基于單片機(jī)的LED 搖搖棒的研究

0 引言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，高科技產(chǎn)品以其簡(jiǎn)潔化、便攜等，給人們帶來(lái)了很大的方便。而“搖搖棒”以其更加簡(jiǎn)捷與新穎的信息傳遞方式給人們帶來(lái)耳目一新的感受，也必將會(huì)給人們帶來(lái)一種新的方便的文化傳遞方式，常用在晚會(huì)及大型的娛樂(lè)節(jié)目場(chǎng)合。

本文通過(guò)研究和設(shè)計(jì)一個(gè)利用事先編好程序來(lái)控制16 個(gè)LED 發(fā)光二極管，并配合左右手的搖晃來(lái)顯示字符和簡(jiǎn)易圖形的電子裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)為“搖搖棒”)，來(lái)傳遞有趣的信息。此裝置利用AT89C51 單片機(jī)對(duì)發(fā)光二極管陣列進(jìn)行控制。用滾珠開(kāi)關(guān)檢測(cè)當(dāng)前搖動(dòng)狀態(tài)，單片機(jī)控制16 個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行不同頻率的亮滅刷新，則只要搖動(dòng)就可以可顯示輸出文字及圖案等信息，從而達(dá)到在該視覺(jué)平面上傳達(dá)信息的作用。

1 硬件系統(tǒng)的組成

本設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單有趣的LED 搖搖棒，它是基于單片機(jī)控制的電子裝置。具有按鍵進(jìn)行畫(huà)面切換和消除重影等功能，能使畫(huà)面清晰顯示出來(lái)。它主要由單片機(jī)控制部分，LED 驅(qū)動(dòng)部分，LED 顯示部分組成，其硬件組成框圖如圖1 所示。

1.1 按鍵模塊

本設(shè)計(jì)中通過(guò)一個(gè)畫(huà)面切換開(kāi)關(guān)對(duì)顯示的內(nèi)容進(jìn)行切換。在設(shè)計(jì)中通過(guò)滾珠開(kāi)關(guān)來(lái)控制搖搖棒只能向一邊搖動(dòng)時(shí)顯示信息，否則會(huì)出現(xiàn)鏡像字或鏡像畫(huà)面，也就是重影的現(xiàn)象。可選的搖動(dòng)控制開(kāi)關(guān)有水銀開(kāi)關(guān)和滾珠開(kāi)關(guān)兩種。水銀開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性較高，但安全性較差。滾珠開(kāi)關(guān)雖然穩(wěn)定性稍差，但不容易被打破，安全度很高。考慮到實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，故選用滾珠開(kāi)關(guān)作為系統(tǒng)的搖動(dòng)控制，由滾珠開(kāi)關(guān)帶來(lái)的不穩(wěn)定性可以通過(guò)軟件進(jìn)行彌補(bǔ)。手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)的功能是控制系統(tǒng)的啟停。

1.2 控制部分

單片機(jī)最小系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，它主要負(fù)責(zé)控制二極管的亮滅及顯示狀態(tài)。通過(guò)單片機(jī)的軟件編程及外部中斷，來(lái)控制搖搖棒的顯示效果。

1.3 LED 顯示模塊

此設(shè)計(jì)中根據(jù)LED 點(diǎn)陣的顯示原理來(lái)設(shè)計(jì)顯示部分。點(diǎn)陣的顯示分為行掃描與列掃描兩種，列掃描是將字模數(shù)組通過(guò)點(diǎn)陣屏的行驅(qū)動(dòng)進(jìn)行輸入，然后通過(guò)列對(duì)每一行進(jìn)行掃描，當(dāng)列為低(高)電平、行為高(低)電平時(shí)則表示該點(diǎn)為圖案的一部分，將其讀出、顯示。而本次設(shè)計(jì)的LED 顯示棒數(shù)據(jù)傳輸原理與LED 點(diǎn)陣屏相似。可以把LED 顯示棒看成是LED 點(diǎn)陣屏中的一列。為了使顯示的圖案清晰，在設(shè)計(jì)中使用了16 個(gè)高亮度LED 管將它們排成一列，整個(gè)屏在靜止時(shí)也就相當(dāng)于16 行×1 列。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)同樣使用行送數(shù)據(jù)、列掃描。在擺動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)用人眼的視覺(jué)暫留原理，被點(diǎn)亮的列不會(huì)很快的消失，而是隨著擺動(dòng)的方向繼續(xù)向前移動(dòng)，只要移動(dòng)的速度高于視覺(jué)暫留的最短時(shí)間顯示內(nèi)容就不會(huì)熄滅，這樣，一幅圖案也就可以這樣被“擺動(dòng)”出來(lái)了。

根據(jù)系統(tǒng)分析，具體的硬件電路連如圖2 所示。在具體制作硬件的時(shí)候，將16 個(gè)3mm 高亮度紅色的LED 排列成整齊的一列。

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