【正文】 電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） IV 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。 關鍵詞： 視覺暫留，直流電機，無線耦合輸電，紅外觸發(fā) 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） II THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF ROTATION LED DOT MATRIX DISPLAY SCREEN BASED ON 51 MCU ABSTRACT The design is a rotating LED screen based on the C51 MCU controlling and the visual persistence principle. Installing 16 LED (lightemitting device) on a rotating steadily device, each row of lightemitting devices spacing are lined up, along with the rotation speed and finally stabilized in the control of the microcontroller program, accurate, continuous rotation shows the text, characters , etc ,which is designed in advance. The function of a infrared diode is that when the receiving diode with the display screen rotating to the emitting diode, the process of signal’s receiving and transmitting is pleted. There will be a interrupt leading to SCM controllable display program being restored to its original state. Though the main controlling circuit on the motor is rotating at a high speed, it’s not convenient with the brush contact to supply power to control system and display module. It can be done by highfrequency coil coupling (just like the transformer primary coil coupling) to supply power. Though the current got by secondary coupling coil is alternating current, it need to be rectifier to be DC by a rectifier diode, used by rotary module. KEY WORDS: persistence of vision, DC motor, wireless transmission, infrared trigger 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） III 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。紅外收發(fā)二極管的作用是，當接收二極管隨旋轉顯示屏轉到發(fā)射二極管，兩者對接時完成信號收發(fā)，引起單片機外部中斷，單片機控制程序初始化。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） I 基于 51 單片機的旋轉 LED 點陣顯示屏設計與實現(xiàn) 摘 要 本設計是一個旋轉式 LED 顯示屏，它利用了視覺暫留原理， 以 51 單片機為核心控制器件 。 因裝在電機上的控制電路始終在高速旋轉，所以 不方便使用電刷供電方法來給控制系統(tǒng)和顯示模塊供電。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他 個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 在 本 文所設計的旋轉 LED 顯示屏 以 STC89C51 單片機為核心，最大限度的利 用單片機的資源，實現(xiàn)顯示功能。通過低壓直流電來驅動電機，使加載在直流電機上的設計電路達到勻速穩(wěn)定旋轉的效果，通過 C 語言程序在高速旋轉中控制單片機相應引腳電平高低，來實現(xiàn)發(fā)光二極管在旋轉中顯示文字字符的效果。目前中國國內龐大的需求應用給 LED 下游廠商創(chuàng)造了巨 大的發(fā)展機會，這為我國 LED 產業(yè)的發(fā)展提供了良好的機遇 [1]。 第 1章主要介紹系統(tǒng)總體設計方案 及可行性論證。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 3 第 1 章 方案論證與選擇 系統(tǒng) 總 方案 由于旋轉 LED 顯示屏 高速旋轉 ，所以對硬件的 質量要求非常的高。 單片 機通過通信 模塊下載得到的 控制指令和顯示內容代碼，執(zhí)行顯示指令并將顯示代碼處理后控制顯示部分的顯示內容和顯示方式 [3]。它有很強的接口性能，非常適合于工業(yè)控制 ,因此又叫微控制器(MCU)。 通信 模塊 通信部分 的最重 要的 設計要求就是要滿足快速簡單、穩(wěn)定、易實現(xiàn)。因此，當計算機 接受 數據時，必須將 串 行數據轉換為 并 行數據。 通用異步接收 /發(fā)送器，簡稱 UART（ Universal Asynchromous Receeiver/Trabsnitter） ， 是 一種 硬件電路。 由于課題任務要求是基于 51 單片機 的 開發(fā)方式 ， 單片機內已經集成UART， 在此 選擇串行通信方式。 在這種 LED 顯示屏中 ， 采用的是逐行下移掃描點亮器件的方式 ，整個顯示屏 不論有沒有點亮的 LED， 每一行都必須 要有足夠多的 LED 顯示器件 ， 這就 增加了 顯示屏的 制作 成本 。 這里直接通過直流電機的轉動來帶動 LED 列的旋轉， 運行到某一位置時就 初始化 該位置的狀態(tài) ， 到 一 定時間 后又顯示下一狀態(tài) 的圖像 ， 即一列顯示器件要由 電機 轉動來更換位置實現(xiàn)完成全部圖像的顯示 。需要 32 個 LED，可以充分利用 I/O 口，通過程序進行位操作實現(xiàn) 。 此設計題目以此方案為 總體指導 展開具體的硬件電路設計。 圖 15 軟件功能結構框圖 中斷程序 主程序 字符數組 顯示程序 初始化程序 串行通信 單片機 驅動電路 2 16LED 顯示排 供電模塊 旋轉電路 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 軟件的編 譯過程 需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機中執(zhí)行。 匯編語言 (Assembly Language)是面向機器的程序設計語言，功能 強大，可以 利用計算機所有硬件特性 并直接控制硬件。對單片機的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對 51 的存儲器結構有 基本 了解；可由編譯器管理寄存器 的 分配、不同存儲器的尋址及數據類型等細節(jié)； 用 C 語言編寫的 程序有規(guī)范的結構。 基于以上理由決定采用 C 語言為該顯示系統(tǒng)的編程語言。 我大二學習 51 單片機時，我熟悉并熟練操作的也是 KEIL C 編譯開發(fā)洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 環(huán)境， 目前在單片機開發(fā)中普遍都是使用 KEIL C 來進行編譯 ，圖書館和網絡上關于 51 單片機學習開發(fā)資源上絕大多數講解教授的是 KEIL C 編譯器 ，所以這里我采用了 KEIL C 編譯開發(fā)環(huán)境。通過查閱資料和對比最終的硬件原理圖如圖 21 所示。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 10 (3) I/O 口 高低電平的區(qū)分能力以及 其 輸入輸出頻率必須滿足單片機以及驅動電路 響應 的要求 。 在 51 系列單片機中選定一款合適的 型號 來作為控制單元的主控芯片。加之在大三時，我學習的課程就是以 STC89C51 架構來開展的 ， 因此這里我就 選擇 國產宏晶科技 生產的 STC89C51RC 為控制單元的主控芯片 ，采用的是 PQFP44 封裝類型。 圖 22 芯片管腳圖 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 12 ： VCC—— 電源電壓 GND—— 地 P0 口 —— P0 口是一組雙向 8 位三態(tài) I/O 口，可向其寫入 1 使其狀態(tài)為懸浮，用作高阻輸入。 P1 口 —— P1 口是一組內部帶上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對于端口 P2 作輸入口時寫“ 1”，原理同 P1 口。 RST—— 復位輸入。當 RST 釋放后 EA 腳的值被鎖存，任何時序的改變都將無效 [11]。由于端口的驅動 電壓電流 有限 ， 所以 在這些 端口 都 外接了 560Ω 的上拉電阻來提高驅動能力。 29 號引腳 EA/VPP 要執(zhí)行內部程序不需訪問外部存儲器，所以其直接和 38 號引腳（ Vcc）同時接在整流二極管負極，即電源正極 。而若 接觸壓力大 ，電刷磨損快 ， 壽命短 ， 并且由于阻力的因素， 容易造成電機發(fā)熱量多，功耗大。 其 引腳從左向右依次為 e 發(fā)射極 b 基極 c 集電極；對于中小功率塑料三極管按圖使其平面朝向自己，三個引腳朝下放置，則從左到右依次為 e b c，如圖 27 所示 ： 圖 27 S9014 外形引腳圖 穩(wěn)壓整流電路 安裝在旋轉模塊上的次級線圈因耦合得 到的電動勢是同初級線圈同頻率交流振蕩電壓，經整流二極管 D1 變成單向電流， 220UF 電解電容做一次濾波，穩(wěn)壓管 D2 確保輸出 系統(tǒng)電壓， 104 電容為二次率波。單片機與計算機不能直接相連進行通信必須將RS232C 與 TTL 電平進行轉換 [12]。程序要實現(xiàn)串口通信，靜態(tài)顯示 ，畫面切換 顯示三大功能。初始化完成后 ， 中斷源 有外部中斷 INT定 時器 T0、定時器 T0 組成。 子函數中，主要是有一個 while 循環(huán) 構成的一個有限循環(huán)來實現(xiàn)字符數組中的元素值向緩沖數組的轉移。 其基本操作有： (1)打開 Keil C 窗口界面； (2)新建工程文件夾（ ProjectNew Project），選擇路徑，輸入工程名稱，選擇對應單片機型號； (3)新建編輯區(qū)，輸入所需代碼，保存為擴展名為“ .c”的文件格式； (4)再在 Source Group 1 中添加上步保存的“ .c”文件； (5)選擇 Target，勾選 Create HEX File 選項框，點擊“ OK”； (6)然后依次點擊 Translate current file、 Build target、 Rebuilt all target file 圖標。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 22 此軟件無需安裝及驅動，直接運行即可使用，操作簡單，字符代碼生成質量高，速度快。 該 軟件 具有其它 EDA 工具軟件 （ 如 multisim）的功能。配合 系統(tǒng)配置 的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境 [ 14]。 圖 34 元器件添加 窗口 圖 35 仿真電路 電路仿真 完成電路原理圖連線后，雙擊單片機，在彈出的界面中的 Program File一欄中選擇 Keil C 編譯過生成的“ .HEX 文件”，點擊“ OK”，并開始仿真。焊接完成后，芯片引腳出來的是高電平控制，二極管又共陽連接，導致二極管與預期控制亮滅反向，所以把程序中的端口賦值按位取反。 調試 按照上述步驟，硬件焊接完畢，認真比對檢查，初步確認焊接與原理圖一致后。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 27 載入程序驗證 利用串口線，通過 STC 網站提供的 ISP 下載軟件向單片機內部程序存儲器中載入一個基本的驗證性程序。此程序旨在對硬件實物電路基本功能的測試（ LED 的焊接情況，電路電氣正確性，功能基本實現(xiàn)情況等）。多次比對 I/O 口賦值與原理圖發(fā)現(xiàn)，電路設計初衷沒有考慮到的合理性。重新載入程序，加電實驗，可以顯示預期的簡單字符。 STC89C51RC 單片機 PQFP44 封裝，它有足夠的 I/O 端口，并且擁有四個外部中斷（ INT0、 INT INT INT3）和三個定時器 /計數器中斷（ T0、T T2），這