文档介绍：LED显示棒
摘要:本设计以AT89S52单片机为中央控制器,利用视觉暂留效果和单片机外部中断技术,实现了在摇动过程中形成的扇形平面内清晰显示文字、字母、图案的LED显示棒的制作。整套系统由中央控制模块、LED显示模块、供电模块等部分组成。本设计实现了设计要求显示的全部内容,并且可以实现动态图案的显示。
关键字:LED 视觉暂留图案
1 引言
LED显示棒,又称摇摇棒,是一种利用视觉暂留效应制作的“高科技”玩具。可以用“静如处子,动如脱兔”来形容它,即当静止时,它只是几个LED发光二极管(后简称LED) ,而一旦按照一定的频率去摇晃它,它就会随着位置的变化而变化(亮或灭),最终显示一幅图片或字符串。
本设计要求制作完成一个LED的显示棒。要求LED灯线状排列,通过摇动时形成的亮灯扇形区域能够分辨出如:“电”、“A”、五环之类的汉字或图案且可以使用按键对显示内容进行切换。
2 系统设计方案
设计思路
本系统要求设计一个LED显示棒,且需要有按键进行内容切换,它主要是由中央控制部分、LED驱动部分、LED显示部分以及电源部分组成,如图1所示:
图1:LED显示棒系统框图
单片机将提取的字模进行存储,当接收到按键输入的指令时单片机就将相应的字模代码通过I/O口输出,使LED点亮,利用视觉暂留原理最终使图案完整的显示在摆动的显示屏中。
本题的难点在于送数据的时间间隔以及较长画面或文字的完整显示。以下将对各模块的方案进行论证与比较:
模块方案的论证与比较
LED灯的选择
方案一:传统LED发光二极管。颜色多样,在可以同样显示图案的前提下使用它更为经济,但是颜色较为黯淡,不鲜亮。
方案二:高亮LED发光二极管。正如其名,它的亮度比传统二极管要亮,而且同样也有很多颜色,但是高亮LED的工作电流也要大于传统二极管。
为了使显示的图案清晰、明了,我们选择方案二,经过比较,使用蓝色的LED使得显示画面更为明显、突出,,提供足够的电流。
外部中断信号产生方式
通过外部中断可以控制数据开始传输的时刻。选择好外部中断来源是本次制作的难点及重点。
方案一:使用惯性开关。通过摇晃使得惯性开关的摆杆与焊接的左右两个触点接触,利用这种接触产生的电平变化来触发中断,结合软件控制显示,制作简单,使用方便。
方案二:使用光遮断器。在棒上装一个可以摆动的用来遮挡光遮断器光线的细杆,细杆每左右摆动一次这个杆就会通过一次光遮断器,发生电平变化。同样通过这种电平变化,结合软件控制显示。
本次设计中产生的中断是为了实现数据的单程传输。如果使用光遮断器,其触发单片机的时刻处于正中间,不能解决画面因为返回与原来图片重叠的现象。而使用惯性开关,因为在左右都有触点,所以很容易的在往返途中产生两次中断,方便指令控制,所以选择使用方案一。
抗重影方案的选择
方案一:使用外部中断控制数据传输时刻。外部中断信号由惯性开关产生,触发方式为下降沿触发。惯性开关左右两边的触点分别与单片机两个外部中断接口相连,默认为高电平,摇动的摆杆接地。惯性开关处于不同位置进入不同的中断,从而决定何时送数据。该方案简单易行,可以保证数据是单程传输的,避免了重影。不摇动时把惯性开关处在左边就可以使LED棒熄灭,可以达到省电的效果。
方案二:使用定时器与外部中断。当我们在摆动手臂的时候,短时间内摆动位置和左右幅度不会有太大变化,利用我们手臂的这个运动规律,只要能得到棒从一侧摆动到另一侧的时间,然后把这个时间分成N份,在每一份的时间里显示不同的花样就能实现图形的显示。设计中摇动的摆子与左右两个触点接触各一次的时间可以通过外部中断和定时器计算出来,然后用单片机的另一个定时器T1,其定时时间是T0 的N 分之一,每次中断依次显示一列,就可以得到预期显示的图案了。该方法可以控制摇动频率低的时候不显示图形。但程序的稳定性不高,图形之间的间隔不易确定,只要电源开关开着LED始终是点亮的。
本次设计要求显示的字符长度较短,使用方案一中的外部中断方法只要控制好延时就可以达到完整显示图案的目的,而且方案一中只使用了外部中断,它所占用的内存比方案二中既使用外部中断又使用两个定时器所占用的单片机资源要少,所以选择使用方案一。
关于创新部分的讨论
本设计的最大特色就是可以使单列的LED组合灯通过一定频率的摇动在摆动的扇形区域内呈现出特定的字符或图形。在题目要求的基础上,我们决定从硬件和软件两部分对此摇动棒进行特别改造,比如美化外形,实现画面的动态显示等。
3 系统设计
总体设计
经过分析论证,我们决定了系统各模块的最终方案,流程图如下:
图2:LED显示棒系统原理框图
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