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1、通信工程专业 单片机系统课程设计基于蓝牙无线传输的摇摇棒设计学 院（系）： 信息与通信工程学院 专 业： 通信工程 学 生 姓 名： 梅宇华 黄馨莹 学 号： 2013136219 2013136209指 导 教 师： 丁纪峰 完 成 日 期： 2015年5月24日 大连民族大学摘要本文介绍了一种以STC89C52RC单片机为主控制器，利用人眼的视觉暂留设计的摇摇棒。摇摇棒在摇动过程中形成一个扇形平面，平面内可清晰显示文字、字母、图案。蓝牙作为一种新型的信息传送工具，具有无限传输、方便、快捷的优点。将蓝牙的这种特性运用到摇摇棒上，再结合摇摇棒本身可以在手挥式摆动下动态显示文字及图案的特性，使得
2、摇摇棒具有更好的利用价值在设计中,通过蓝牙无线传输，可以实现摇摇棒显示内容的实时修改。本系统由STC89C52单片机控制模块、32个高亮度LED发光二极管、供电模块及蓝牙串口模块组成。关键词： STC89C52RC单片机；视觉暂留；动态扫描； LED目录摘要1目录11 设计背景及要求11.1 设计背景11.2 设计要求11.2.1 基本要求11.2.2 拓展要求12 系统设计原理22.1 系统总体设计方案22.2 摇摇棒显示原理22.3 图片显示原理23 系统硬件电路设计43.1 单片机最小系统设计43.1.1 时钟电路43.1.2 复位电路43.2 LED显示电路的设计53.3 串口电路设计
3、63.4 电源电路设计73.5蓝牙/串口线选择电路设计74 系统软件设计94.1 主程序设计思路94.2 主程序流程图94.3 串口接收程序94.4 LED显示程序105 系统调试125.1 硬件调试125.2 软件调试125.3 整体调试126 总结137 参考文献14附录一 系统硬件电路图15附录二 实物照片16附录三 系统完整程序代码19致谢211 设计背景及要求1.1 设计背景摇摇棒是如今流行的一种玩具，在各种聚会、节日中均见得到它的身影。本设计也追随着摇摇棒的原理，利用人眼的视觉暂留特性，通过STC89C52RC单片机对32只高亮度LED发光二极管进行控制， 配合手的左右摇晃就可呈现
4、一幅完整的画面。根据对摇摇棒已有的设计和研究，大都采用一种方式进行摇摇棒动态显示内容的更改， 即用有线的方式从电脑向单片机的下载，如串口下载。 但是这种利用有线方式进行传输的方法会限制摇摇棒的使用范围，并且更改显示内容会比较麻烦，因为字形码是烧写在ROM中的。如今，随着智能手机的普及，人们都习惯用蓝牙这种方式发送或者接受文件，既方便又快捷，而且不受设备限制（即不用在有电脑的情况下进行操作）。在越来越追求精神生活的当代社会，摇摇棒能够丰富人们的精神世界。 这款摇摇棒具有蓝牙无线传输功能，同时也兼备普通的摇摇棒有线下载数据的功能，它可以用在大型演唱会或者娱乐场所，可以用在情侣间表达爱意，还可以用作
5、加油助阵等场所表达心情，用处很多。 对显示内容也可以直接用手机随时随地修改，并且易于携带，方便快捷。1.2 设计要求要求摇摇棒可以稳定显示字符、英文、汉字或者一幅64*32像素的画面，并且可以实现通过蓝牙或者USB转串口线进行无线或者有线的对显示内容（文字或者单色位图）进行实时更改的功能。1.2.1 基本要求（1）利用单排32盏高亮LED实现摇摇棒；（2）摆动摇摇棒时，可以显示英文、汉字；（3）摆动摇摇棒时，可以显示简单图形；1.2.2 拓展要求（1）可以利用蓝牙模块HC-06，下载手机里的文字或图片。（2）可以利用USB转串口线，下载电脑里的文字或图片。2 系统设计原理2.1 系统总体设计方
6、案基于蓝牙传输的摇摇棒系统分为三个模块：蓝牙传输模块，单片机控制模块和 LED 显示模块。 工作过程如下，首先手机先通过蓝牙串口软件向单片机上的蓝牙模块发送数据，单片机收到数据后再对数据进行处理，处理的数据经过字模软件的编译之后再传送到 LED 显示条带上，摇摇棒来回摆动就会使得被处理后的数据通过 单列LED 条带动态显示出来。 设计中也兼容了有线传输的功能，即串口线的传输。2.2 摇摇棒显示原理“摇摇棒”是基于人的视觉暂留原理，通过分时刷新32个发光二极管来显示输出文字或图案等信息的显示装置。输出信号频率的控制通过单片机来实现。当进行摇动时，由于人的视觉暂留原理，会在发光二极管摇动区域产生一
7、个视觉平面，在视觉平面内的二极管通过不同频率的刷新，会在摇动区域内产生图像，从而达到在该视觉平面上传达信息的作用。2.3 图片显示原理摇摇棒通过在片上的外部RAM中定义一块256字节的存储空间作为图片区域，只要往这块区域（D:0x0000D:0x0200）内发送字形码或者图形码，则可以显示出对应的图像。以图片北京奥运会会徽为例，首先将彩色图片（图2.1）经过裁剪和灰度处理，变成单色位图 *.bmp（图2.2），然后将单色位图经过压缩，用PCtoLCD软件进行编码（图2.3），最后将图形码发送到摇摇棒上，摇动摇摇棒即可显示对应的图形。（图2.4）图2.1图2.2图2.3图2.43 系统硬件电路设
8、计3.1 单片机最小系统设计3.1.1 时钟电路51单片机内部集成有一个高增益反相放大器，该放大器的输入端为引脚XTAL1（19脚），输出端则是引脚XTAL2（18脚），单片机的时钟产生有两种方式，即内部时钟方式和外部时钟方式，本次设计采用内部时钟方式。内部时钟方式时，引脚XTAL1和XTAL2两端接石英晶体和微调电容，构成自激振荡器，本次设计中所使用的晶振为11.0592MHz，微调电容为33pF。振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路，电路如图3.1所示图3.13.1.2 复位电路单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位
9、有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。本设计中使用10K电阻配合10uF电容。电路如图3.2所示图3.23.2 LED显示电路的设计本次设计中采用32盏高亮蓝色LED作为显示条带，将其分别编为4组同时接入P1口，如图3.3所示，另外通过四个三极管接到P2.4P2.7作为位选控制信号，实现分时亮，如图3.4所示，但因为间隔时间较短，所以人眼看起来似乎是32盏LED同时显示。图3.3图3.43.3 串口电路设计本设计中使用串口通信，需要使用MAX232芯片进行电平的转换，电路如图3.5所示图3.53.4 电源电路设计本设计中供电采用USB供电方
10、式，连接电源指示灯和100uF的电容进行电源滤波。电路如图3.6所示。图3.63.5蓝牙/串口线选择电路设计由于单片机的TXD和RXD只有一个，所以通过一个四位拨码开关来选择。电路如图3.7所示。图3.74 系统软件设计4.1 主程序设计思路主程序很简单，先对系统进行初始化（清屏，串口波特率设置，中断允许等），然后进入接收程序，判断是否接收够256个十六进制数，如果接受完了就关闭总中断不再接收，以防止乱码的出现，然后进入显示程序，按列进行扫描即可。4.2 主程序流程图START初始化接收接收完毕？否显示END是4.3 串口接收程序 ORG 00HAJMP MAIN;跳到主程序ORG 23HAJ
11、MP URT ;串口中断入口 ORG 50HMAIN: ;主程序开始MOV SP,#60H;设置堆栈MOV R0,#0000H;设置存储数据地址（D:0x0000）片外RAMMOV TMOD,#20H ;设置定时器模式作为波特率发生器SETB EA ;开启总中断MOV SCON,#50H ;设置串口模式 MOV TH1,#0FDH ;设置波特率9600MOV TL1,TH1SETB TR1 SETB ES AJMP $ ;等待中断/2、将接收到的数据存储到外部RAM中，判断接收是否完毕，接收完毕后就不再接收URT: ;中断服务子程序PUSH ACC ;断点保护JNB RI,URT1 ;判断中断
12、类型是收中断还是发中断，如果是RI低电平跳转到URT1，如果RI高电平跳转到URT0URT0: ;接收程序CLR ES;关中断CLR RI;清除标志位MOV A,SBUF;将缓冲区SBUFF的内容读入寄存器A中MOV SBUF,A ;再将A中的值原样输出（用于校验接收个数）MOVX R0,A ;将A中的数存储起来（在从D:0x0000开始的单元中）INC R0CJNER0,#0200H,URT1;接收超过256个数就不再接收了CLR EAACALL DISPLAYURT1: SETB ESPOP ACCRTI: RETI4.4 LED显示程序DISPLAY: MOV R1,#0000HM0:M
13、OV R1,#0000H;复位R1指针到数据入口（D:0x0000）M3:CLR P2.4;选择第一组灯MOVX A,R1;将R1内容读取到A中MOV P1,A;显示A中的数值LCALL DELAY;延时,停留一会，让人眼感触到它的亮度MOV P1,#00H;关显示防止残影SETB P2.4;关第一组灯INC R1CLR P2.5;选择第二组灯MOVX A,R1;将R1内容读取到A中MOV P1,A;显示A中的数值LCALL DELAY;延时,停留一会，让人眼感触到它的亮度MOV P1,#00H;关显示防止残影SETB P2.5;关第二组灯INC R1CLR P2.6;选择第三组灯MOVX A
14、,R1;将R1内容读取到A中MOV P1,A;显示A中的数值LCALL DELAY;延时,停留一会，让人眼感触到它的亮度MOV P1,#00H;关显示防止残影SETB P2.6;关第三组灯INC R1CLR P2.7;选择第四组灯MOVX A,R1;将R1内容读取到A中MOV P1,A;显示A中的数值LCALL DELAY;延时,停留一会，让人眼感触到它的亮度MOV P1,#00H;关显示防止残影SETB P2.7;关第四组灯INC R1M4:MOVX A,R1CJNE R1,#0200H,M5;如果加到0x0200就返回ACALL DELAY5MSLJMP M0M5:LJMP M3; RET
15、DELAY5MS: MOV R5,#255LO1: ACALL DELAY DJNZ R0,LO1 RETDELAY:MOV R7,#120 DJNZ R7,$RET5 系统调试本系统的调试分为硬件调试，软件调试和软硬件整体综合调试三部分。5.1 硬件调试硬件调试第一步是测试板子，在没焊器件的空板子上进行导通测试，确保板子没有问题。硬件调试的第二步是焊接调试，边焊接边进行调试，先焊接电源部分，调试电源确保板子能正常供电，然后焊接单片机最小系统，检查单片机是否正常工作，最后把32个LED焊接上，通过编写简单的全亮程序，检测所有的灯是否都正常，硬件调试部分结束。5.2 软件调试软件调试是利用Kei
16、l软件和Protues软件进行软件联调仿真，在Protues中观察现象是否和预期一致，检查所写的程序是否有错误。5.3 整体调试将调试好的程序通过STC-ISP软件下载到单片机中，实际观察现象是否和预期的一致。6 总结在整个设计的过程中，包括画原理图，画PCB，软硬件的调试，学到了很多东西。正如丁老师所说的，把不通的板子调通了才真正能够学到东西。我焊接的第一块板子，由于画PCB的时候没有检查，导致位选的P2.4到P2.7都没有和8550连接上，只好走了飞线，之后发现串口无论如何都下载不进去程序，测了一下MAX232芯片的电压，发现不正常，才发现MAX232没有供电和地，于是又走了两根飞线到15
17、脚和16脚，还有，由于画封装的时候把串口的封装画成了公头的封装，导致引脚的顺序都反过来了，只好把串口吸下来从背面焊上去。最后终于把一块板子调通了，能下载程序进去了，由于第一块板子飞线太多，影响美观，于是我重新画了一块板子，在第二块板子的时候，我吸取了第一块板子不成功的教训，认认真真检查每一根线是否都连上了，封装是否都画对了，于是在焊接第二块板子并且调试的时候非常顺利，这也正是我想要的结果。通过整个设计到制作的过程，我更加深刻的了解了51单片机的工作方法和MAX232芯片的工作方法，以后再遇到MAX232的电路就不会再犯错了，这对于以后的工作是非常有帮助的，本次设计的过程中，磨练了自己的意志，让
18、我很有耐心的调程序，并且在程序调通，板子现象跑出来时候，那种成就感油然而生，之前的各种障碍和困难在此面前都不值一提了。整个过程下来受益匪浅。7 参考文献1 刘岩川.单片机原理及系统设计.北京:电子工业出版社,2014.2 张心心,唐玉蓬.基于单片机的摇摇棒硬件控制系统设计与实现J.电子技术与软件工程,2013,(08).3 臧海波.简单易制的LED摇摇棒J.电子制作,2012,(07).4 刘玉,张秀林,安然.LED摇摇棒的单片机实现J.电子测试,2013,(02).5 王媛.基于蓝牙传输的信息服务技术研究D.杭州:浙江大学,2006.附录一 系统硬件电路图系统原理图系统PCB图附录二 实物照
19、片摇摇棒外观显示“大连民族”显示一只可爱的小猪显示一只熊猫显示世博会会徽显示“大白”附录三 系统完整程序代码12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182838485/1、初始化（初始化屏幕、初始化串口，允许接收）ORG 00HAJMP MAIN;跳到主程序ORG 23HAJMP URT ;串口中断入口 ORG 50HMAIN: ;主
20、程序开始MOV SP,#60H;设置堆栈MOV P1,#00HMOV P2,#0FFH;初始化屏幕，清屏MOV R0,#0000H;设置存储数据地址（D:0x0000）片外RAMMOV TMOD,#20H ;设置定时器模式作为波特率发生器SETB EA ;开启总中断MOV SCON,#50H ;设置串口模式 MOV TH1,#0FDH ;设置波特率9600MOV TL1,TH1SETB TR1 SETB ES AJMP $ ;等待中断/2、将接收到的数据存储到外部RAM中，判断接收是否完毕，接收完毕后就不再接收URT: ;中断服务子程序PUSH ACC ;断点保护JNB RI,URT1 ;判断
21、中断类型是收中断还是发中断，如果是RI低电平跳转到URT1，如果RI高电平跳转到URT0URT0: ;接收程序CLR ES;关中断CLR RI;清除标志位MOV A,SBUF;将缓冲区SBUFF的内容读入寄存器A中MOV SBUF,AMOVX R0,A ;将A中的数存储起来（在从D:0x0000开始的单元中）INC R0CJNER0,#0200H,URT1;接收超过256个数就不再接收了CLR EAACALL DISPLAYURT1: SETB ESPOP ACCRTI: RETI/3、扫描RAM中的数据并且显示出来，扫描显示256次以后重新允许接收DISPLAY: MOV R1,#0000H
22、M0:MOV R1,#0000H;复位R1指针到数据入口（D:0x0000）M3:CLR P2.4;选择第一组灯MOVX A,R1;将R1内容读取到A中MOV P1,A;显示A中的数值LCALL DELAY;延时,停留一会，让人眼感触到它的亮度MOV P1,#00H;关显示防止残影SETB P2.4;关第一组灯INC R1CLR P2.5;选择第二组灯MOVX A,R1;将R1内容读取到A中MOV P1,A;显示A中的数值LCALL DELAY;延时,停留一会，让人眼感触到它的亮度MOV P1,#00H;关显示防止残影SETB P2.5;关第二组灯INC R1CLR P2.6;选择第三组灯MO
23、VX A,R1;将R1内容读取到A中MOV P1,A;显示A中的数值LCALL DELAY;延时,停留一会，让人眼感触到它的亮度MOV P1,#00H;关显示防止残影SETB P2.6;关第三组灯INC R1CLR P2.7;选择第四组灯MOVX A,R1;将R1内容读取到A中MOV P1,A;显示A中的数值LCALL DELAY;延时,停留一会，让人眼感触到它的亮度MOV P1,#00H;关显示防止残影SETB P2.7;关第四组灯INC R1M4:MOVX A,R1CJNE R1,#0200H,M5;如果加到0x0200就返回ACALL DELAY5MSLJMP M0M5:LJMP M3;
24、 RETDELAY5MS: MOV R5,#255LO1: ACALL DELAY DJNZ R0,LO1 RETDELAY:MOV R7,#120 DJNZ R7,$RETEND致谢历时将近两个月的时间终于将这个作品完成，在这个过程中我们遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要感谢我的论文指导老师丁纪峰老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行作品的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢本文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在过程中给予我们很多素材。感谢学校和学院对我们设计的大力支持。由于我们的学术水平有限，所写报告难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！
