基于STC11F02E的立体旋转LED设计与实现方案

2013-05-25 12:31:45来源: 互联网 关键字:STC11F02E  立体旋转  LED设计
引言

  立体旋转LED也称POV LED,是利用人眼视觉暂留效应进行图形、动画等信息显示的一种电子产品,它是通过一个旋转的支架,支架上排列的LED受单片机的控制在特定的位置亮或灭,从而显示出特定的字符或图形,其中利用无线供电技术,采用高速电动机带动LED旋转时,从视觉效果上会产生一种柱状的LED显示屏的状态。显示的字符或图形看起来是漂浮在空中的,不仅美观,而且新颖,适用于很多场合。本文中外围电路搭建以单片机为主控元件,利用两个74HC595芯片对16个LED控制,根据霍尔原理,采用一个AH1344霍尔元件检测磁感应变化以显示特定字符。

  1  STC11F02E单片机简介

  STC11F02E是宏晶科技设计生产的STC11/10xx系列单片机之一,其特点为:高速,1个时钟/机器周期,增强型8051内核,速度比普通8051快8~12倍;宽电压,5.5~4.1V/3.7V;低功耗设计;工作频率,0~35MHz,具有2kB的片内Flash程序存储器、2kB的EEPROM存储器和256kB的片内SRAM数据存储器,体积小价格低廉。

  2  硬件设计

  由STC11F02E的16个I/O端口控制两个74HC595芯片工作,再由两个74HC595的8个I/O端口控制16个LED亮灭,在单片机中写入程序,当电动机通电时,单片机所在的电路板会随着转动。根据霍尔传感器原理,每当霍尔元件转到磁钢附近时,电路输出端变为低电平,从而产生下降边沿,使单片机中断口接收到下降沿而发出中断,使得电路能够同步,最终显示出特定的字符。该旋转装置由霍尔传感器模块、LED显示模块、电源模块组成。

  霍尔传感器模块:霍尔传感器是一种磁传感器,本设计运用AH3144芯片。AH3144是单极性霍尔开关电路,是由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、施密特触发器和集电极开路的输出级组成的磁敏感电路,其输入是磁感应强度,输出是一个数字电压讯号。它是一种单磁极工作的磁敏感电路,适合于矩形或者柱形磁体下的工作。

  LED显示模块:采用16个并排发光二极管,利用人眼的“视觉暂留效应”显示文字及图案,旋转LED显示器是一种通过同步控制LED位置和点亮状态来实现图文显示的新型显示器,其结构新颖、成本低廉、可视角度达360°。

  电源模块:220V交流电压经过变压器输出为12V交流电压,再经过桥式整流成为单向脉冲电压,再经过滤波电路成为比较平稳的直流电压,最后通过7805稳压成输出稳定的8V直流电。

  无线供电模块:无线供电是一种方便安全的新技术,无需任何物理上的连接,电能可以近距离无接触地传给负载。本设计采用NE555多谐振荡电路来实现无线供电。立体旋转LED电路硬件原理图如图1所示。
 


图1 硬件原理图
 

  3  软件设计

  主程序软件主要为LED显示模块的程序。主程序首先是对系统环境初始化,设置端口P1.1、P1.2强上拉,然后启动延时,初始化74HC5 95移位寄存器,允许外部中断INT0中断,设置下降沿触发中断,开启总中断,点亮LED1、LED2,进入循环等待中断。74HC595移位寄存器接收当前定时器的数值,锁存住然后将字库中的字符传输到输出端,最终16个LED可以正常显示字符。

  LED显示是根据16×16点阵显示屏的原理来显示字符的,当16个LED旋转16行时就会显示一个字。由于STC11F02E的总线为8位,所以显示一个字的时候需要拆分为两部分,一般拆分为上下两部分,上部由8×16点阵组成,下部也由8×16点阵组成。例如显示“沈”字如图2所示。
 


图2 “沈”字点阵图


  本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分,即第0列的P00-P07口。方向为P00-P07,显示汉字“沈”字时,P04点亮,由上往下排列,为P00灭,P01灭,P02灭,P03灭,P04亮,P05灭,P06灭,P07灭。即二进制为00001000,转换16进制为08h。

  上半部第一列完成后,继续扫描下半部的第一列,仍为由上往下扫描,即从P37向P30方向扫描,P35点亮,二进制为00100000,16进制为10h。

  然后单片机转向上半部第二列,P01、P05点亮,为01000100,即16进制44h,这一列完成后继续进行下半部的扫描,P35点亮为二进制为00100000,即16进制20h。按照这个方法,继续进行下面的扫描,一共扫描32个8位可以得出汉字“沈”的扫描代码。

  根据单片机内部机器周期为1/12,晶振为12MHz,由式(1)可以算出执行一条指令的频率为1MHz,得出周期为1μs。

  1/12×12MHz=1MHz   (1)

  当LED旋转时,相当于每两个字符传送一次,设置其延时为600μs,由于人们的视觉暂留时间为0.1~0.4s,所以当LED旋转一周时,人们看到上一次的LED还是亮着的,从而感觉到“沈”字始终显示着。

  由于此次设计的电路板半径为11.5cm,LED半径为0.5cm,所以这个显示屏最多能显示9个字符。

  4  结论

  本设计的立体旋转LED因为采用的是无线供电方式,旋转起来很安静,很平稳,电机的速度很快,旋转时也不怎么闪烁。由于本设计采用的是单排16个LED,所以电路板的另一端必须得有个重物来保持平衡。无线供电电路中的两个线圈距离不能太远,必须保持在3cm之内,否则无法提供足够稳定的电压。

关键字:STC11F02E  立体旋转  LED设计

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0525/article_18578.html
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