基于單片機的LED 搖搖棒的研究

0 引言

隨著現代科技的發展，高科技產品以其簡潔化、便攜等，給人們帶來了很大的方便。而“搖搖棒”以其更加簡捷與新穎的信息傳遞方式給人們帶來耳目一新的感受，也必將會給人們帶來一種新的方便的文化傳遞方式，常用在晚會及大型的娛樂節目場合。

本文通過研究和設計一個利用事先編好程序來控制16 個LED 發光二極管，并配合左右手的搖晃來顯示字符和簡易圖形的電子裝置(簡稱為“搖搖棒”)，來傳遞有趣的信息。此裝置利用AT89C51 單片機對發光二極管陣列進行控制。用滾珠開關檢測當前搖動狀態，單片機控制16 個發光二極管進行不同頻率的亮滅刷新，則只要搖動就可以可顯示輸出文字及圖案等信息，從而達到在該視覺平面上傳達信息的作用。

1 硬件系統的組成

本設計的簡單有趣的LED 搖搖棒，它是基于單片機控制的電子裝置。具有按鍵進行畫面切換和消除重影等功能，能使畫面清晰顯示出來。它主要由單片機控制部分，LED 驅動部分，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

本設計中通過一個畫面切換開關對顯示的內容進行切換。在設計中通過滾珠開關來控制搖搖棒只能向一邊搖動時顯示信息，否則會出現鏡像字或鏡像畫面，也就是重影的現象。可選的搖動控制開關有水銀開關和滾珠開關兩種。水銀開關穩定性較高，但安全性較差。滾珠開關雖然穩定性稍差，但不容易被打破，安全度很高。考慮到實際應用環境，故選用滾珠開關作為系統的搖動控制，由滾珠開關帶來的不穩定性可以通過軟件進行彌補。手動復位開關的功能是控制系統的啟停。

1.2 控制部分

單片機最小系統作為整個系統的控制核心，它主要負責控制二極管的亮滅及顯示狀態。通過單片機的軟件編程及外部中斷，來控制搖搖棒的顯示效果。

1.3 LED 顯示模塊

此設計中根據LED 點陣的顯示原理來設計顯示部分。點陣的顯示分為行掃描與列掃描兩種，列掃描是將字模數組通過點陣屏的行驅動進行輸入，然后通過列對每一行進行掃描，當列為低(高)電平、行為高(低)電平時則表示該點為圖案的一部分，將其讀出、顯示。而本次設計的LED 顯示棒數據傳輸原理與LED 點陣屏相似。可以把LED 顯示棒看成是LED 點陣屏中的一列。為了使顯示的圖案清晰，在設計中使用了16 個高亮度LED 管將它們排成一列，整個屏在靜止時也就相當于16 行×1 列。數據傳輸時同樣使用行送數據、列掃描。在擺動過程中，應用人眼的視覺暫留原理，被點亮的列不會很快的消失，而是隨著擺動的方向繼續向前移動，只要移動的速度高于視覺暫留的最短時間顯示內容就不會熄滅，這樣，一幅圖案也就可以這樣被“擺動”出來了。

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

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