摘要随着人们物质生活水平的提高，人们对精神生活的追求也愈加强烈，在娱乐方面也多元化，其中电子产品占了其中相当大的一部分。

一件好的电子产品总能给人们带来耳日一新的感受。

而现代工具务求简捷化、便携化，因此，摇动显示装置的到来，必将会给人们带来一种新的视觉冲击。

“摇动显示装置”，俗称“摇摇棒”，是基于人的视觉暂留原理的，通过分时刷新12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，用摇动传感器检测当前摇动状态。

当进行摇动时，由于人的视觉暂留原理，会在发光一极管摇动区域产生一个视觉平面，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。

：制作目的：1、非常重要的实践教学环节；2、培养理论知识与生产实际相结合的能力；3、了解单片机技术；4、锻炼实际动手能力，掌握电子线路焊接、装配的基本技能；5、了解并掌握本专业软硬件设计的一此基本问题；6、提高团队合作能力。

设计功能要求：1、静态的时候发光二极管能够正常闪烁； 2、摇动的时候可以正确显示文字或图形； 3、显示“一生平安”字样； 4、显示“i love you !”字样； 5、显示动画心跳图样； 6、按键可以切换不同画面；7、自动转换图形，轮流显示并循环。

随着人们物质生活水平的提高，人们对精神生活的追求也愈加强烈，对信息的渴求已成为了人们必不可少的需要，更加简捷与新颖的信息传递方式无疑会给人们带来耳目一新的感受。

而现代工具务求简捷化、便携化，因此，摇动显示装置的到来，必将会给人们带来一种新的方便的文化传递方式。

前言单片机是随着大规模集成电路的出现极其发展，将计算机的CPU，RAM，ROM，定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机(single chipmicrocomputer).它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗的显著优点.主要应用于智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面,并且取得了显著的成果.单片机应用系统可以分为:（1）最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。

这种系统成本低廉,结构简单，常构成一些简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。

片内有ROM/EPROM的单片机，其最小应用系统即为配有晶振，复位电路，电源的单个单片机.片内无ROM/EPROM的单片机，其最小应用系统除了外部配置晶振，复位电路，电源外，还应外接EPROM 或EEPROM作为程序存储器用.（2）最小功耗应用系统是指为了保证正常运行，系统的功耗最小.（3）典型应用系统是指单片机要完成工业测控功能所必须的硬件结构系统。

本文将使用单片机对摇动显示进行实例化，设计一个LED摇动显示器来显示文字、图像等信息。

掌握利用8051型单片机对发光二极管阵列进行摇动控制的方法。

输出信号频率的控制通过单片机来实现，用摇动传感器检测当前摇动状态，用16个发光二极管进行不同频率的亮灭刷新，通过手动摇动可显示输出文字及图案等信息。

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。

LED显示棒，又称摇摇棒，是一种利用视觉暂留效应制作的“高科技”玩具。

可以用“静如处子，动如脱兔”来形容它，即当静止时，它只是几个LED发光二极管（后简称LED），而一旦按照一定的频率去摇晃它，它就会随着位置的变化而变化（亮或灭），最终显示一幅图片或字符串。

目录一．系统设计方案1.设计目的本次设计制作的是一个显示棒，基本要求就是要小巧、轻便，所以要将单片机的系统板简化设计。

通过本次设计，加强学生对MCS-51单片机的深刻理解，提高学生的设计能力和动手能力。

2.设计要求设计一个16只高亮度LED发光二极管构成的摇摇棒，通过单片机编程配合手的左右摇晃就可呈现一幅完整的画面，可以显示字符、图片。

3.设计思路本系统要求设计一个LED显示棒且需要有按键进行内容切换，它主要是由中央控制部分，LED驱动部分，LED显示部分以及电源部分组成，如图所示单片机将提取的字模进行存储，当接收到按键输入的指令时单片机就将相应的字模代码通过I/O口输出，使LED灯点亮，利用视觉暂留原理最终使图案完整的显示在摆动的显示屏中。

1.LED灯的选择：传统LED发光二极管。

颜色多样，在可以同样显示图案的前提下使用它更为经济。

2.外部中断信号产生方式：通过外部中断可以控制数据开始传输的时刻。

选择好外部中断来源是本次制作的难点及重点。

使用惯性开关。

通过摇晃使得惯性开关的摆杆与焊接的左右两个触点接触，利用这种接触产生的电平变化来触发中断，结合软件控制显示，制作简单，使用方便。

3.抗重影方案的选择：使用外部中断控制数据传输时刻。

外部中断信号由惯性开关产生，触发方式为下降沿触发。

惯性开关左右两边的触点分别与单片机两个外部中断接口相连，默认为高电平，摇动的摆杆接地。

惯性开关处于不同位置进入不同的中断，从而决定何时送数据。

该方案简单易行，可以保证数据是单程传输的，避免了重影。

不摇动时把惯性开关处在左边就可以使LED棒熄灭，可以达到省电的效果。

二．系统硬件设计1基本原理图及电路分析：基本原理与硬件电路设计：16只LED发光管作为画面每一列的显示，左右摇晃起到了扫描的作用，人眼的视觉暂留现象看到的是一幅完整的画面。

与LED点阵的显示有几分相仿。

其硬件电路如上图中所示：系统电源VCC为5V，下载程序和调试时一定要保证5V电压，MCS-51单片机作为控制器，在它的P1，P2口接有16只以共阳的方式连接的高亮度LED,由单片机输出低电平点亮。

P1口，P2口的上拉电阻不能少。

串在LED公共端的二极管D1会产生一定的压降，用来保护LED,经试验测试LED点亮时两端电压为3V左右，在LED的安全承受范围之内2．基本工作实现2 硬件设计}三．焊接调试单片机应用系统的硬件调试和软件调试是分不可的，许多硬件故障是在调试软件时才发现的。

但通常是先排除系统中明显的硬件故障后才和软件结合起来调试的。

其一般的调试过程如下：1.常见的硬件故障?（1）逻辑错误?样机硬件的逻辑错误是由于设计错误和加工过程中的工艺性错误所造成的。

这类错误包括：错线，开路，短路等几种，其中短路时最常见的故障。

在印刷电路板布线密度高的情况下，极易因工艺原因造成短路。

?（2）器件失效?元器件失效的原因有两个方面：一是器件本身已损坏或性能不符合要求；二是由于组装错误而造成的元器件失效，如电解电容，二极管的极性错误，集成块安装方向错误等。

?（3）可靠性差?引起系统不可靠的因素很多，如金属化孔，接插件接触不良会造成系统时好时坏；内部和外部的干扰，电源纹波系数过大，器件负载过大等造成逻辑电平不稳定；另外，走线和布局的不合理等也会引起系统可靠性（4）电源故障?若样机中存在电源故障，则加电后将造成器件损坏。

电源的故障包括：电压值不符合设计要求，电源引出线和插座不对应，电源功率不足，负载能力差。

?2.硬件调试方法（1）脱机调试?脱机调试是在电路板加电之前，先用万用表等工具，根据硬件电气原理图和装配图仔细检查样机线路的正确性，并核对元器件的型号，规格和安装是否符合要求。

应特别注意电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误，并重点检查拓展系统总线是否存在相互间的短路或其他信号线的短路。

对于样机所用的电源事先必须单独调试，调试好后，检查其电压值，负载能力，极性等均符合要求，才能加到系统的各个部件上。

在不插片子的情况下，加电检查各插件上引脚的电位，仔细检查各地点电位是否正常，尤其应注意单片机插座上的各点电位是否正常，若有高压，联机时将会损坏开发机。

（2）联机调试通过脱机调试可排除一些明显的硬件故障。

有些硬件故障还是要通过联机调试才能发现和排除。

联机前先断电，把开发系统的仿真插头插到样机的单片机插座上，检查一下开发机与样机之间的电源、接地是否良好。

一切正常，即可打开电源。

通电后执行开发机读写指令，对用户机的存储器、I/O端口进行读写操作、逻辑检查，若有故障，可用示波器观察波形。

通过对波形的观察分析，寻找故障原因，并进一步排除故障。

可能的故障有：线路连接上的逻辑错误、有断线或短路现象、集成电路失效等。

3.软件调试方法软件调试与所选用的软件结构和程序设计技术有关。

如果采用模块程序设计技术，则逐个模块调试好以后，再进行系统程序总调试。

如果采用实时多任务操作系统，一般是逐个任务，下面进一步予以说明。

对于模块结构程序，要一个个子程序分别调试。

调试子程序时，一定要符合现场环境，即入口条件和出口条件。

调试的手段可采用单步运行方式和断点运行方式，通过检查用户系统CPU的现场、RAM的内容和I/O口的状态，检测程序执行结果是否符合设计要求。

通过检测，可以发现程序中的死循环错误、机器码错误及转移地址的错误，同时也可以发现用户系统中的硬件故障、软件算法及硬件设计错误。

在调试过程中不断调整用户系统的软件和硬件，逐步通过一个个程序模块。

各程序模块通过后，可以把各功能块联系起来一起进行整体程序综合调试。

在这阶段若发生故障，可以考虑各子程序在运行时是否破坏现场，缓冲单元是否发生冲突，零位的建立和清除在设计上有否失误，堆栈区域有否溢出，输入设备的状态是否正常，等等。

若用户系统是在开发系统的监控程序下运行时，还要考虑用户缓冲单元是否和监控程序的工作单元发生冲突。

单步和断点调试后，还应进行连续调试，这是因为单步运行只能验证程序的正确与否，而不能确定定时精度、CPU的实时响应等问题。

待全部完成后，应反复运行多次，除了观察稳定性之外，还要观察用户系统的操作是否符合原始设计要求、安排的用户操作是否合理等，必要时还要做适当修正。

对于实时多任务操作系统的应用程序是由若干个任务程序组成，一般是逐个任务进行调试，在调试某一个任务时，同时也调试相关的子程序、中断服务程序和一些操作系统的程序。

逐个任务调试好以后，再使各个任务同时运行，如果操作系统中没有错误，一般情况下系统就能正常运转。

在全部调试修改完成后，将用户软件固化于EPROM中，插入用户样机后，用户系统即能离开发机独立工作，至此系统研制完成。

4.本次设计中，具体调试过程为：在开始实验设计前，根据实验要求，分析实验所涉及的相关知识点，查阅身边的资料，并根据自己以前所学的理论知识，有了大概设计框图后，在PROTEL中画出原理图，然后根据原理图分析模块焊出电路板，并对模块进行测试。

??第一步，测试LED显示电路和C51单片机最小系统。

首先测试LED，输入一个简单程序（#include<reg51.h>main(){p1=0*00;p2=0*00;}）,发现有一个LED不亮，于是检查该LED的引脚，发现线路断了，接好后LED亮了。