【正文】 介紹 8 nRF401無線收發(fā)芯片 84 系統(tǒng)硬件設計 9 各功能實現(xiàn)原理 9 9 9 具體硬件電路實現(xiàn) 10 10 LED旋轉(zhuǎn)同步設計 105 系統(tǒng)軟件設計 11 系統(tǒng)編程語言和編程工具 12 軟件總體設計 13 系統(tǒng)各模塊程序的設計 13 13 146 系統(tǒng)調(diào)試 15 15 16 16 177 結論 18謝辭 19參考文獻 20附錄 21引言由于物理學的重大突破，電子技術在20世紀取得了驚人的進步。我們則應當具備開發(fā)和創(chuàng)新的能力，本文所介紹的旋轉(zhuǎn)LED顯示屏就是一個例子。柱式旋轉(zhuǎn)LED顯示屏是一種新穎的顯示屏，總的來看，成本低是一大優(yōu)點，另外 360 度的可視角度使之非常適合于像大廳和候車室之類的場合。此類顯示屏如果更進一步，解決視頻數(shù)據(jù)的傳輸，則可以做出旋轉(zhuǎn)柱式視頻顯示屏，視頻顯示的控制電路較為成熟，顯示器件只需換為 RGB 陣列即可，這樣應用范圍可大大增加。本文分為六章，詳細說明了LED旋轉(zhuǎn)屏的原理、設計方法、以及設計流程。第3章對LED旋轉(zhuǎn)顯示及系統(tǒng)設計中使用的主要芯片作了簡單介紹。第4章詳細介紹了系統(tǒng)的硬件設計。第5章詳細介紹了系統(tǒng)的軟件設計方案及系統(tǒng)的開發(fā)平臺。對系統(tǒng)軟、硬件調(diào)試和調(diào)試中遇到的問題作了說明，并對各功能進行了測試和分析。系統(tǒng)以MCS51系列單片機作為核心控制器件，通過控制電機保持一定的速度穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，帶動單排LED旋轉(zhuǎn)，形成掃描顯示屏；單片機根據(jù)LED旋轉(zhuǎn)的速度，控制LED發(fā)光或熄滅，在視覺上形成平面圖形點陣的顯示效果。系統(tǒng)由6個部分組成：系統(tǒng)供電模塊、數(shù)據(jù)處理與控制單元、顯示單元、通訊單元和鍵盤輸入單元。用戶可以通過按鍵輸入命令到主單片機，并將命令通過串口無線傳輸?shù)綇膯纹瑱C，再由從單片機對命令進行譯碼由MA6969大電流LED控制器控制LED的循環(huán)顯示。LED驅(qū)動模塊MAX6969微控制器AT89S52鍵盤輸入微控制器AT89S52LED陣列nRF401無線收發(fā)器nRF401無線收發(fā)器 系統(tǒng)總框圖2 方案論證 系統(tǒng)供電方案方案1：采用固定電池供電。這種供電方式比較簡單。首先，高亮度LED的功耗比較大，而電池的蓄電量有限，這就難以實現(xiàn)系統(tǒng)的長期運作；其二，由于電池的體積和重量比較大，若固定在板子上，電量用完后，難以替換。同時，也增加了旋轉(zhuǎn)重心的調(diào)節(jié)的難度。 方案2：采用電刷供電。此方法能夠讓系統(tǒng)長期供電，但是由于增加了電刷，電機的摩擦增大，勢必會使系統(tǒng)的功耗增加。方案3：從電機轉(zhuǎn)子中引出電源線，為系統(tǒng)供電。此方法容易實現(xiàn)，并且一舉兩得，因此選用。LED的亮度直接決定了顯示屏的可見范圍。高功耗，同時意味著芯片的能夠良好的散熱。為了能夠更清晰的顯示字體和圖像，芯片的工作速度是不可忽視的。MAX6969串行接口LED驅(qū)動器提供16個漏極開路、恒流吸收、 LED 驅(qū)動器輸出。采用工業(yè)標準移位寄存器加鎖存器形式的串行接口。采用高效散熱的24引腳封裝。方案2：采用單片機AT89S52與LED驅(qū)動芯片MAX6969接口， AT89S52邏輯能力較強但速度比較慢，價格相對比較便宜，但工作量要比方案1大的多。 單片機其他外圍電路方案1：使用采用紅外通訊，電路簡單，但紅外通訊需要大量的編碼、譯碼，程序設計復雜，且由于AT89S52速度比較慢，在短時間難以做太多的運算，故不采用此方法。電路比較簡單，使用方法也簡單，只需把數(shù)據(jù)送到串口，就可以立即發(fā)送，無需進行初始化，不需要對數(shù)據(jù)進行曼切斯特編碼，具有半雙工的通訊功能，并且有兩個通訊頻道，受外界影響較小。方案1：采用步進電機。并且步進電機以及控制電路成本較高，并且需要單片機控制，占用CPU的資源。此方案不占用單片機I/O口，節(jié)省單片機資源，使用方便，成本較低，通過簡單的改裝，可以給系統(tǒng)供電。3 LED顯示技術及系統(tǒng)中的主要芯片 LED以及旋轉(zhuǎn)LED顯示屏簡介 應用簡介LED(light emitting diode)是發(fā)光二極管的英文縮寫，它是一種電致發(fā)光器件。另外，中小功率超高亮LDE亦已誕生，并正在以極快的速度走向應用。LED的應用雖然已經(jīng)具有了很廣的范圍、很大的規(guī)模，但是,由于LED擁有很多社會應用所需的優(yōu)點、相關技術也有很大的發(fā)展空間，因此，LED有著更為美好的前景。當然，LED產(chǎn)業(yè)內(nèi)還有不少問題需要從根本加以解決?？v觀LED的發(fā)展，我們不難發(fā)現(xiàn)，LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展極大地緣于技術的進步，而技術進步的動力則是來自于應用的需求，亮度的提高、基色的豐富、功率的增加等等無不如此。當然,從技術關聯(lián)角度看，未來的LED產(chǎn)業(yè)會像一棵樹，細分出來的專門領域，其源頭仍會統(tǒng)一在芯片材料的生產(chǎn)上，不同領域的LED應用會得到不同技術支持。它具有功耗小、壽命長、色彩好等優(yōu)點。這種類型的顯示屏有兩個問題有待改進：第一、顯示屏整個面積全由LED 模塊組成，器件數(shù)量多，成本高；第二、由于顯示屏是一個平面，而且 LED 象素點有一定視角限制，使顯示屏的可視范圍被局限到正面某個范圍之內(nèi)，在應用中使顯示屏的信息發(fā)布受到了空間的限制。本文介紹了它的顯示原理，系統(tǒng)組成，指出了設計中要注意的幾個核心問題，并提出了一些新的發(fā)展方向。它的原理示意如圖3. 1 所示，其中(a) (b) (c) (d) (e) 分別是不同時刻的顯示狀態(tài)，(f)為人眼看到的完整畫面“3”。 傳統(tǒng)LED顯示屏的顯示原理圖旋轉(zhuǎn)掃描方式顯示器只有一列，由電機帶動它進行旋轉(zhuǎn)，運行到某一位置時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)，即一列顯示器件要完成全部圖像的顯示。由于旋轉(zhuǎn)掃描成像不是平面，而是一個柱面，所以稱之為旋轉(zhuǎn)柱式顯示屏，其觀看視角是360176。MAX6969串行接口LED驅(qū)動器提供16個漏極開路、恒流吸收、 LED 驅(qū)動器輸出。MAX6969電源和LED電源能以任意順序上電。MAX6969采用25Mb、工業(yè)標準4線串口控制。數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)輸入DIN和時鐘輸入CLK移入驅(qū)動器的16位移位寄存器。鎖存使能輸入LE將移位寄存器的16位數(shù)據(jù)裝入16位輸出鎖存器，以決定各個LED的開關。： MAXIM6969的內(nèi)部結構圖MAX6969工作時序圖如下：MAX6969的串口為4線串口，使用4路輸入(DIN、CLK、LE和OE) 和1路數(shù)據(jù)輸出(DOUT)。串口數(shù)據(jù)字長為16位，即D0–D15。五個接口引腳的功能如下所述。數(shù)據(jù)移入時，首先移入MSB。CLK是串行時鐘輸入，在其上升沿將數(shù)據(jù)通過DIN移入MAX6969的16位移位寄存器。LE為高電平時(透明傳輸鎖存器)，數(shù)據(jù)由MAX6969的16位移位寄存器傳輸至16位鎖存器，并在LE下降沿鎖存數(shù)據(jù)()。OE為高電平時強制輸出OUT0–OUT15為高阻態(tài)，并且不會改變輸出鎖存器的內(nèi)容，為低電平時則使能輸出OUT0–OUT15，以反映輸出鎖存器的狀態(tài)。無論OE為何狀態(tài)，數(shù)據(jù)都可移入串口移位寄存器并鎖存。DIN輸入端的數(shù)據(jù)移入移位寄存器，并在16個時鐘周期后出現(xiàn)在DOUT端。 AT89S52具有如下特點：40個引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM32)，外部雙向輸入/輸出(I/O)口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩器?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。 nRF401無線收發(fā)芯片nRF401是一個為433MHz ISM 頻段設計的真正單片UHF 無線收發(fā)芯片 它采用FSK調(diào)制解調(diào)技術nRF401，最高工作速率可以達到20K ，發(fā)射功率可以調(diào)整 最大發(fā)射功率是+10dBm天線接口設計為差分天線以便于使用低成本的PCB 天線 nRF401 還具有待機模式這樣可以更省電和高效 nRF401 。： nRf401具體參數(shù)4 系統(tǒng)硬件設計 各功能實現(xiàn)原理(1) 為了使系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定的工作，必須解決系統(tǒng)的供電問題。(2) 實現(xiàn)方法：主要通過電機的改裝。m 電路的供電和LED的定位是本制作的一個難點。但可以通過對電機的改造來解決。它是通過電刷來實現(xiàn)給線圈供電的，而且直流電機的旋轉(zhuǎn)需要交變的電流，這是由固定在轉(zhuǎn)子軸上的換向器來巧妙的實現(xiàn)直流變?yōu)榻涣鞯摹Ｒ虼?，可以從電機的轉(zhuǎn)子中取得電源。換向器上的每個電極什么時候變化，是和電機轉(zhuǎn)子的位子有關的，可以使用其中的一路信號來給LED顯示的起始位置定位。具體改裝過程如下： Nr6:/*x 從而可以用來保護漆包線在轉(zhuǎn)子和定子結合出的安全。 U,Pau0:A K!L。重心調(diào)節(jié)是最困難的一個技術環(huán)節(jié)。旋轉(zhuǎn)的重心如果不在轉(zhuǎn)軸上的話，在高速的旋轉(zhuǎn)中，會產(chǎn)生劇烈的抖動，在巨大的離心力下，會使整個系統(tǒng)分解，產(chǎn)生安全隱患。下面介紹重心調(diào)節(jié)的方法。根據(jù)物理質(zhì)心計算方法，可知道，均勻的圓盤的重心就在圓盤的中心。 根據(jù)杠桿原理，當支點兩端的物體的質(zhì)量與力距乘積相等時，杠桿就處于平衡。M2M1L2L1 杠桿原理示意圖，只要M1*L1 = M2*L2時，在布PCB的同時，只要通過簡單的測量和計算便可以使得杠桿處于平衡。 整流電路圖穩(wěn)壓輸入 穩(wěn)壓電路 LED旋轉(zhuǎn)同步設計該電路分為兩個部分：1) 中斷系統(tǒng)采用中