摇摇棒实习报告.pdf

系 别：电子信息系 专 业：电子信息工程 班 级：学 号：姓 名：指导教师：妮 实习题目：摇摇棒的制作及调试 实习地点：北信学院电子实验室 教务处印制 2013 年 7 月 14 日 生产实习报告 指导教师填阅 指导教师评语：实习报告成绩：指导教师签名：时间：年 月 日 摇摇棒的设计制作及调试 1前言 人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。摇摇棒就是基于人的视觉暂留原理的，通过分时刷新 16 个发光二极管来显示输出文字或图案等信息的显示装置。本次设计要求制作完成一个 LED灯显示的摇摇棒，16个 LED灯一字纵向排列，通过摇动时形成的亮灯扇形区域来显示预先设定的汉字或图案，且可以用 按键对所显示容进行切换。本次摇摇棒的设计作为生产实习的一部分，综合了模拟电子技术基础和数字电子技术等学科的知识，温固并进一步学习了protel软件的用法，初步了解以单片机为核心的电子系统体系，对将要学习的单片机技术有了初步的认识。2实习目的 1 非常重要的实践教学环节 2培养理论知识与生产实际相结合的能力 3了解单片技术 4锻炼实际动手能力，掌握电子线路焊接、装配的基本技能 5了解并掌握本专业软硬件设计的一些基本问题 3实习时间，及进程安排 7 月 1 日 7 月 2 日：理论学习及讲座阶段 上午讲座 下午及课外时间进行资料收集、查找及学习 7 月 6 日：发放元器件，进行焊接准备 7 月 7 日7 月 9 日：硬件焊接及组装，及硬件调试 7 月 9 日7 月 10 日：参考硬件电路绘制原理图及 PCB 绘制，参照例程学习软件程序设计 7 月 10 日7 月 14 日：总结报告及验收、答辩 4实验地点 北信学院电子实验室 5实习单位、部门、地点 实习单位 工业大学北方信息工程学院 实习部门 电子信息系 实习地点 电子实验室 6实习容 6.1 关键技术介绍 本次所设计系统主要由中央控制部分、驱动部分、显示部分、电源部分以及按键和开关等组成，原理框图如下图所示 6.1.1 视觉暂留原理 人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。中 央 控 制 器 驱动 显 示 器 电源 切换按键 复位按键 水银开关 是光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后，仍保留一段时间的现象，其具体应用是电影的拍摄和放映。原因是由视神经的反应速度造成的.其时值是二十四分之一秒。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像，感光细胞感光，并且将光信号转换为神经电流，传回大脑引起人体视觉。感光细胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定时间的，这就形成了视觉暂停的机理。6.1.2 89C51 单片机介绍 89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8 位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的 89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。89C51主要特性：与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 128*8 位部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片振荡器和时钟电路 6.1.3 点阵字体介绍 点阵字体也叫位图字体，其中每个字形都以一组二维像素信息表示。这种文字显示方式于较早前的电脑系统被普遍采用。一般我们使用点阵显示汉字是用 16*16 的点阵宋体字库，所谓 16*16 就是每一个汉字在纵、横各 16 点的区域显示，然后用每个点的虚实来表示字符的轮廓。6.1.4 LED 发光二极管 发光二极管简称为 LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为 LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个 PN 结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从 P 区注入到 N 区的空穴和由 N 区注入到 P 区的电子，在 PN 结附近数微米分别与 N 区的电子和 P 区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。发光二极管的特点是：工作电压很低；工作电流很小；抗冲击和抗震性能好，发光均匀稳定、响应速度快，可靠性高，寿命长。发光二极管的反向击穿电压约 5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。6.1.5 PCB 板 印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，简称印制板，英文简称PCB 或 PWB，以绝缘板为基材，切成一定尺寸，其上至少附有一个导电图形，并布有孔（如元件孔、紧固孔、金属化孔等），用来代替以往装置电子元器件的底盘，并实现电子元器件之间的相互连接。由于这种板是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。习惯称“印制线路板”为“印制电路”是不确切的，因为在印制板上并没有“印制元件”而仅有布线。采用印制板的德可以减少了布线和装配的差错，节省了设备的维修、调试和检查时间有利于设计上的标准化，利于互换，并且布线密度高、体积小、重量轻，利于电子设备的小型化，此外也有利于机械化、自动化生产，提高了劳动生产率并降低了电子设备的造价。6.2 电路原理 6.3 功能原理 6.3.1 显示部分 每个汉字的显示需要 16*16 点阵，所以本次所设计系统显示部分由 16个灯组成，由于人的视觉暂留，16 个灯在摇动下形成一个类似于扇形的点阵，通过中央控制器的控制，16 个灯分时亮灭，可以在此扇形点阵上显示设定的容。16 个灯分时亮灭闪动频率较高，而发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮等优点，所以可选用发光二极管作为显示灯。发光二极管的反向击穿电压约 5 伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时串联了 1K的贴片电阻以控制通过管子的电流。其中 LED1-LED16为组成点阵的灯，LED17 为背景灯。6.3.2 中央控制器 本系统使用 89C51 作为控制器。89C51 具有三级程序存储器锁定功能，拥有 128*8 位部 RAM、32 可编程 I/O 线、两个 16 位定时器/计数器、5 个中断源以及可编程串行通道，完全可以满足本次设计的需要。在本设计中 89C51采用外部驱动；使用 INT1 作为复位中断控制端；使用中断 INT0 和水银开关控制程序开始运行时棒的摇动方向，以防止重影；以 P0、P2 和 P1.2 等17 个 I/O 接口作为输出端口分别连接一个 LED 灯，再结合软件的运行就可以通过控制 LED 灯的亮灭来显示文字和图案。6.3.3 驱动部分 单片机的时钟由一个 12MHz 的晶振和两个 30pF 的电容组成。单片机各部件之间有条不紊协调工作，其控制信号是在基本节拍的指挥下按一定时间顺序发出的，这些控制信号在时间上的相互关系就是 CPU 时序，而产生这种基本节拍的电路就是振荡器和时钟电路。此振荡器由 XTAL1 端向部时钟电路提供 12MHz 的时钟源信号。6.3.4 电源部分 电路原理图如下图所示，系统电源 D5V 为 5-6V，由两节 CR2032 的纽扣电池串联组成。此外在电路输入输出端并联了一个 10uF 的电容，可改善系统瞬态响应和稳定性。K4 为系统的总电源开关。6.3.5 复位按键 电路中的开关 K2 为复位按键开关，控制处理器 89C51 的 RST 端的高低电平，从而实现系统的复位。当按下该键后，系统将强行从初始状态开始运行 6.3.6 切换按键 电路中的开关 K1 为显示容切换按键，此按键控制 89C51 的 INT1 端的高低电平，从而实现系统可以不同的显示容检切换。6.3.7 水银开关 棒在摇动时，只能朝某一个方向摇动时显示，否则会出现重影，所以通过接一个水银开关来控制。水银开关一端连接 89C51 的 INT0 中断和电源，一端接地，通过摇晃使得水银开关两引脚短接或断开，当水银使两脚连接时，INT0 端输入底电平，反之 INT0 端输入高电平。以此控制使摇摇棒从左向右摇动时将容显示出来。6.3.8 扩展接口 系统的扩展接口有三个：J1 用于和显示及水银开关扩展板进行连接；J6 用于串口的扩展，同时可以利用该串口进行 ISP 程序下载，该接口为 5V的电平，如需和计算机连接需要外接电平转换模块；J7 为扩展接口，本次设计中有很多 89C51 的端口端口没有使用，通过 J7 接口扩展了出来。这三个扩展接口将单片机的资源全部引出，因此摇摇棒的核心板可以单独作为一个单片机的开发板使用。6.4 PCB 板的安装和调试 1检查元器件数量与质量，并将元器件归类 2对元器件的引脚进行整形以方便焊接时使用。3对烙铁镀锡，并清洁焊接部位。4焊接。焊接的顺序是先低后高、先笑后大、先轻后重、先易后难、先一般元件后特殊元件，且上道工序安装后不影响下道工序。5检查焊接质量，对不符合要求的进行修整。6剪去多余的引脚。7下载程序进行调试。6.5 安装和调试过程中出现的问题 1下载程序后 LED14 灯不亮，经检查是因为与其连接的贴片电阻 R24 不导电，更换电阻 R24 后正常。2双排针 J1 引脚密集，引脚间距离较小不方便焊接，致使焊接时部分引脚虚焊，为防止摇动时引脚松动，对其进行了加锡。7、实验步骤 1、焊接最小电路部分。先焊接 40p 的 IC 插座（注意：芯片的缺口是朝下的！设计 PCB 时，为了便于布线），再将 12M 晶振、30pF 瓷片电容、10uF 电解电容、10K 电阻、插针焊上去。现在芯片就可以烧写程序。若程序无法烧写，请检查电路中是否有虚焊等，再进行下一步。2、焊接 LED 部分。先将 16 个 LED 插入 PCB 板中指位置，注意不要放反了，LED的引脚是“长正短负”，PCB 板上的焊盘是“方正圆负”。先不要急着焊接，因为 16 个 LED 需整齐的摆放才能达到好的显示效果。匆忙动手可能会使 LED在 PCB 板上高低不齐，东倒西歪。我建议先将每只 LED 的长引脚点上锡，轻焊在电路板上以作固定，因为焊上一个引脚，便于调整 LED 在 PCB 板上的姿势。方法是：右手持热的烙铁点在已焊上的引脚上，同时左手从下面顶住 LED调整，此时锡已被融化，LED 松动了，左手向上顶住，使 LED 贴住 PCB 板，此时 LED 也就正立在 PCB 板上了。最后将限流电阻焊上去。此时 LED 应该是可以亮的。烧写一个 P0 口 P2 口的走马灯将 LED 点亮瞧瞧。USB 下载器可以供电。点亮走马灯是没问题的。检查看是否有不亮的。3、将其余元器件焊上。其中水银开关里的水银珠很活跃，导致在接通时容易产生抖动，所以将水银开关斜向上放置（尖尖朝斜上方 45角），靠水银珠自身重力的作用减少抖动。（特别注意：水银是有毒的。水银开关破了，水银泄露，为害很大，请小心使用妥善保管）。另外再在水银开关上糊上一层较厚的热熔胶加以保护。现在可以开始调试了。8、源程序#include#include ziku.h unsigned int n=0;unsigned char m=0;unsigned char d=0;void delayms()int i;for(i=0;i160;i+);/晶振 22.1184M /for(i=0;i100;i+);/晶振 14.7456M void delay(char x)int i,j;for(i=0;ix;i+)for(j=0;j1200;j+);void init()EA=1;/打开中断总开关 EX0=1;/打开中断 0 的允许开关 EX1=1;/打开中断 1 的允许开关 IT0=0;/设置中断 0 的中断方式为低电平触发 IT1=1;/设置中断 1 的中断方式为脉冲出发 void ins_0()interrupt 0 delay(4);for(n=0;n128;n=n+2)/*/P2=hanzimn;P0=hanzimn+1;delayms();/*/*d=0;if(hanzimn&0 x01)=0)d|=0 x80;if(hanzimn&0 x02)=0)d|=0 x40;if(hanzimn&0 x04)=0)d|=0 x20;if(hanzimn&0 x08)=0)d|=0 x10;if(hanzimn&0 x10)=0)d|=0 x08;if(hanzimn&0 x20)=0)d|=0 x04;if(hanzimn&0 x40)=0)d|=0 x02;if(hanzimn&0 x80)=0)d|=0 x01;P0=d;d=0;if(hanzimn+1&0 x01)=0)d|=0 x80;if(hanzimn+1&0 x02)=0)d|=0 x40;if(hanzimn+1&0 x04)=0)d|=0 x20;if(hanzimn+1&0 x08)=0)d|=0 x10;if(hanzimn+1&0 x10)=0)d|=0 x08;if(hanzimn+1&0 x20)=0)d|=0 x04;if(hanzimn+1&0 x40)=0)d|=0 x02;if(hanzimn+1&0 x80)=0)d|=0 x01;P2=d;delayms();*/void ins_2()interrupt 2 m+;delayms();if(m=2)m=0;void main()init();while(1)P0=0 xff;P1=0 xff;ziku.h：char code hanzi128=/第一维控制显示屏幕的屏幕数，第二维度控制每个屏幕显示的文字个数 /新 0 x08,0 x02,0 x08,0 x44,0 x0F,0 xA8,0 xF8,0 x10,0 x08,0 x28,0 x0F,0 xC6,0 x40,0 x10,0 x5F,0 x90,0 x40,0 x90,0 x40,0 x90,0 x40,0 xB2,0 xFF,0 x91,0 x40,0 x82,0 x01,0 xFC,0 x00,0 x80,0 x00,0 x00,/年 0 x04,0 x00,0 x24,0 x10,0 x24,0 x12,0 x24,0 x21,0 x7F,0 xFE,0 xC4,0 x40,0 x44,0 x84,0 x04,0 x08,0 xFF,0 x90,0 x04,0 x60,0 x44,0 x58,0 x35,0 x86,0 x04,0 x01,0 x0C,0 x07,0 x04,0 x00,0 x00,0 x00,/快 0 x02,0 x00,0 x0D,0 x00,0 x49,0 x02,0 x69,0 x0C,0 x59,0 x31,0 x49,0 xC1,0 x4F,0 x62,0 x79,0 x54,0 x49,0 x48,0 x89,0 x54,0 x99,0 x64,0 xA9,0 x42,0 x89,0 x03,0 x0A,0 x02,0 x0C,0 x00,0 x00,0 x00,/乐 0 x02,0 x00,0 x04,0 x00,0 x1F,0 xFF,0 xE0,0 x00,0 x02,0 x00,0 x04,0 x10,0 x18,0 x20,0 xF0,0 xC2,0 x10,0 x01,0 x13,0 xFE,0 x10,0 x00,0 x10,0 x80,0 x14,0 x60,0 x18,0 x30,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,；9实习总结 这次的生产实习让我对学习和生产有了更深刻的认识，虽然没有和去富士康的同学一样进入工厂实习，但是在学校实验室的设计和实践依然让我受益匪浅，收获颇丰。在这次生产实习中，我们进行了摇摇棒的设计和制作。摇摇棒是一种显示图像的设备，由单片机控制一排LED 灯有规律的亮灭，再通过摇动使之在空中呈现一幅时间的画面。看似简单的一个课题，但在实际设计设计中就会发现不那么容易，它实际上综合了以前所学过的多门课程，并且还要利用到单片机。看似简单的课题，在设计中发现很多细节都不容易解决，比如摇摇棒需要解决的抗重影能力，即是解决字总是从左往右显示而不会发生重叠的问题，我们没有成本较高的传感器，只能另寻它径，着实很费脑筋，后来知道老师提出可以使用水银开关才令我们豁然开朗。由此也可以看出只学好课本的理论知识是不行的，还要能把理论知识运用到实践中来。此外，还要关注实际生产，课本中只注重原理而并不太注重产品的型号和实际构造，这需要我们在实践中去认识，才能做到理论和实践的结合。生产实习培养了我综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题的能力，是锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。通过综合实习我们能够比较系统地了解理论知识，把理论和实践相结合，并且应用到生活中。在这次设计中我也遇到了各种错误和困难，但是成功就是建立在不断失败的基础上的。在思考解决一次次失败的过程中，收获的是经验，无形中提高了我们的动手动脑能力。把一个课题设计好不是一步到位的，它是一个反复修改，不断调适的过程，其间有困难也有乐趣，使人对工程实践有了一个初步的认识。在设计中的经验教训也让我认识到了所学知识的局限，加深了我对电子电路知识的了解。实习时短暂的，影响却是长远的。本次电路综合实习，我们对本专业的研究容和研究方法有了比较深入的了解，也相信通过这种实践活动，能够培养我们独立自主的意识，为了以后电子工程设计打下坚实的基础。附实物图：