基于单片机实现的显示摇摇棒的系统设计设计论文(论文)word格式.doc

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1 引 言 1.1系统设计要求 Welcome”、汉字词组“美亚”和北京奥运会会徽图形,并适当增加设计特色与创新。 1.2 系统设计思路及特点 2 系统理论设计 2.1 系统总体方案比较及说明 图-1 方案一原理框图 该方案线路简单,扫描控制开关可选择机械开关或编码开关或水银开关,在显示棒摇摆时接通线路控制单片机扫描输出字符或图形的列编码信号;单片机外另接有中断控制按钮用以切换不同字符或图形的显示,LED线阵采用普通三极管驱动,电路采用4节充电电池供电。 此方案的优点是:单片机C51的端口较多,可实现显示数据并行传输,速度较快,且外围电路简单,调试较方便。 缺点是:为了增大显示清晰度,除去可能由背景LED灯占用的端口外,单片机剩余端口无法使线阵中LED灯数量扩展至24只以上;单片机使用的晶振频率较大,软件不易实现对计数的控制。 方案二:由单片机AT89C2051最小系统、寄存器组、驱动电路、LED线阵和电源部分组成,原理方框图如图-2所示。 图2 方案二系统设计框图 2.2 系统总体结构设计及说明 图 系统总体结构框图 2.系统硬件理论设计、电路原理图 图4 单片机最小系统 2.3.2 寄存器组电路 寄存器组电路如图-5所示,寄存器组由三个八位移位寄存器74HC164组成,时钟触发信号同时来自单片机P3.1口,寄存器U3输入端接入来自P3.0口的串行输出信号,其余两寄存器输入端接在左边寄存器的输出端上,组成的寄存器组具有24位移位功能,可以满足按列至少16只LED灯扫描显示的要求。 图5 寄存器组电路 2.2.3 扫描控制开关 该开关接线原理图如图-6(a)所示,扫描控制开关起着摆动传感作用,每当显示棒摆动至左端位置时,开关瞬时接通,中断信号送入单片机,控制若干次扫描信号输出。 方案一:采用机械式开关,如图-6(b)所示,红色弧线代表摆子的导轨,限制其摆动轨道,P1和P2为左右触点,P1接至中断口INTO,P0接地,该开关材料和制作简单,但摆子转轴和地线接触可靠性较差。 (a) (b)机械开关 图6 扫描控制开关 方案二:采用光限位开关,可靠性很强,但摆棒的粗细需匹配,开关体积过大,而且难以购买,价格昂贵。 方案三:采用水银开关,其体积较小,价格适中,可靠性强,选择此方案。 2.3.4 自动掉电控制电路 自动掉电控制电路原理如图-7所示, 其中按键S作为电源开关和显示切换开关,按下此键时,PNP型三极管进入饱和导通状态,接通单片机电源,此时由程序控制单片机持续送入低电平信号,使三极管保持导通状态;若一段时间内扫描控制开关和显示切换开关均未送入中断信号,则单片机送出高电平,三极管截止,系统进入休眠省电状态;未进入省电状态时再次按下开关S,单片机产生中断,变换显示的字符或图形。 图7 自动掉电控制电路 2.3.5 LED驱动及显示电路 LED驱动及显示电路如图8所示,LED灯点亮所需电流一般为三至五毫安,八只LED总电流只有几十毫安,因此驱动采用一只普通三极管即可,图中二极管D1~D3起分压作用,所有LED点亮的控制信号来自三个寄存器74HC164。 图8 LED驱动及显示电路 2.3.6 系统总图: 2.4系统软件设计、各程序流程图a)所示,需实现的功能是初始化各端口和变量。判断图文切换按键和中断开关是否被按下,若没按下,则延时若干秒后进入休眠省电模式;若按下,则进行字符的切换显示。 2.按键中断实现数据扫描切换程序流程图如图-9(b)所示,单片机外部中断源有2个,采用外部中断0作为判断是否摇摆的端口,该端口连接水银开关,如果有摇摆,则触发外部中断,进行扫描数据处理。 3.赋值子程序流程图如图10(a)所示,赋值前先检测中断是否有效,如有效,则将要显示的字符数据依次送入寄存器,送完后返回。否则返回到中断入口处等待下一次中断的到来。 4.定时间隔子程序流程图如图10(b)所示,首先判断扫描间隔是否太大,如果太大,则使用默认间隔,否则启动定时器,在定时期间判断中断是否又被触发,如果有,则定时停止,强行返回。否则等到定时结束后再返回到扫描子程序中。 图10 程序流程图2 3 系统实现 3.1硬、软件分别调试及联合调试阶段调试 联合调试 3.2 方案的修改、说明4 系统测试 4.1实验、测试仪器与测试试验方法 型号 指标 生产厂家 数量 双踪示波器 SS-7802A 20Hz 日本岩崎 1 稳压电源WD-5 +5V, -5V,-启东市斯迈计算机厂 Vc9806+ 位 深圳市胜高电子科技公司 1 4.2 测试数据及测试结果分析 4.2.1 测试数据 安装好电池后,按下电源

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