本系統(tǒng)以STC8A8K64S4A12單片機(jī)作為LED線陣顯示裝置的主控制芯片，其中包含電源電路模塊、LED線陣顯示模塊、紅外遙控控制模塊、圖文錄入模塊無線充電模塊。無線充電模塊對單片機(jī)進(jìn)行供電，直流電機(jī)作為LED線陣的轉(zhuǎn)動的控制裝置，LED線陣由16個紅綠雙色的LED燈組成，利用人的視覺暫留現(xiàn)象，由電機(jī)轉(zhuǎn)動形成各種圖案。紅外控制模塊用于指定LED線陣顯示的位置以及切換模式。圖文錄入模塊對指定圖文進(jìn)行記錄并傳送到LED線陣上面去顯示。
1系統(tǒng)方案的選擇與論證
1.1 單片機(jī)控制模塊的選擇與論證
1.2電源電路模塊的選擇與論證
1.3電機(jī)類型的選擇與論證
1.4圖文錄入方式的選擇與論證
2系統(tǒng)理論分析與計算
2.1 雙色 LED限流電阻的計算
2.2 LED線陣旋轉(zhuǎn)時重心平衡的分析
2.3 LED線陣圖文顯示分析與計算
2.3.1圖案間隔點的分析與計算
2.3.2圖形寬窄變化的分析
2.3.3圖文錄入的分析
3硬件電路與程序設(shè)計
3.1系統(tǒng)總體框圖的分析
3.1.2 電源電路原理圖
3.1.3 紅外接發(fā)收原理圖
3.2程序的設(shè)計
3.2.1程序功能描述與設(shè)計思路
3.2.2程序流程圖
3.2.3程序提調(diào)試步驟與分析
4測試方案與測試結(jié)果
4.1測試方法
4.2測試分析與結(jié)論
附錄1：電路原理圖
附錄2：源程序
參考文獻(xiàn)：
1系統(tǒng)方案的選擇與論證本系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制模塊、電源電路模塊、紅外遙控控制模塊、LED線陣模塊、圖文錄入模塊組成，下面論證幾個模塊的選擇。 1.1 單片機(jī)控制模塊的選擇與論證 方案一：采用STC89C52單片機(jī)為主控芯片。共用40個引腳，由于LED線陣需要32個引腳驅(qū)動，所以此單片機(jī)作為本系統(tǒng)的控制芯片不合適。 方案二：采用IAP15W4K61S4單片機(jī)作為控制芯片。寬電壓，不怕電源抖動。超低功耗，掉電模式下外部中斷喚醒功耗<0.1uA；空閑模式下，功耗<1mA；正常工作模式下為4mA~6mA。該芯片一共有64個引腳，可以滿足本系統(tǒng)的控制。 由于考慮到LED線陣加上其他外設(shè)部分電路會使用到許多的單片機(jī)I/0口所以選擇方案二。 1.2電源電路模塊的選擇與論證 方案一：采用串聯(lián)幾個干電池再經(jīng)穩(wěn)壓給系統(tǒng)供電。這種方案電路比較簡單，由于只是直流的穩(wěn)壓，所以得到的電壓都比較的穩(wěn)定。對電路的干擾低。 方案二：采用變壓器穩(wěn)壓供電。如果采用變壓器來經(jīng)過變壓整流濾波穩(wěn)壓得到需要的電壓，這樣不僅電路的所用到的元器件較多，電路產(chǎn)生的干擾也較大。 考慮到要使顯示穩(wěn)定則電機(jī)轉(zhuǎn)速要穩(wěn)定則供電模塊也要穩(wěn)定，所以考慮到顯示的穩(wěn)定性選擇方案一。 1.3電機(jī)類型的選擇與論證方案一：選擇轉(zhuǎn)速高的直流電機(jī)。扭距大的電機(jī)，會使得顯示的畫幅增大。轉(zhuǎn)動起來也比較的穩(wěn)定，得到顯示的圖案也穩(wěn)定。 方案二：普通低速直流電機(jī)。轉(zhuǎn)動起來擺動很大，會使顯示不穩(wěn)定。 由于采用轉(zhuǎn)速高的電機(jī)會使得系統(tǒng)顯示的內(nèi)容比較穩(wěn)定，顯示的幅度到達(dá)要求，所以選擇方案一。 1.4圖文錄入方式的選擇與論證方案一：采用16個顏色傳感器對圖文卡進(jìn)行掃描。由于圖文是黑白分明的圖案，所以采用此方法可以實現(xiàn)功能，但是焊接16個傳感器會導(dǎo)致電路變復(fù)雜，穩(wěn)定性也不夠好，如果某一傳感器損壞則會導(dǎo)致最終的掃描結(jié)果出錯。 方案二：采用觸摸屏方式輸入圖文卡信息。在手動輸入對應(yīng)的圖文信息，然后再利用串口通信將觸摸屏的內(nèi)容傳送到LED線陣上顯示。此方法電路結(jié)構(gòu)會比較的簡單，輸入圖文的速度也會比較的快。 由于考慮到題目要求的要在5分鐘內(nèi)錄入3張圖片，所以要求錄入的效率要高，所以本系統(tǒng)采用方案二。 2系統(tǒng)理論分析與計算
2.1 雙色 LED限流電阻的計算 
當(dāng)LED 線陣顯示時，應(yīng)當(dāng)選取適當(dāng)限流電阻，這樣不僅能夠滿足圖文顯示需要，而且對LED有保護(hù)作用，本系統(tǒng)采用的是紅綠雙色的貼片LED，根據(jù)此LED的額定電壓和額定電流，根據(jù)公式2.1可以計算出限流電阻的大小為560Ω。 公式2.1 限流電阻計算 2.2 LED線陣旋轉(zhuǎn)時重心平衡的分析 LED線陣在轉(zhuǎn)動的過程中會產(chǎn)生較大的扭力和向心力，如果LED線陣在轉(zhuǎn)動時不平衡就會造成系統(tǒng)的晃動，甚至摧毀LED線陣及系統(tǒng)，所以應(yīng)當(dāng)找到平衡點或者增加兩邊的重量使其軟轉(zhuǎn)時到達(dá)平衡。本系統(tǒng)是在線陣LED的另一端加上相對重量的螺絲使得兩邊達(dá)到平衡，如圖2.2所示是本系統(tǒng)配重達(dá)到平衡后的實物圖。 圖2.2 配重平衡實物圖 2.3 LED線陣圖文顯示分析與計算 顯示主要是顯示的內(nèi)容和顯示的位置，顯示的內(nèi)容直接用取字模的軟件，即一個16*16的點陣進(jìn)行取模；而對于顯示位置則是根據(jù)紅外傳感器提供的標(biāo)志信號，將兩次經(jīng)過標(biāo)志的時間用定時器記錄，設(shè)為T，則可以得到每 l 度對應(yīng)的時間t。t=T/360, 這樣可以將字符顯示固定在需要顯示的位置(度數(shù))上。 2.3.1圖案間隔點的分析與計算基本要求（3）要求的是固定顯示2個獨立全亮的16*16點陣圖形，圖形間隔為4個點陣點距離。紅外對光管記錄LED顯示的起點，再算出LED線陣轉(zhuǎn)動一圈所需要的時間，由軟件測試得到LED線陣轉(zhuǎn)動一圈會消耗的時間。顯示完一個圖形后，延時4個點陣點的時間再重新顯示第二幅圖的內(nèi)容。這樣LED線陣顯示的兩個圖案間隔的距離就是4個點陣點的距離。 2.3.2圖形寬窄變化的分析基本要求（4）要求是對顯示的16*16的圖形，可以使顯示圖形在水平方向上進(jìn)行寬窄變換循環(huán)顯示，寬窄變化不小于兩個點陣點的距離，變化不少于 5 次。此要求本系統(tǒng)是采用的軟件延時來精準(zhǔn)控制LED顯示熄滅的時間長短。 2.3.3圖文錄入的分析發(fā)揮部分（1）的要求設(shè)計制作具有顯示與回放功能的圖文錄入器，5 分鐘內(nèi)錄入 3 張圖文卡信息，錄入方式不限制，能按錄入順序回放顯示 。使用觸摸屏的方式給錄入圖文卡片的信息然后再連接上LED線陣上的單片機(jī)進(jìn)行串口通信，將錄入的圖文信息傳給控制LED線陣的單片機(jī)。這樣就可以實現(xiàn)LED線陣顯示圖文信息，同時使用觸摸屏回放顯示錄入的圖文信息。
3硬件電路與程序設(shè)計
3.1系統(tǒng)總體框圖的分析
圖3.1 系統(tǒng)總體框圖
3.1.2 電源電路原理圖1、無線供電電路，利用自激振蕩把5V電壓裝換成交流電壓。如圖3.1.2所示。整個系統(tǒng)供電系統(tǒng)如圖3.1.2b所示。 
圖3.1.2 無線供電原理圖
圖3.1.2a 無線供電電路原理圖
圖3.1.2b 電源系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)框圖 3.1.3 紅外接發(fā)收原理圖 由于本系統(tǒng)LED線陣轉(zhuǎn)動起來的時候會產(chǎn)生很強(qiáng)的向心力，所以如果使用鍵盤去切換顯示的模式會很不方便，也會很容易碰到LED線陣。所以本系統(tǒng)采用的是紅外無線遙控的方式去控制顯示的模式，如圖3.1.3所示是本系統(tǒng)的紅外遙控接發(fā)收模塊電路。 圖3.1.3 紅外遙控接發(fā)收電路原理圖 3.2程序的設(shè)計3.2.1程序功能描述與設(shè)計思路1、程序功能描述 紅外接收傳感器功能：利用紅外遙控的方式可用來實現(xiàn)題目任意指定顯示兩條水平線的功能。也可以用來切換顯示模式。遙控器功能具體如下表3.2.1所示 表3.2.1 紅外遙控按鍵功能說明 3.2.2程序流程圖1、主函數(shù)流程圖  圖3.2.2 主函數(shù)流程圖 3.2.3程序提調(diào)試步驟與分析1、第一步給單片燒錄進(jìn)寫好的程序，然后啟動電源，運行LED線陣裝置。用紅外遙控器按下1鍵，觀看LED線陣是否能夠顯示兩條直線，再用紅外遙控器看看是否能夠移動點亮的水平線。經(jīng)過調(diào)試該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)該功能。 2、調(diào)試LED線陣，讓其能夠顯示兩條水平線分別從上往下和從下往上周期性的運動。同樣是燒錄進(jìn)程序，看看LED線陣是否能夠達(dá)到程序設(shè)計的要求。經(jīng)過調(diào)試該系統(tǒng)可以實現(xiàn)這個功能。 3、燒錄程序使得LED點陣能夠顯示兩個獨立全亮的點陣圖形，圖形間隔為4個點陣點的距離，首先是能夠讓LED點陣顯示兩個全亮的圖形，然后再調(diào)試圖形的間隔，可以根據(jù)LED顯示的時間來控制圖形顯示的間隔。經(jīng)過調(diào)試該系統(tǒng)可以實現(xiàn)該功能。 4、燒錄進(jìn)去需要實現(xiàn)功能的程序，首先看LED點陣是否能夠顯示設(shè)定好的圖文，然后再調(diào)試軟件控制圖形寬窄的變化。經(jīng)過軟件調(diào)試，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)該功能。 5、燒錄程序?qū)崿F(xiàn)功能的程序進(jìn)單片機(jī)然后，首先是利用一個圖文錄入器將隨機(jī)抽取的圖文卡信息存入圖文錄入器，然后再利用串口通信程序?qū)D文錄入器錄的內(nèi)容發(fā)送到控制LED線陣的單片機(jī)上，然后再運行該系統(tǒng)，看是否能夠讓LED線陣顯示圖文錄入器錄入的內(nèi)容。 該系統(tǒng)在調(diào)試時遇到不能將圖文錄入器錄入的內(nèi)容發(fā)送到LED線陣上去顯示，然后發(fā)現(xiàn)后兩塊單片機(jī)的電壓不一樣，所以在硬件上加上一個電平穩(wěn)定模塊，決了圖文錄入器不能將內(nèi)容發(fā)送到控制LED顯示的單片機(jī)上。 6、將實現(xiàn)圖文間隔3個點陣點顯示畫幅120幅度的程序燒錄進(jìn)單片機(jī)，運行該系統(tǒng)然后看是否能夠按要求正確的顯示。經(jīng)調(diào)試該系統(tǒng)可以實現(xiàn)該功能。 7、將可以使得圖文同時顯示多種顏色的程序燒錄進(jìn)單片機(jī)，運行該系統(tǒng)看是否可以實現(xiàn)圖文顏色交替的顯示。經(jīng)過調(diào)試該系統(tǒng)可以實現(xiàn)該功能。 4測試方案與測試結(jié)果4.1測試方法1、硬件測試 ①采用數(shù)字萬用表及示波器與函數(shù)信號發(fā)生器對電路板焊接情況測試。 ②用直流穩(wěn)壓電源給電機(jī)一個低速的電壓，檢測結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性如何。 2、軟件仿真測試 ①編譯程序，現(xiàn)看軟件中的引腳端口是否一一對應(yīng)，再看是否存在語法錯誤，若無語法錯誤，再看是否存在有邏輯的矛盾。 3、硬件軟件聯(lián)調(diào) ①先簡單的寫一個驅(qū)動LED線陣的程序去調(diào)試，看看LED是否對應(yīng)的點亮。 ②將電機(jī)驅(qū)動起來再看看LED線陣在轉(zhuǎn)動的情況下是否能夠正確的顯示。 4.2測試分析與結(jié)論根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)，由此可以得出以下結(jié)論： （1） 該系統(tǒng)可以實現(xiàn)在 LED 任意指定行上穩(wěn)定顯示兩條水平線（單一 顏色）。 （2） 該系統(tǒng)可以實現(xiàn)顯示從 LED 最上和最下端一行開始，并且可以實現(xiàn)控制兩條水平亮線向中間做上下往復(fù)運動。 （3） 該系統(tǒng)可以固定顯示 2 個獨立全亮的 16×16 點陣圖形，且圖形間隔為 4個點陣點距離 （4）該系統(tǒng)可以實現(xiàn)顯示圖形在水平方向上寬窄變換循環(huán)的顯示，并且該系統(tǒng)可以滿足寬窄變化不小于兩個點陣點的距離的要求，變化不少于 5 次。 （5） 該系統(tǒng)可以利用圖文錄入器錄入隨機(jī)抽取的3張圖文的信息，可以實現(xiàn)用圖文錄入器回放顯示錄入的圖文信息，并且可以實現(xiàn)將圖文錄入器錄入的信息傳送給LED線陣顯示。 （6）本系統(tǒng)可以將錄入的圖文信息傳輸?shù)?LED 線陣顯示裝置上，并能夠按要求在 120 度弧面區(qū)域內(nèi)同時顯示3 個點陣點的間隔的圖文。 （7）本系統(tǒng)可以將圖文錄入的圖形以紅色、綠 色、橙黃色交替變色的顯示顯示，變色顯示樣式可以達(dá)到5 種。 綜上所述，本設(shè)計達(dá)到設(shè)計要求。 1
附錄1：電路原理圖無線供電模塊電路原理圖
IAP15W4K61S4單片機(jī)引腳圖
附錄2：部分源程序
主程序函數(shù)
void main(void)
{
P0M0=0X00;//初始化IO口 為準(zhǔn)雙向口
P0M1=0X00;
P1M0=0X00;
P1M1=0X00;
P2M0=0X00;
P2M1=0X00;
P3M0=0X00;
P3M1=0X00;
P4M0=0X00;
P4M1=0X00;
P5M0=0X00;
P5M1=0X00;
P6M0=0X00;
P6M1=0X00;
P7M0=0X00;
P7M1=0X00;
send1(0x1111);
IrInit();
UartInit();
InitTimer0();
IT0=1;//初始化外部中斷 起點檢測
EX0=1;
EA=1;//開中斷*/
dis_mo=mo1; //指針函數(shù)指向模式1的函數(shù)
P55=0;
while(1)
{
switch(IrValue[2])
{
case 0x16:dis_mo=mo1;IrValue[2]=0;break;
case 0x0c:dis_mo=mo2;IrValue[2]=0;break;
case 0x18:dis_mo=mo3;IrValue[2]=0;break;
case 0x5e:dis_mo=mo4;IrValue[2]=0;break;
case 0x08:dis_mo=mo5;IrValue[2]=0;break;
}
dis_mo(); //運行指針函數(shù)指向的函數(shù)
}
}
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