線可充電傳感器節點開發與能量管理研究[D].浙江:浙江大學, 2014.
[34]胡陽.新型旋轉LED顯示屏的研究[D].安徽:安徽理工大學, 2017.
[35]章禮澤,趙衛軍.單片機遠程通信的電路設計[J].微計算機信息, 2004, (6): 79-80
[36]楊勇,劉佩軍.微型計算機接口技術[M].北京:電子工業出版社. 2005. 184-184
[37]劉碩.單片機匯編語言我見教學之我見[J].赤字, 2014, (12): 197-197
[38]盧旭錦.淺談單片機編程語言[J].電腦知識與技術(學術交流). 2007, (3): 765-765
[39]譚炳菊,富鈺.單片機C語言編程方法探討[J].遼寧高職學報, 2010, (4): 43-44
[40]蘇培華,師玉軍.各種單片機編程語言比較[J].西安文理學院學報(自然科學版), 2008,(3): 113-115
[41]辛巍.基于單片機的通用控制器設計與實現[D].上海:上海交通大學, 2009.
[42]劉映群,孫兵等. Proteuss與Keil在單片機教學中的應用[J].中國現代教育裝備, 2010,(11):42-43
[43]王志超.單片機C語言編程技巧在嵌入式系統開發中的研究[J].宜春學院學報, 2006,(2):73-75
[44]王榮秀.基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究[D].重慶:重慶大學, 2006.
[45]鄧睿.超磁致伸縮執行器微位移控制系統的研究[D].大連:大連理工大學, 2006.
[46]葛順明.基于標簽交換的Ad Hoc無線網絡關鍵技術的研究[D].北京:北京郵電大學,2007.
（如您需要查看本篇畢業設計全文，請您聯系客服索�。�