【正文】 魔幻搖搖棒設(shè)計(jì)報(bào)告課題：基于ＳＴＣ８９Ｃ５２單片機(jī)的魔幻搖搖棒設(shè)計(jì)參賽組員：電信1006班 王楊 通信1006班 強(qiáng)永龍時(shí)間：神奇魔幻搖搖棒原理：“搖搖棒”是基于人的視覺暫留原理的，通過(guò)分時(shí)刷新16個(gè)發(fā)光二極管來(lái)顯示輸出文字或圖案等信息的顯示裝置。輸出信號(hào)頻率的控制通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，用搖動(dòng)傳感器檢測(cè)當(dāng)前搖動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行搖動(dòng)時(shí)，由于人的視覺暫留原理，會(huì)在發(fā)光二極管搖動(dòng)區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)視覺平面，在視覺平面內(nèi)的二極管通過(guò)不同頻率的刷新，會(huì)在搖動(dòng)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生圖像，從而達(dá)到在該視覺平面上傳達(dá)信息的作用。一、引言LED顯示棒，又稱搖搖棒，是一種利用視覺暫留效應(yīng)制作的“高科技”玩具?？梢杂谩办o如處子，動(dòng)如脫兔”來(lái)形容它，即當(dāng)靜止時(shí)，它只是幾個(gè)LED發(fā)光二極管（后簡(jiǎn)稱LED） ，而一旦按照一定的頻率去搖晃它，它就會(huì)隨著位置的變化而變化（亮或滅），最終顯示一幅圖片或字符串。本設(shè)計(jì)要求制作完成一個(gè)LED的顯示棒。要求LED燈線狀排列，通過(guò)搖動(dòng)時(shí)形成的亮燈扇形區(qū)域能夠分辨出如：“電”、“A”、五環(huán)之類的漢字或圖案且可以使用按鍵對(duì)顯示內(nèi)容進(jìn)行切換。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)一個(gè)LED顯示棒，且需要有按鍵進(jìn)行內(nèi)容切換，它主要是由中央控制部分、LED驅(qū)動(dòng)部分、LED顯示部分以及電源部分組成，如圖1所示： 圖1：LED顯示棒系統(tǒng)框圖 單片機(jī)將提取的字模進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)接收到按鍵輸入的指令時(shí)單片機(jī)就將相應(yīng)的字模代碼通過(guò)I/O口輸出，使LED點(diǎn)亮，利用視覺暫留原理最終使圖案完整的顯示在擺動(dòng)的顯示屏中。本題的難點(diǎn)在于送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔以及較長(zhǎng)畫面或文字的完整顯示。以下將對(duì)各模塊的方案進(jìn)行論證與比較： LED燈的選擇方案一：傳統(tǒng)LED發(fā)光二極管。顏色多樣，在可以同樣顯示圖案的前提下使用它更為經(jīng)濟(jì)，但是顏色較為黯淡，不鮮亮。方案二：高亮LED發(fā)光二極管。正如其名，它的亮度比傳統(tǒng)二極管要亮，而且同樣也有很多顏色，但是高亮LED的工作電流也要大于傳統(tǒng)二極管。為了使顯示的圖案清晰、明了，我們選擇方案二，經(jīng)過(guò)比較，使用紅色的LED使得顯示畫面更為明顯、突出，使用兩片CR2032紐扣電池為其供電，提供足夠的電流。 外部中斷信號(hào)產(chǎn)生方式通過(guò)外部中斷可以控制數(shù)據(jù)開始傳輸?shù)臅r(shí)刻。選擇好外部中斷來(lái)源是本次制作的難點(diǎn)及重點(diǎn)。方案一：使用水銀開關(guān)。通過(guò)搖晃使得水銀開關(guān)與焊接的左右兩個(gè)觸點(diǎn)接觸，利用這種接觸產(chǎn)生的電平變化來(lái)觸發(fā)中斷，結(jié)合軟件控制顯示，制作簡(jiǎn)單，使用方便。方案二：使用光遮斷器。在棒上裝一個(gè)可以擺動(dòng)的用來(lái)遮擋光遮斷器光線的細(xì)桿，細(xì)桿每左右擺動(dòng)一次這個(gè)桿就會(huì)通過(guò)一次光遮斷器，發(fā)生電平變化。同樣通過(guò)這種電平變化，結(jié)合軟件控制顯示。 本次設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的中斷是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的單程傳輸。如果使用光遮斷器，其觸發(fā)單片機(jī)的時(shí)刻處于正中間，不能解決畫面因?yàn)榉祷嘏c原來(lái)圖片重疊的現(xiàn)象。而使用水銀開關(guān)，因?yàn)樵谧笥叶加杏|點(diǎn)，所以很容易的在往返途中產(chǎn)生兩次中斷，方便指令控制，所以選擇使用方案一。 抗重影方案的選擇方案一：使用外部中斷控制數(shù)據(jù)傳輸時(shí)刻。外部中斷信號(hào)由慣性開關(guān)產(chǎn)生，觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。水銀開關(guān)左右兩邊的觸點(diǎn)分別與單片機(jī)兩個(gè)外部中斷接口相連，默認(rèn)為高電平，搖動(dòng)的擺桿接地。水銀開關(guān)處于不同位置進(jìn)入不同的中斷，從而決定何時(shí)送數(shù)據(jù)。該方案簡(jiǎn)單易行，可以保證數(shù)據(jù)是單程傳輸?shù)?，避免了重影?方案二：使用定時(shí)器與外部中斷。當(dāng)我們?cè)跀[動(dòng)手臂的時(shí)候，短時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)位置和左右幅度不會(huì)有太大變化，利用我們手臂的這個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只要能得到棒從一側(cè)擺動(dòng)到另一側(cè)的時(shí)間，然后把這個(gè)時(shí)間分成N份，在每一份的時(shí)間里顯示不同的花樣就能實(shí)現(xiàn)圖形的顯示。設(shè)計(jì)中搖動(dòng)的擺子與左右兩個(gè)觸點(diǎn)接觸各一次的時(shí)間可以通過(guò)外部中斷和定時(shí)器計(jì)算出來(lái)，然后用單片機(jī)的另一個(gè)定時(shí)器T1，其定時(shí)時(shí)間是T0 的N 分之一，每次中斷依次顯示一列，就可以得到預(yù)期顯示的圖案了。該方法可以控制搖動(dòng)頻率低的時(shí)候不顯示圖形。但程序的穩(wěn)定性不高，圖形之間的間隔不易確定，只要電源開關(guān)開著LED始終是點(diǎn)亮的。 本次設(shè)計(jì)要求顯示的字符長(zhǎng)度較短，使用方案一中的外部中斷方法只要控制好延時(shí)就可以達(dá)到完整顯示圖案的目的，而且方案一中只使用了外部中斷，它所占用的內(nèi)存比方案二中既使用外部中斷又使用兩個(gè)定時(shí)器所占用的單片機(jī)資源要少，所以選擇使用方案一。三、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)STC89C52單片機(jī)中央控制系統(tǒng)按鍵切換16個(gè)LED燈顯示效果水銀開關(guān)中斷T0，T1 按鍵模塊使用一個(gè)按鍵對(duì)顯示的所有內(nèi)容進(jìn)行切換，通過(guò)按鈕按下的次數(shù)確定顯示的內(nèi)容。 LED顯示模塊首先，我們根據(jù)LED點(diǎn)陣屏的顯示原理：點(diǎn)陣屏的顯示分為行掃描與列掃描兩種，列掃描是將我們的字模數(shù)組通過(guò)點(diǎn)陣屏的行驅(qū)動(dòng)進(jìn)行輸入，然后通過(guò)列對(duì)每一行進(jìn)行掃描，當(dāng)列為低（高）電平、行為高（低）電平時(shí)則表示該點(diǎn)為圖案的一部分，將其讀出、顯示。它的順序可以總結(jié)為：行不斷的送數(shù)據(jù)，每送完設(shè)置的信息后列進(jìn)行讀取，然后行再次送數(shù)據(jù)，列再次讀取……依次循環(huán)下去，一幅完整的圖案就顯示在了顯示屏上。而本次設(shè)計(jì)的LED顯示棒數(shù)據(jù)傳輸原理與LED點(diǎn)陣屏相似?？梢园袻ED顯示棒看成是LED點(diǎn)陣屏中的一列。為了使顯示的圖案清晰，我們使用了16個(gè)LED管將它們排成一列，整個(gè)屏在靜止時(shí)也就相當(dāng)于16行1列。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)我們同樣使用行送數(shù)據(jù)、列掃描。在擺動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)用視覺暫留原理，我們點(diǎn)亮的列不會(huì)很快的消失，而是隨著擺動(dòng)的方向繼續(xù)向前移動(dòng)，只要移動(dòng)的速度高于視覺暫留的最短時(shí)間顯示內(nèi)容就不會(huì)