【正文】 ，從視覺效果上就會(huì)產(chǎn)生一種圓盤狀的 LED 顯示屏的狀態(tài)。 旋轉(zhuǎn)顯示屏是利用機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)態(tài)掃描代替?zhèn)鹘y(tǒng)逐行掃描方式，是一種新型的顯示屏，具有成本低，可視范圍大的特點(diǎn)，是 LED 顯示屏的一個(gè)新的發(fā)展方向。其實(shí)質(zhì)就是與機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)配合起來的動(dòng)態(tài)掃描顯示技術(shù)。本次“旋轉(zhuǎn) LED顯示屏”的制作用于提高我們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)及培養(yǎng)創(chuàng)新能力、協(xié)作精神、工 程實(shí)踐素質(zhì)。本設(shè)計(jì)利用高速旋轉(zhuǎn)中控制 LED的亮滅，進(jìn)行字符的顯示，控制器采用單片機(jī)，完成顯示內(nèi)容的傳輸、字庫的轉(zhuǎn)換、顯示等功能。 動(dòng)態(tài)掃描原理是利用人眼具有視覺暫留的特性，當(dāng)畫面以一定的速度刷新時(shí)，我們看到的就是連續(xù)的圖像。例如：傳統(tǒng)的逐點(diǎn)掃描方式，采用逐行換位的掃描方式，每一行都必須要有 LED 顯示器件，這使顯示屏成本偏大，功耗增加。 旋轉(zhuǎn)掃描采用了不同的形式，其顯示器件只有一列，由機(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)行到某一位置時(shí)就顯示該位置的狀態(tài)，到下一位置后又顯示下一位置的狀態(tài)，即一列圖像要完成全部圖像的顯示，掃描過程由機(jī)械轉(zhuǎn) 動(dòng)更換位置來實(shí)現(xiàn)的。旋轉(zhuǎn) LED顯示的旋轉(zhuǎn)顯示，可采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)的掃描方式。 7 電路結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì) 電路電路原理圖的設(shè)計(jì) 圖 1 總電路圖 開始 電機(jī)通電 電機(jī)帶動(dòng)電路板旋轉(zhuǎn) 紅外發(fā)射管接通 紅外接受管感應(yīng) 單片機(jī)接通 顯示圖像 LED燈顯示 8 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)及芯片元器件的原理及設(shè)計(jì)： STC89C52單片機(jī)介紹： 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí) 器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 單片機(jī)也被稱為微控制器（ Microcontroler），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。其中最 成功的是 INTEL 的 8031，因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e(cuò)獲得了很大的好評。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。 90 年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著 INTEL i960 系列特 別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80年代提高了 數(shù)百倍。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價(jià)格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有10 美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。 單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集 成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC 機(jī)和其他計(jì)算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。 9 單片機(jī)又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片 機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如 CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過 10 元即可 ......用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、 VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比 如家用 PC）的主要區(qū)別。 單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國 50 年代開發(fā)的 74 系列，或者 60年代的 CD4000 系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大 PCB 板！但是如果要是用美國 70 年代成功投放市場的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件 還是最低級匯編語言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機(jī)沒有家用計(jì)算機(jī)那樣的 CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個(gè)可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十 K 的尺寸！對于家用 PC 的硬盤來講沒什么，可是對于單片機(jī)來講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用 PC 上來運(yùn)行，家 用 PC 的也是承受不了的。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過，這種電腦，通常是指個(gè)人計(jì)算機(jī)，簡稱 PC 機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如 智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞 —— “智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠 10 的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（ FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓 ，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 單片機(jī)總控制電路如圖 2 所示： 圖 2 單片機(jī)總控制電路 時(shí)鐘電路 STC89C52 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD 和 TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖 3（ a） 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧 振回路。晶體振蕩頻率可以在 ～ 12MHz 之間選擇，電容值在 5～ 30pF 之間選擇，電容值的大小可 11 對頻率起微調(diào)的作用。 外部方式的時(shí)鐘電路如圖 3（ b） 所示， RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘 P1 和 P2，供單片機(jī)使用。 （ a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （ b）外部方式時(shí)鐘電路 圖 3 時(shí)鐘電路 復(fù)位及復(fù)位電路 （ 1）復(fù)位操作 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 除 PC 之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表 一 所示。 表 1 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B TMOD 00H 12 （ 2）復(fù)位信號及其產(chǎn)生 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24個(gè)振蕩周期 (即二個(gè)機(jī)器周期 )以上 。若使用頗率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。 產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖 4— 3 所示： 圖 4 復(fù)位信號的電路邏輯圖 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號 (RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。 上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 5（ a） 所示。這佯，只要電源 Vcc 的上升時(shí)間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 5（ b） 所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的， 其電路如圖 5（ c）所示： （ a） 13 上電復(fù)位 （ b）按鍵電平復(fù)位 （ c）按鍵脈沖復(fù)位 圖 5 復(fù)位電路 上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6MHz 晶振，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期。 本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖 5（ b） 上電復(fù)位方式。 STC89C52 具體介紹如下： ① 主電源引腳（ 2 根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V 電源 GND(Pin20)：接地線 ②外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 ③控制引腳（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平 從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 ④可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） STC89C52 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個(gè)口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 PO 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ STC89C52 主要功能 如表 二 所示。 表 2 STC89C52 主要功能 主要功能特性