2012年浙江省电子设计竞赛 专科组 旋转LED灯论文

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1、线阵LED图文显示装置（H题）摘要：随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，LED灯显示屏的显示效果的设计也是日新月异。然而绝大多数显示屏都是由无数个LED组成的点阵集合，优点是能很好的显示出所要表达的效果，但缺点是需要大量的LED灯。本系统设计的线阵LED显示装置是由16只LED灯组成，是以ATMEGA16单片机和光敏电阻件作为核心。通过光敏传感器对外界光线进行采样，然后将数据送到单片机进行计算处理，已达到实时调节16只LED灯亮度的问题。通过对单片机的编程，经过硬件系统对灯的亮灭进行处理，然后调节直

2、流电机的转速，使直流电机到达一个合适的速度，与各个LED灯的亮灭时间相配合，能够显示“TI杯”字样和指针式秒表等图文效果。通过实际的观察和检测，图形显示稳定，无漂移。关键字：Atmega16单片机;LED灯;光敏电阻;直流电机71.系统总体概况该系统为线阵LED图文显示装置，装置实物如图1所示。在圆盘上安装由16只发光二极管构成的LED灯线阵，直流电机带动圆盘高速旋转的同时，通过单片机控制电路控制各灯在不同的时间，不同的位置的点亮情况，立即人眼的视觉暂留效应，即可显示各种不同的图形和文字（由一个按键可以

3、实现各种图文显示的切换）。图1线阵LED图文显示装置该装置系统构成框图如图2和图3所示。系统主要由LED线阵显示和直流电机控制两部分组成。LED线阵显示部分主要由AVR单片机最小系统、LED线阵、电机测速、环境亮度检测、按键以及电池等组成。直流电机控制部分主要由51单片机最小系统、电机调速、电机测速以及电机速度LCD显示等组成。图2LED线阵显示部分图3电机控制部分2．方案选择与论证2.1控制系统的选择方案方案一：采用由普通的51单片机构成的控制系统，普通51单片机由于是课堂学习的范本，容易掌握，期间价

4、格便宜，但是普通51单片机内部资源比较少，如不包含ADC、DAC以及PWM控制等功能。方案二：采用AVR单片机构成的控制系统，如ATMEGA16单片机内部除了包含普通51单片机基本功能之外，还包含了ADC以及PWM控制功能，但是该类单片机学习上不容易掌握，应用上比较困难，而且价格偏贵一些。通过比较方案一和方案二，7由于LED线阵显示部分是安装在高速旋转的圆盘上，为了能稳定旋转，需要在能达到规定功能的情况下，控制电路越简单越好，故需要采用方案二中的AVR单片机（实际选择ATMEGA16型号）构成的控制系统

5、。而电机控制部分由于实现功能比较单一，则选择了普通51单片机（实际选择AT89S52型号）构成的控制系统。2.2电机选择方案方案一：采用步进电机，步进电机具有精确定位，速度易控制，但速度较低，不能使旋转Led灯达到要显示的正常速度。方案二：采用直流电机，速度易控制，转速高，价格低廉，只需调节电机的输入电压，即可调整其速度达到一个合适的速度。通过比较两方案，本设计采用直流电机作为动力装置。2.3电源选择方案方案一：锂电池小巧轻便，容量较大能够对其多次充电，提高电路的可靠性，续航能力较长，且比较容易固定在电

6、路板上，降低电路板在旋转时的离心力。方案二：干电池是一次性电池，使用到一定程度，其寿命会大大降低，降低了电路的可靠性，且在本系统中不易固定。综上所述，为提高电路的可靠性和易于固定，故选用方案一，用锂电池作为主电路的供电电源。3.系统设计3.1系统设计基本原理该线阵LED图文显示的效果是基于人的视觉暂留效应，该效应是指光像在人的视网膜上停留一段时间，即使景物从视野中消失，光像也不会马上消逝，暂留时间约为0.05s到0.2s。当闪烁频率大约为24Hz的时候，在人看起来就是连续活动的图像了。视觉暂留效应可以说

7、是静态图像和运动图像显示的视觉生理基础，当光源是以脉冲式发光时（间隔很小时），人看上去会感觉它是一直发光的，是平均的亮度。本系统是利用视觉暂留原理来实现字符或图像的显示.把16个LED并排成一列，图型分解为16*n列的点阵式，通过单片机编程把每一列的开关量数据按顺序送给LED线阵，通过电机的高速转动带动LED旋转，每一圈就重新刷新要显示的内容，这样由于人眼的视觉暂留效应，使人看到的显示内容效果跟平面连续显示效果一样。3.2系统硬件部分设计3.2.1LED灯显示单元电路设计该单元电路如图4所示。采用ATM

8、EGA16单片机PWM控制功能控制三极管来实现LED的亮度，同时利用IO口输出低电平来点亮LED，输出高电平熄灭LED，因为16只LED灯采用共阳极接法灯。73.2.2LED亮度控制单元电路设计该单元电路如图5所示。该TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。利用光敏电阻作为其中的一个分压电阻，在外界亮度变化时，光敏电阻上的电压发生变化，