2022年简易旋转LED显示装分析方案书.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要 系统由红外接收及按键电路、霍尔检测电路、光敏自控电路、16 个 LED 线阵显示电路四个电路模块组成；采纳AT89S52 单片机为核心,对红外接收传感器及霍尔检测电路进行采集,并掌握自检及 16 个 LED 线阵图文显示工作；由 光敏电阻及 UA741 构成的光敏自控电路,可以通过环境光线转变输出电压,实 现 16 个 LED 线阵显示电路亮暗调剂；Abstract The system consists of infrared receiving and key circuit, hall detection circuit, photosensitive control circuit, 16 LED graphic display circuit, motor drive circuit five circuit modules. Using AT89S52 SCM as the core, the infrared receiving sensor and hall detection circuit for acquisition, and control self-inspection and 16 LED by a display work. The photosensitive resistance UA741 and a photosensitive control circuit, can through the environment light change the wave to control the output waveform, realize 16 LED graphic display circuit light and dark regulation. 一、系统方案论证与比较1主控电路挑选 方案一 : 由 FPGA构成主控电路 , 系统板体积小,运算速度快 , 稳固性强 , 而且功能强大 , 可以供应丰富的规律单元和 I/O 口资源,但是成本较高,不符合节能、环保的要求；方案二 : 采纳 AT89S52单片机构成的主控电路,支持 作简洁,价格低廉,通用性强；ISP 下载技术,掌握操经比较分析,考虑到传统的 51 单片机就可以满意题目的需要,而且价格低廉,性价比高,因此挑选方案二；2亮度自动调电路挑选方案一：采纳线性较好的光敏电阻,将光敏电阻串入掌握电路的输出端再接入线阵 LED 灯,当光亮度变化时即可转变电流大小,从而可以达到亮暗调节；但是电路不稳固,性价比差此方案故不实行；方案二：由光敏电阻与 NE555 构成亮度调剂电路；用 EN555、电容、电位器组成振荡电路产生稳固的 PWM波输出；光敏电阻的变化引起输出 PWM波占空比的变化,从而转变显示亮度；方案三：采纳 UA741 与光敏电阻搭建电路,组成负反馈放大电路输出；而光敏电阻的变化引起输出电压的变化,从而转变显示亮度,实现亮度随外界环境变化而自动调剂；经比较分析,方案三电路稳固、且易于掌握,因此选定此方案作为环境亮度变化调剂电路；3. 标杆检测电路挑选方案一：采纳光敏电阻构成的光电检测电路；光敏电阻通过感应光线强度而转变自身阻值,简洁受环境光线强弱的影响和四周物体移动的干扰,工作不稳固；而且在电路后级仍需要加上比较电路,使得电路复杂,成本较高；方案二：采纳霍尔传感器A44E构成的检测电路；霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点,所以能够在各类恶劣环境下牢靠的工 作,而且成本低,电路简洁,工作稳固；1 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 经比较分析,选取方案二来实现移动物体的检测功能；4. 电机的比较与挑选 方案一：采纳步进电机来带动旋转平台,步进电机是将电脉冲信号转变为 角位移或线位移的掌握元件,使得在速度、位置等掌握领域用步进电机变的非 常简洁；故不挑选；方案二：运用沟通电机带动旋转平台,沟通电机具有调速性能好、易于控 制、无需驱动电路、载重才能强等优点；经比较分析,由于步进电机转速不易调整,而沟通电机机械特性和调剂特 性的线性度好,调速范畴广、保护便利,满意题目要求,所以我们挑选沟通电 机带动旋转平台,故挑选方案二；二、电路理论分析与运算1. 线状点阵 LED驱动参数分析与运算该线状点阵中LED 驱动方法为一般的LED 与电阻串联的方式来驱动点亮LED,该限流电阻运算公式如下：依据设计要求,可求得限流电阻：经运算采纳 电阻与 LED串联即可；2. 线阵 LED运动参数分析与运算 在电机的带动下,线阵 LED 依靠旋转平台进行旋转,设电机周期为,LED完成需要时间为,软件延时为,它们之间存在以下关系：只要保证,经运算由,得,线阵 LED就能很好的地显示图文；3. 指针式秒表分析与运算指针秒表完全通过软件来掌握显示,设电机周期为,软件延时为、,存在以下关系：,LED 完成需要时间为保证成立,确定LED 完成需要时间为,线阵 LED 就能很好的地显示秒表计时；4. 显示亮度自动调剂分析与运算 采纳 UA741 与光敏电阻搭建电路；组成负反馈放大电路输出；而光敏电阻2 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 的变化引起输出电压的变化,从而转变显示亮度,实现亮度随外界环境变化而自动调剂；光敏电阻的变化引起输出电压的变化,从而转变显示亮度 , 即电流掌握；控制电流大小运算如下：三、电路模块的设计与分析1系统设计分析系统由红外接收及按键电路、霍尔检测电路、光敏自控电路、16 个 LED 线阵显示电路四个电路模块组成；第一,通过红外遥控发送指令数据给单片机AT89S52,使单片机输出自检指令；16 个 LED 线阵显示电路逐盏点亮；红外遥控发送图文显示指令时,16个 LED 线阵显示电路显示图文；红外遥控发送秒表指令, 16 个 LED 线阵显示电路以秒表以标志杆为起始标志,秒针随时间动态旋转,旋转一周的时长为60± 1 秒；系统框图如图A-3-1 所示；图 A-3-1 系统总体框图2单片机主控电路主控电路是以单片机最小系统为核心掌握,电路如图A-3-2 所示；单片机I/O 口对红外遥控进行指令采集,以判定红外遥控输入信息；P0、P2 口就用于传输显示数据,使 16 个 LED 线阵显示电路实时显示工作状态；3 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 A-3-2 单片机主控电路3红外接收及按键掌握电路红外线接电路用红外收头1838T,电路如图 A-3-3；红外接收头接收发射头发射以宽度 600/900 s 为发射脉冲 ,在 5CM 之接收范畴内,取 50 次接收脉冲之平均值；送给单片机采集数据,使16 个 LED 线阵显示电路显示图文；同时可以通过按键手动掌握 16 个 LED 线阵显示电路显示图文；图 A-3-3 红外接收及按键掌握电路4. 标杆检测电路标杆检测电路采纳霍尔传感器采集数据并检测标志杆,把霍尔传感器固定到旋转平台,一块小磁铁固定到标志杆上,并与霍尔传感器水平一条线放置；当旋转平台边缘上网霍尔传感器经过标志位的小磁铁时,传感器感应到磁场发生变化,同时产生输出电压脉冲,并将此脉冲送入单片机；标杆检测电路如图A-3-4；4 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5. 亮度自动调剂电路 亮度自动调剂电路采纳图 A-3-4 标杆检测电路 UA741 与光敏电阻搭建电路；组成负反馈放大电路输出；而光敏电阻的变化引起输出电压的变化,从而转变显示亮度,实现亮度 随外界环境变化而自动调剂,亮度自动调剂电路如图 A-3-5；图 A-3-5 亮度自动调剂电路四、系统软件设计1系统软件流程图系统的软件程序由C语言编写,使用 Keil 编译环境,具体的程序流程图如图 A-4-1 ；系统初始化操作后,立刻对红外遥控进行循环扫描,以挑选工作模 式,并在执行相应的工作模式操作进行图文显示；另外,系统通过中断程序完 成的一个指针式秒表的显示；5 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 A-4-1 主程序流程图五、系统测试与分析1系统测试仪器四位半UT-61 万用表 1 台、 TPR3003-3C双路直流稳压电源1 台、模拟YB43020BF示波器 1 台；2系统测试与结果分析<1）完成制作一个由16 只 LED 构成的线状点阵及其掌握电路,安装于可旋转的平台上,在平台的中心设置一个按键,用于功能的切换,电机带动平台以 合适速度旋转；<2）开机时装置完成显示自检,能对点阵中16 只 LED逐个点亮,每只 LED显示时间约为 1 秒,此时平台不旋转；测试结果如表 A-5-1 所示：表 A-5-1 自检测试记录表：第一次测试 其次次测试 第三次测试 平均值16s 17s 16s 16.33s 测试结果分析： 16 只 LED逐个点亮依据三次测试结果说明,每只 LED显示时间约为 1 秒,误差 3%；<3）平台开头旋转后,通过无线方式切换,实现16 个同心圆图形分别次序<由大到小）和逆序 <由小到大）显示,每个同心圆图形显示时间为 1 秒左右；同心圆由大到小测试结果如表 A-5-2 所示,同心圆由小到大测试结果如表 A-5-3 所示：表 A-5-2 同心圆由大到小测试结果表：第一次测试其次次测试第三次测试平均值8s/16r 9s/16r 10s/16r 9s/16r 6 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 A-5-3 同心圆由小到大测试结果表：第一次测试其次次测试第三次测试平均值10s/16r 7s/16r 8s/16r 8.33s/16r 测试结果分析：同心圆由大到小、由小到大测试结果说明,每个同心圆图 形显示时间为 1 秒；<4）LED 显示亮度能依据环境亮度变化自动调剂；环境光线弱,LED 显示变暗、环境光线亮, LED显示变亮；<5）通过无线方式切换,显示字符“TI 杯” ,能稳固显示,无明显漂移；<6）通过开关心换电机旋转的速度,可以在两种不同的旋转速度下,LED依 然能够稳固的显示图文信息；<7）通过无线方式切换,显示一个指针式秒表,该秒表以标志杆为起始标 志,秒针随时间动态旋转,旋转一周的时长为 60± 1 秒；测试如表 A-5-4 所 示：表 A-5-4 秒表测试结果表：第一次测试其次次测试第三次测试平均值50s 61s 72s 59.91s 测试结果分析：依据测试表格结果显示,秒针随时间动态旋转,旋转一周 的时长为 60± 1 秒,达到题目要求；六、设计制作总结系统通过单片机实现了在各种模式下的图文现实功能,并且能够对环境光 线进行显示亮暗度自动调剂,通过测试,完成了题目的全部要求,性价比高,而且节能环保；在四天的竞赛中,遇到了很多困难,但困难并没有让我们退怯,反而激发 了我们的斗志,鼓励我们最终完成了整个系统的设计与制作；当然,设计中仍 存在一些不足之处,也恳请各位老师尽心指正；通过这次模拟电子设计竞赛,我们不但增强了个人才能,仍提高了团队协作精神；7 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页