【文章內(nèi)容簡介】 4. 亞表貼方案： 實(shí)質(zhì) 上 其實(shí) 是單燈方案的一種改進(jìn)， 目前依然 還在完善之中。 優(yōu)勢 ： 在參數(shù)指標(biāo)上面和貼片方案相差不大，主要是相對(duì)來說 成本 更 低，顯示效果 更 好， 而且 分辨率可以做到 非常高 。 缺點(diǎn) ：加工還是 比 較復(fù)雜 的 ， 而且 抗 靜電 要求 也非常 高。 LED 顯示屏研究現(xiàn)狀總結(jié) 隨著 LED 高性能材料的發(fā)展， LED 顯示屏也必將得到 相應(yīng)的 發(fā)展，從而旋轉(zhuǎn)LED 顯示屏也將隨之發(fā)展， 由于旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏制作起來，成本低廉，調(diào)試方便。在制作方面，顯示同樣的內(nèi)容 ，普通 LED 顯示屏需要鋪滿整一個(gè)顯示區(qū)域，所需要的器件數(shù)量非常龐大，而旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏只需要單排長度為顯示區(qū)域半徑長的LED 燈就可以了，可見 旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏 在 發(fā)光二極管數(shù)量 上大大減少了 ， 從而 可有效降低能耗和維修成本。 因此從種種的優(yōu)點(diǎn)來看，本設(shè) 計(jì)中所研究旋轉(zhuǎn)時(shí) LED 顯示屏對(duì)于 LED 顯示屏來說具有很大的意義。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù) 本課題運(yùn)用 51 單片機(jī)、 LED 發(fā)光二極管和電風(fēng)扇等器件設(shè)計(jì)一個(gè) POV 顯示器。顯示內(nèi)容及要求： 顯示“ WILL COME”； 顯示“北京理工大學(xué)珠海學(xué)院”； 要求字跡清晰； 系統(tǒng)工作穩(wěn)定。 系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)硬件框圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)硬件框圖 使用 5V 的直流電源為單片機(jī)和電機(jī)供電，用單片機(jī)控制 LED 燈的亮滅。 單片機(jī)STC12C2052 5V 電源 LED 顯示 直流電機(jī) 5V 電源 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 3 系統(tǒng)硬件電 路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)技術(shù)： 旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏在高速旋轉(zhuǎn)時(shí) ， 使用 通過定時(shí)器中斷 讓其以 某個(gè)頻率在空間的某一點(diǎn) 所 對(duì)應(yīng) 的時(shí)刻點(diǎn)亮或是熄滅，人的肉眼存在 視覺暫留 現(xiàn)象 ，所以 無法 判斷 出是否在閃爍 而形成完整連續(xù)的圖像 ； 所以對(duì)于 控制顯示內(nèi)容 可以采用 單片機(jī)定時(shí)器的功能 來實(shí)現(xiàn) 。 LED 驅(qū)動(dòng)電路： 由于整個(gè) LED 顯示屏在工作中一直處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以 顯示 的 亮度 會(huì)明顯 降低， 因此 需 要 使用 亮度 較高 的發(fā)光二極管， 并且 通過與單片機(jī)I/O 口相連，對(duì)程序 進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定才能實(shí)現(xiàn)正常 控制 LED 的 閃爍效果。 電源的供電方式： 在 運(yùn)轉(zhuǎn)過程中 旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏的顯示屏一直 處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài) 。 所以 如何給 旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏 供電成為 硬件 方面最大的 難 題。在下文，將會(huì) 提出了三個(gè)供電方案 ，以及最終采用的供電方案 。 電機(jī)方案選擇 方案一： 步進(jìn)電機(jī) 運(yùn)行時(shí) 在 整個(gè) 在 高速旋轉(zhuǎn) 的過程 顯示屏 是必須保證 穩(wěn)定運(yùn)行 的。這樣可以 避免在高速旋轉(zhuǎn)時(shí) 系統(tǒng)奔潰以及 存在的 種種 安全隱患 。所以 想到了 提出采用步進(jìn)電機(jī)來控制顯示屏旋轉(zhuǎn) 。 因?yàn)?步進(jìn)電機(jī) 能使 步距角 變更為 其固有步距角的 1/n， 同時(shí)也 完全消除電機(jī) 在 低頻 時(shí)的 振蕩， 大大 增 強(qiáng)了 驅(qū)動(dòng)能力 。另外 步進(jìn)電機(jī) 的 抗干擾能力 比較 強(qiáng)，控制 起來 簡單， 而且 步矩誤差不會(huì) 被 長期積累， 所以 大大增強(qiáng)了旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和精確性， 因此旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏 顯示效果 的 清晰 程度得到了 保證 。 方案二： 普通電機(jī) 既是使用普通風(fēng)扇的電機(jī)代替方案一的步進(jìn)電機(jī)。 由于本設(shè)計(jì)的標(biāo)題是電風(fēng)扇 POV 顯示器的設(shè)計(jì)，所以想到了采用舊的小型電風(fēng)扇的電機(jī)作為本設(shè)計(jì)的電機(jī)，從制作方面來看材料容易收集，供電方面也較為簡單。 方案比較及確定 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 以上 兩 個(gè)方案各有及優(yōu)缺點(diǎn)， 總結(jié)起來，個(gè)人認(rèn)為還是應(yīng)該從 以結(jié)構(gòu) 簡單，方便操作，便于 理解，成本低廉為主要 方面來對(duì)本設(shè)計(jì)考慮 。 從方案一來看，主要難點(diǎn)就在于步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速問題 上。必須 要 對(duì)步進(jìn)電機(jī)的工作原理，如何調(diào)速，進(jìn)行充分的理解。 不同的電機(jī) 由于速度不相同 ， 所 產(chǎn)生的頻率 也不 一樣， 這 樣 旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏 在實(shí)際顯示的 圖像 與設(shè)計(jì) 有所偏差。 而且 電機(jī)速度 會(huì)影響到單片機(jī)對(duì)定時(shí)器工作和定時(shí)的設(shè)定 ， 這些也就 影響到 整個(gè) 程序的編寫。 而且本人覺得 ，對(duì) 于 成本 上 的考 慮 ， 這次 設(shè)計(jì) 的要求 需要較高的 轉(zhuǎn)速 ，而較高 轉(zhuǎn)速 的步進(jìn)電機(jī) 在價(jià)格上是相當(dāng)昂貴 的，如果僅 僅只是 作為實(shí)驗(yàn)觀賞 來制作使用 的話 ，制作 出來的成本是相當(dāng)高的。 考慮 到這個(gè) 方案的可行性， 所以決定不采用這個(gè)方案 。 從方案 二 來講 ，主要區(qū)別 就是用普通電機(jī)來取代方案一中的 步進(jìn)電機(jī)。在 實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)時(shí) 通過 拆分 一個(gè)普通功率的風(fēng)扇 的電機(jī) 來 使用。 成本 比較 低 ，方便 易實(shí)現(xiàn) ，降低了設(shè)計(jì)成本。而且采用電風(fēng)扇的電機(jī)改造比起方案一來說更切合本設(shè)計(jì)的題目，所以在這 次設(shè)計(jì)時(shí) 決定采用這個(gè) 方案， 而且這個(gè)方案的最大的優(yōu)勢還 在于 制作 成本很低。 供電方案選擇 高速供轉(zhuǎn)動(dòng)的主板供電有 3 種方 案 方案一： 直接 把 電池裝在主板上隨主板轉(zhuǎn)動(dòng)， 用電池 直接 給主板供電， 這樣 成本低 ， 但是 壽命短， 而且嚴(yán)重 影響 電機(jī)的 轉(zhuǎn)速 和穩(wěn)定 。 方案二： 使用 電刷 連接供電 ， 制作簡單，非常有效，但是 這樣 的供電 壽命很短，主要是需要 在電路板上加焊一層耐磨導(dǎo)電層， 一旦使用時(shí)間長了 電刷觸點(diǎn) 就會(huì) 不夠光潔 而且 接觸壓力 變大 大，幾小時(shí)就可以將線路板上的銅皮磨穿 ，更換的成本太高，而且不穩(wěn)定 。 方案三： 用無線輸電的方法，無 任何 觸點(diǎn)， 所以避免了使用電刷的更換問題，而且這樣的制作 壽命 很長 。 方案比較與確定 對(duì)于方案一中采用直接用電池給主板供電，這樣電池必須固定安裝在主板上面，由于電池自身存在重量問題，在高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候一旦重心不在旋轉(zhuǎn)軸心，會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)屏劇烈震動(dòng)。這樣會(huì)不但影響到顯示屏的顯示 ，而且會(huì)是整個(gè)旋轉(zhuǎn)顯示器硬件損壞，甚至誤傷人員。所以這個(gè)方案不采用。 對(duì)于方案二是采用電刷的方法，這個(gè)其實(shí)在很多供電場合有用到，但是電刷在旋轉(zhuǎn)過程中與導(dǎo)電層有高速劇烈的摩擦，時(shí)間久了會(huì)摩擦受損，這樣會(huì)照成接北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 觸不良現(xiàn)象，從而影響了供電的穩(wěn)定，而且一旦受損就需要更換新的導(dǎo)電層，這對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)來說成本過于高昂。故此方案也不采用。 方案三中采用的是無線供電。因?yàn)槭菬o線所以供電體與受供體分離，因此方便了對(duì)電源的安裝，而且采用的材料成本較為低廉，且無觸點(diǎn)，沒有摩擦照成的短壽命現(xiàn)象。所以最終決定采用無線供電的方法給旋轉(zhuǎn)顯示屏供電。 主控元件 在我們生活中幾乎所有電子產(chǎn)品都離不開單 片機(jī)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)集成度非常高，功能又強(qiáng)，可靠程度很高，所以它的體很小，而且單片機(jī)的功耗并不高，價(jià)錢還比較低廉，因此被眾多領(lǐng)域運(yùn)用在各種各樣的器件上。 如今單片機(jī)已經(jīng)存在于我們生活中的每一個(gè)角落。 此次設(shè)計(jì)主要采用宏晶科技的 STC12C2052 單片機(jī)為主控單元。 STC12C2052 的芯片管腳圖如圖 所示。 圖 STC12C2052 的芯片管腳圖 STC12C2052的特點(diǎn) ： 1T流水線 /精簡指令集結(jié)構(gòu) 8051CPU ： ~ / ~ 頻率范圍： 0~35 MHz 512/1K/2K/3K/4K/5K字節(jié) 256字節(jié) RAM I/O口，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 2個(gè) 16位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 (2路 )/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列） , 8路 8位精度 (UART) ，主模式 /從模式 R/C振蕩器，精度要求不高時(shí)可省外部晶體 ： 0~75℃ / 40~+85℃ :PDIP20， SOP20(寬體 )， TSSOP20(超小封狀 ) STC12C2052的主要性能 ●高速： １ 個(gè)時(shí)鐘／機(jī)器周期， RISC 型 CPU 內(nèi)核，速度比普通 8051 快 12 倍 ●寬電壓： ～ ， ～ ●低功耗設(shè)計(jì)： 有空閑模式和 掉電模式 兩種模式 （可由外部中斷喚醒） ●工作頻率： 0～ 35ＭＨｚ ，相當(dāng)于普通 8051： 0～ 420ＭＨｚ ●時(shí)鐘：外部晶體或內(nèi)部 ＲＣ 振蕩器可選 ● 512/1K/2K/3K/4K/5K 片內(nèi) Flash 程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù) 10 萬次以上 ● 256 字節(jié)片內(nèi) RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ●芯片內(nèi) E2PROM 功能 ● ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程 ● 2 個(gè)模擬比較器 ● 8 通道高精度 8 位 ADC ● 2 通道捕獲 /比較單元 (CCU/PCA/PWM)，提供 PWM 功能 ● 2 個(gè)硬件 16 位定時(shí)器，兼容普通 8051 的定時(shí)器 ●硬件看門狗 （ WDT） ●高速 SPI 通信端口 ●全雙工異步串行口 （ UART） ，兼容普通 8051 的串口 ●先進(jìn)的 RISC 精簡指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通 8051 指令集 有 111 條功能強(qiáng)大的指令， 其中 有 12 條指令 僅 需 1 個(gè)時(shí)鐘就可 以 完成 片內(nèi)集成硬件乘法器和硬件除法器（執(zhí)行速度為 4 個(gè)時(shí)鐘周期） 4 組 8 個(gè) 8 位通用工作寄存器（共 32 個(gè)通用寄存器 ） 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 引腳說明 ： 1. RST：復(fù)位。 2. RxD/:串口數(shù)據(jù)輸入端 I/O 口接口。 3. TxD/:串口數(shù)據(jù)輸出端 I/O 口接口。 4. XLAT1:內(nèi)部時(shí)鐘電路反響放大電路輸入