旋转LED显示屏的设计与制作.doc
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1、.旋转LED显示屏的设计与制作摘 要随着社会信息技术的发展，高科技教育和创新活动越来越受到大家的关注，电子产品越来越受到大家的青睐，旋转LED显示屏这一信息技术的前沿领域也得到了飞速发展，而在旋转LED显示屏中主要应用的便是单片机。在户外广告屏上，高科技是不可缺少的，因此单片机技术的应用注定是不可或缺的，所以利用AVR单片机技术制作的旋转LED显示屏的应用价值及科研价值是很高的。我们利用AVR单片机，通过Atmega16芯片制作出的旋转LED显示屏，可以顺利完成我们所要求的显示的内容，现场演示。通过自制的ISP下载线与电脑之间的链接，将电脑中的程序文件输入到单片机中，根据我们的需要显示不同的内
2、容。该设计主要包括：基板硬件的设计、硬件驱动的设计、显示程序的设计等。它具有设计思路简捷、程序简短、结构简单等特点。旋转LED显示屏用于教学演示，可以使学生了解动态扫描的原理，同时对相关知识的综合应用有一个清晰的认识，易于加深对相关知识的了解、掌握。能更好的应用所学到的知识，更好的把所学到的知识应用的实物中去，能引导同学们去开发想象到的东西，能是学到的理论知识更好的与实际相结合。关键字：旋转LED显示屏；Atmega16单片机THE DESIGN AND PRODICTION OF THE ROTATING LED DISPLAYABSTRACT With the social develop
3、ment of information technology, more and more high-tech education and innovation activities be given due attention, electronic products, more and more people of all ages, rotating LED display of information technology frontier has been rapid development, and the main application is in the rotating L
4、ED display microcontroller. Outdoor advertising screen, high-tech is indispensable for the application of single-chip technology is bound to be an integral part of the rotating LED display using AVR microcontroller technology to produce value and scientific value is very high. We use the AVR microco
5、ntroller, the Atmega16 chip to produce a rotating LED display, the successful completion of the contents of the display we are asking, live demonstration. Link between the homemade ISP download cable from the computer, the computers program files are input to the microcontroller, display different c
6、ontent according to our needs. This design mainly includes: a substrate hardware design, hardware-driven design, showing the design of the program. It has a simple design ideas, a brief program, simple structure and other characteristics. The rotation LED display for teaching demonstration, to enabl
7、e students to understand the principle of dynamic scanning, the integrated application of knowledge at the same time have a clear understanding, easy to deepen the knowledge to understand and master. Better able to apply my knowledge and better application of knowledge learned in kind to guide stude
8、nts to develop imagine things, the theoretical knowledge learned better with practice combination.Key words：the rotating LED display; Atmega16 single chip microcomputer目 录1 前 言-12 系统设计构思-2 2.1 设计要求-2 2.2 显示屏的原理-2 2.3 模块设计的方案-2 2.3.1 显示屏整体设计-2 2.3.2 控制器模块-2 2.3.3 传感器模块-3 2.3.4 电源模块-3 2.3.5 显示模块-4 2.4
9、 最终方案-43 系统机构-54 硬件实现及单元电路设计-6 4.1 微控制器模块的设计-6 4.2 指针板电路的设计-6 4.3 基板电路的设计-7 4.3.1 主要元件7805稳压块的介绍-8 4.3.2 主要元件3296电位器的介绍-8 4.4 光电管的安装-9 4.5 指针版电源的连接-9 4.6 ISP下载线的制作-105 软件实现-115.1 显示处理-115.2 程序源文件-156 系统调试-236.1 7805的降压与散热处理-236.2 电量储存问题的处理-236.3 文字调节问题的处理-247 结 论-25参 考 文 献-26致 谢-271 前 言随着社会信息技术的发展，高
10、科技教育和创新活动越来越受到大家的关注，电子产品越来越受到大家的青睐，旋转LED显示屏这一信息技术的前沿领域也得到了飞速发展，而在旋转LED显示屏中主要应用的便是单片机。单片机又称单片机微控制器，它是把一个计算机系统集成到一个芯片上，单片机技术就是计算机技术的一个分支，是旋转LED显示屏的核心元件，在旋转LED显示屏设计中主要就是应用AVR弹片机的技术进行控制的。我们在这次项目中应用的AVR单片机是很新颖的一种，它不仅价格低廉，可以节省很多开发费用，而且内部存储器的擦写可达到10000次以上，不会产生报废品。在户外广告屏上，高科技是不可缺少的，因此单片机技术的应用注定是不可或缺的，所以利用AV
11、R单片机技术制作的旋转LED显示屏的应用价值及科研价值是很高的。我们利用AVR单片机制作出的旋转LED显示屏，可以顺利完成我们所要求的显示的内容，现场演示。通过自制的ISP下载线与电脑之间的链接，将电脑中的程序文件输入到单片机中，根据我们的需要显示不同的内容。所完成的作品可以直接应用于单片机的教学之中，使自己的毕业设计有了实在的应用价值。本作品今后可以向商品化方面进行开发，以使之有更大的价值。由于某些资料及时间的限制，所以致使AVR单片机的一些功能没有全部扩展出来，处于正在研究探索中。我们会对该项目进行不断的创新。2 系统设计构思2.1 设计要求(1)旋转部分的电路板重心要适中，以便旋转起来后
12、没有大的抖动。(2)旋转电路板能检测到一个固定的位置来确定显示起始位置。 (3)显示内容要有花形图案、汉字静态显示和汉字动态滚动显示。2.2 显示屏的原理旋转LED显示屏采用扫描方式进行显示,其实现原理是通过控制不同时间段内让不同批次的LED轮流点亮,根据人眼的视觉暂留特性,当扫描帧频达到24Hz以上时,人眼便感觉不到扫描过程,而是一幅稳定的图像。2.3 模块设计的方案根据设计要求，本系统主要由控制器模块、电源模块、传感器模块、显示模块等模块构成。为较好的实现各模块的功能，我们选择了最合理的设计方案 2.3.1 显示屏整体设计制作旋转LED显示屏。经反复论证考虑，采用方形薄木板做系统平台，用塑
13、胶块做好支架。中间装上直流电动机。将焊好元件的条形电路板插在电动机转轴上。 为保平衡，在轻的一侧用小螺丝配重。 2.3.2 控制器模块采用Atmel公司的ATmega16L单片机作为主控制器。ATmega16L是一个低功耗，高性能的8位单片机。片内资源丰富，16K的Flash，Boot代码区，512字节的EEPROM，1K的SRAM，JTAG接口, 仿真和下载，支持ISP下载，3个带PWM的定时器，8路10位的AD转换器，UART（异步串口），SPI（同步串口），看门狗，TWI（IIC）接口，模拟比较器等。引脚图如图2-1。 图2-1 ATmega16L引脚示意图 2.3.3 传感器模块用红外
14、发射管和接收管。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到红外接收管就能检测出光信号而输出低电平，若接收不到发射管发出的光信号则输出高电平。 2.3.4 电源模块旋转LED显示屏设计的成败，不是取决于电路和程序，而是取决于结构。或者说，取决于如何实现对指针板的供电。 根据所学知识，指针板的供电方式一般有以下三种：(1)自感应发电这种方法，就是从指针板上引出导线，接入到电机内部绕在转子上，电机旋转时该导线切割磁场产生感应电动势，经过整流后作为指针板上的电源。这种方式的优点是：设计很巧妙，无机械磨损。更巧妙的是，由于感应出来的电动势是交流的，所以可以利用该过零信号来定位，不必另外准备定位信号了。这
15、种方式的缺点是：提供的电流有限，只能适合LED较少的旋转时钟，当LED 数量较多时，需要更多的电流，这种方式就不能满足了。其次，这种方式要对电机本身进行改造，也有一定的难度。并不是所有的电机都适合这种改造。而且这种改造可能会给电机带来损害。 (2)自备电池这种方式，就是在指针板上安装电池，由电池供电。一般是用两到三节 7 号电池。这种方式的优点是：不用担心电压波动。也不存在机械磨损，不用担心接触不良之类问题的困扰。这种方式的缺点是：很费电池，三天两头换电池，既不经济也不环保，费时费力！电池很重，一般的电机带不动，必须用很大的电机。这也意味了成本的上升。(3)机械传导供电这种方式就是采用滑环和电
16、刷，通过机械接触传导电流。这种方式的优点是：能够提供比较大的工作电流。这种方式的缺点是：有机械摩擦，会产生磨损。因此要求滑环和电刷材料要耐磨。另外，还得有足够的弹性，并且要耐锈，否则会导致接触不良。有机械阻力，因此要求电机有比较大一点的功率。有机械噪音。 2.3.5 显示模块LED正端接到电源，负端经过限流电阻接到单片机的IO口。之所以采用负端控制，是因为从CPU的IO口带载能力方面来看，灌电流一般都比拉电流大，采用LED负端控制能够提供更大的驱动能力。2.4 最终方案经过反复论证，我们最终确定了如下方案：(1)指针板用万能电路板实现。(2)采用ATmega16L单片机作为主控制器。(3)用外
17、接12V直流稳压电源。(4)用LTH-1650型红外光电管进行定位。(5)用LED作为显示。(6)基板用薄模板制作。 系统的结构框图如图2-2所示：图2-2 系统结构框图3 系统结构旋转LED 显示屏可以设计成多种样式,如圆柱式、圆锥式、圆盘式等，基于制作条件、造价和显示效果等多方面因素考虑，我采用了圆盘式的方案。系统的总体结构是由以上提到的每个独立的模块组合而成的，结构设计如图3-1，成品结构如图3-2。图3-1 结构设计图图3-2成品的总体结构4 硬件实现及单元电路设计4.1 微控制器模块的设计采用Atmel公司的ATmega16L单片机，不用烧写器而只用串口或者并口就可以往单片机中下载程
18、序。我们在开发过程中程序的调试和整机的测试，“ISP下载线”相当于“数据线”，“ISP接口”相当于“U口”，“Atmega16”相当于“U盘”，因此不需要将单片机从指针板板上取下，直接在指针板上通过ISP接口在线调试。如图4-1图4-1 指针板ISP接口4.2 指针板电路的设计旋转LED显示屏的指针板是以单片机为核心，围绕AVR单片机展开的一系列连接，控制外部电路的使用，指针设计是一个至关重要的试验步骤。旋转LED显示屏指针板电路原理图如图4-2所示:图4-2 指针板电路原理图电路确定可以正常运行使用后,进行电路板的制作和实际焊接。实际焊接是要注意元件的布局，小的元器件要放在插座内侧，这样既能
19、节省空间又能保护器件不受损害。如图4-3。图4-3 指针板结构图4.3 基板电路的设计基板主要负责为指针板提供电源，通过红外发光二极管向指针板位置信号。由于本系统的电机转速直接决定图形显示是否成功，所以在设计电机电源时要考虑电压是稳定性。我们生活的供电是200V，但在实际中电压是180V-250V。为了保证本系统供电正常设计了微调稳压供电。以适应不同的供电环境。如图4-4所示。图4-4 基板电路图4.3.1 主要元件7805稳压块的介绍7805为定值三端集成稳压块。正面面对7805,左边管脚是高电位输入，中间管脚为公共接地端，右边管脚为输出端。输入电压过高会发热严重甚至击穿稳压块，输入电压过低
20、则输出电压达不到稳定的目的。7805输出为+5V稳定电压,最高输入极限电压36，最低输入电压7V,集成稳压块的最佳工作状态是输入电压与输出电压间的压差在34V左右。如图4-4基板电路设计输入电压为12V，输出为5V，由于压差太大，在输入前端串联几个二极管降压，且在7805上加了自制的散热器，这样稳压块就不会很烫。 4.3.2 主要元件3296电位器的介绍电位器是一个可调的电子元件，俗称“可调变阻器”，它在电路中的主要作用有以下几个方面：1.用作分压器2.用作变阻器3.用作电流控制器。3296电位器是一个连续可调的电阻器，本实验用作变阻器的功能，把它接成两端器件，当调节电位器的转柄时，便可获得一
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- 旋转 led 显示屏 设计 制作
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