LED显示棒的设计.doc

LED显示棒
摘要:本设计以AT89S52单片机为控制核心,由行扫描控制、列信号控制,功能按键,数字电子钟,LED显示、电源等功能模块组成,根据人眼睛的视觉暂留效应,采用线阵LED运动成像原理制作而成。本系统主要通过软件控制来实现硬件功能,大部分功能都是由软件控制来实现,使电路简单,系统稳定性提高。本系统不仅实现了题目的基本要求,发挥部分要求也全部实现,并创新地增加了数字电子钟、动态显示图像和节电功能。
关键词:AT89S52 LED显示运动成像
1引言
LED显示棒是基于人眼睛的视觉暂留效应,运用最新的线阵LED运动成像原理制作而成。当显示棒摆动到不同位置的时候,让位于一条直线上的LED显示二维图像的不同的列,实现图形扫描显示。它可以通过在轻轻摇动棒体,就可在摇摆出的扇形轨迹面上显示非常稳定清晰的文字或图案以及显示简单的动画。
本设计要求制作一个靠摇动能够显示特定字符、图形的显示棒。通过单片机对呈线状排列的LED灯输送数据,通过控制LED棒的摇动实现字符、图形地显示。设计的基本要求是:设计一个基于LED的显示棒,LED灯必须线状排列,至少使用16只;摇动时形成的亮灯扇形区域能够让人分辨出“A”字符、“电”字;国际奥委会五环图形;用按键实现显示切换,用电池供电。发挥部分的要求是:摇动时形成的亮灯扇形区域能够让人分辨出英文单词“e”、汉字词组“美亚”、北京奥运会会徽图形以及其它特色与创新。
本设计特色与创新在于增加了数字电子钟、节电及动态显示图像功能。
2系统设计与论证

通过对题目的充分理解,将系统分为以下几个部分进行设计:中央控制器、数字电子钟、电源部分、控制部分、功能按键切换部分、显示部分。根据分析系统设计框图如图2-1所示:
中央控制器
功能按键
LED
显
示
电源部分
行扫描控制
列信号控制
数字电子钟
图2-1 系统设计框图
列信号控制的作用是用来监测LED显示棒的动作和位置,通过判断显示棒的动作状态和位置,输出对应数据;行扫描控制的作用主要是控制显示棒以合适的频率往复运动,动态显示字符和图形;通过行控制和列控制的相互协调,配合按键的切换,LED能够显示控制器内部存储的字符、图形数据和数字电子钟的时间。


显示部分是本次设计最核心的部分,对于LED显示有以下两种可行方案:
方案一:单色LED显示。单色LED显示控制简单易行,显示的色彩单一,视觉感受较彩色的差,但人眼睛在相对稳定的环境中对单一色彩的变化较敏感。
方案二:红黄蓝三色LED显示。此种方案较上一方案,控制较复杂,理论分析该方案显示的色彩绚丽,尤其在显示图形的时候视觉效果比较好,但实际制作后发现摆动时三种颜色容易相互干扰,反而使图形显示的不够清晰。
通过比较,基于人眼睛对单一色彩变化敏感的优点,本设计采用方案一。LED显示模块根据赛题的要求至少使用16只LED,在实际制作过程中我们发现,如果只用16个LED能够实现显示赛题的基本要求显示“A”、“电”、“美亚”但在显示国际奥委会五环图形时,图形看起来不够清晰,北京奥运会会徽图形显示相对更模糊,经过测试比较,最后确定采用32个LED显示,不但能够清晰地显示出基本要求部分的内容,而且发挥部分功能也能完全实现。

数字电子钟是本设计的创新部分,可有两种方案选择。
方案一:本方案完全用软件实现数字时钟。原理为:在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息,利用定时器与软件结合实现电子钟功能。当单片机不上电,程序将不执行,且由于每次执行程序时,定时器都要重新赋初值,所以该时钟精度不高。
方案二:本方案采用专用时钟芯片DS1302。它可以对年、月、日、时、分、秒进行精确计时,采用三线接口与CPU进行同步通信,。DS1302主要特点是采用串行数据传输,可为掉电保护电源提供可编程的充电功能,并且可以关闭充电功能
。因此采用时钟芯片完全可以满足本设计的数字时钟的设计要求。
基于DS1302时钟芯片的掉电保护、对时分秒的自动精确计时,当显示棒停止摆动后,芯片仍能够自动计时,采用此方案还可以节省单片机的内部资源,因此本设计采用方案二完成数字电子钟的功能。


列信号控制开关是本设计的关键部分,它的作用是用来监测LED显示棒的动作和位置。由显示棒的动作状态和位置,启动相应外部中断,输出与之对应的数据。中断控制开关有以下两种设计方案可选。
方案一:采用光遮断器。光遮断器为红外线发射二极管与接受组合而成的元件,当有物体通过IR-PT之间,由于红外线被阻拦,集极电流变小,因此可根据此集极电流的变化而检知有物体通过。在棒上装一个可以摆动的用来遮挡光遮断