第22卷第1期苏州市职业大学学报V ol.22,No.1 2011年3月Journal of Suzhou V ocational University Mar., 2011基于LM3S811单片机的LED点光源跟踪系统的设计
崔 鸣，尚 丽
(苏州市职业大学 电子信息工程系，江苏 苏州 215104)
摘 要：以TI公司的超低功耗MCU LM3S811单片机为核心控制器,设计并制作了一个LED点光源自动跟踪系统.LM3S811计算出位置误差后,采用PI控制算法处理,以驱动减速电机跟踪点光源.经过实际场景测试,当点光源支架沿着圆周和直线缓慢平稳移动限定的角度和距离时，该系统均能使激光笔在左右和上下移动方向上快速、连续地实现LED点光源的跟踪.
关键词：L M3S811单片机; LED点光源; 自动跟踪系统; 激光笔
中图分类号：TP29文献标志码：A文章编号：1008-5475(2011)01-0016-06
Design of LED Point Source Tracking System
Based on LM3S811 Single-chip Microcomputer
CHUI Ming, SHNG Li
(Department of Electronic Information Engineering, Suzhou Vocational University, Suzhou 215104, China)
Abstract:LED point source automatic tracking system is designed by using MCU LM3S811 single-chip microcomputer with super low power consumption as the core controller which is produced by TI Company. LM3S811 calculates the position error, which is subsequently handled by PI control algorithm to drive the reduction motor to track the point source. Tests show that the system can make the laser pen move in all directions quickly and continuously to realize the tracking of the point source when the point source moves slowly and smoothly along a circle and straight line in a certain angle and distance.
Key words:LM3S811 single-chip microcomputer; LED point source; automatic tracking system; laser pen
面对未来能源日趋枯竭，如何简单、快速地实现太阳光的自动跟踪，高效率、全方位地利用太阳能是目前需要解决的一个关键问题.对点光源自动跟踪系统进行设计和实验的结果，无疑对太阳光源的自动跟踪实现具有理论和现实意义[1-2].本文将白光LED作为点光源，利用LM3S811单片机作为核心控制器，设计并实现了一个点光源自动跟踪系统.
1 系统设计方案
1.1 点光源跟踪系统设计
设计的点光源跟踪系统如图1所示.图中B是光源，距地面高度约100 cm，采用单只1 W白光LED，电
收稿日期：2010-10-25; 修回日期：2010-12-12
基金项目：江苏省青蓝工程资助项目; 苏州市职业大学教改课题资助项目(SZDG4-09024)
作者简介：崔 鸣(1972-),男,江苏常州人,工程师,主要从事数字通信信号处理研究; 尚 丽(1972-),女,安徽砀山人,副教授,高级工程师,博士,主要从事人工智能和数字图像处理研究.
流在150～350 mA 范围内调节.支架可以手动方式沿着以A 点为圆心、半径为173 cm 的圆周在小于±45o的范围内移动，也可以沿直线LM 移动.在光源后3 cm 距离内，光源中心线垂直平面上设置一直径不小于60 cm 暗色纸板.
光源跟踪系统A 放置在地面上，通过使用光敏器件检测光照强度判断光源的位置，并以激光笔指示光源的位置.1.2 实验方案选择
1) 光敏器件选择.常见的有光敏二机管、光敏三机管、光敏电阻、红外接收管等.分别使用不同外壳形状的光敏二极管和光敏电阻及其串并联形式做采光实验，本系统中选用光敏电阻作为感光元件，利用光敏电阻的串并联组合作为一组感光管，分别采集左右和上下移动方向上的白光LED 点光源光照强度.实验中采用泡沫、遮光纸设计了几种光敏电阻布局方案，如图2所示.通过多次采光情况的实验对比结果，设计中选定图2(d)中的光敏电阻布
局方式.
2) 直流电机选择. 本设计选用减速直流电机作为驱动电机, 首选12 V 减速直流电机驱动激光笔运动，采用H 桥电路驱动电机，电机控制方式采用PWM 控制.
3) 激光笔电动支架. 主要由光敏电阻检测装置、底座、激光笔支架、扇形盘、限位校准片、两个12 V 的直流减速电机构成.下面的直流电机控制激光笔左右移动，上面的电机控制激光笔上下移动.设计的激光笔电动支架如图3所示.
1.3 点光源检测方法
采用电桥测量原理检测光照强度.当LED 灯不亮时，调整电桥平衡为平衡状态，电桥输出电压则表示环境光照强度值，把该值作为一个比较电压;当LED 灯点亮时，根据桥臂上感光管的感应电压变化情况，电桥输出电压变化可以扩大到2倍，光照强度值被放大，能够较明显地判断出光源变化方向，从而确定激光笔移动方向.基于电桥测量原理的光照强度测量方案如图4所示.
图4中，R 1、R 3表示感光管阻值，R 2、R 4为可调电阻.这4个电阻依次接在A 、B 、C 、D 之间，构成电桥的四桥臂.电桥的对角AC 接入电源，其上电压用E 表示;对角BD 为电桥的输出端，其输出电压用U DB 表示，它与桥臂电阻有如下关系
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A
B
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?60 cm
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90 cm
30 cm
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L
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(a) ??????1(b) ??????2(c) ??????3(d) ??????4
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B
C
A
D
+ R 3
R 1
R 2
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LM3S811???
2011年第1期 崔 鸣等：基于LM3S811单片机的LED点光源跟踪系统的设计
苏州市职业大学学报 第22卷
DB E
U = (1)
当电阻R 1=R 2=R 3=R 4时，电桥平衡.当各个电阻发生变化时(设变化量分别是ΔR 1、ΔR 2、ΔR 3、ΔR 4)，输出电压U DB 的相应变化为
DB E
U =
， (2)
在小应变
1R
R
?>>，桥路输出电压变化量ΔU DB 为
DB U ?= (3)通过调整桥臂阻值，可以直接影响电桥输出电压的大小，然后通过电压跟随和电压放大电路送入LM3S811进行处理，能够快速有效地检测到光源变化方向.
根据上述基于电桥的光照强度测量电路设计点光源检测方案.当LED 灯亮时，测得的感应电压与比较电压相比，并经过电压跟随和放大，所得到的电
压值送入单片机进行分析处理，然后输出信号到直流电机H 桥驱动电路信号端，H 桥输出随感应电压的高低变化来控制直流电机正反转，从而达到动态调
节，使得激光笔能够连续跟踪点光源，实现点光源检
测.如图5所示.
2 系统设计
2.1 硬件设计
设计的点光源跟踪系统硬件模块主要包括:以LM3S811单片机为核心的主控制模块、点光源检测模块、光照强度测量放大电路、直流电机PWM 控制模块、LED 驱动电路模块、LCD 显示和电源管理模块等[3-4]，其系统硬件实现原理框图(左右和上下移动硬件实现原理相同)，如图6所示.
2.2 系统单元电路设计
系统使用的直流电源分别为5 V 和12 V ，直接使用AC-DC 转换模块提供给各个单元电路使用.主要的单元电路包括LM3S811最小系统电路、按键电路、存储器电路、LCD 显示接口电路、直流电机驱动电路、光照强度测量放大电路、LED 恒流源驱动电路、激光笔开关控制电路、串口通信电路等.限于篇幅，文中主要给出LM3S811最小系统电路(见图7)、光照强度测量放大电路(见图8)和LED 恒流源驱动电路(见图9).
LM3S811最小系统电路主要利用单片机实现工作模式选择、光信号的ADC 转换、数据存储、显示、直流电机转动方向控制等.
设计的光照强度测量电路中，采用光敏电阻和可调电阻组成电桥，采用OPA2365 TI 芯片分别组成电压跟随器和电压放大器.在1、2端和3、4端分别接入感光管，作为电桥的一对边桥臂，R 1、R 3和R 2、R
5作为另一对边桥臂.初始调节电桥为平衡状态.当感光管感应电压变化时，电桥输出电压变化.该电路在光线较弱的情况下，也可以较好地检测到光线变化方向.
采用TL431并联型三端稳压基准和LM358芯片组成白光1 W LED 恒流源驱动电路，该电路可使LED 的电流在150~350 mA 内调节.DS1为过流故障指示灯，DS2为1 W LED 灯.
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2.3 系统软件设计
系统软件采用模块化设计，分为主程序和子程序两大部分.子程序主要包括A/D转换、计数、PWM 电机控制定位调整等.图10为主程序和重要的子程序流程图.
3 测试结果
主要测试过程为:
苏州市职业大学学报 第22卷
1) 考虑外界光线影响，调整机械结构工作是否正常.控制电机转动至标记的中心、左右和上下的电子限位和机械限位位置，观测激光笔移动范围是否正确，调整控制程序.
2) L ED 灭，检测环境光照
强度.检测激光笔在中心点、左右、上下边界处时，上下眼和左右眼的光照强度偏差，并检测激光笔从中心点向左右和上下移动时，光照强度的变化并存储数据.
3) 设定不同的LED 输出电流值，考虑测试环境，例如测试时间段(白天、晚上)、窗帘开闭、室内照明灯开关、室内门开闭等，测试系统跟踪点光源变化情况，调整控制程序.
4) 选定测试环境，设定LED 电流值为300 mA ，调整题目中要求的初始状态(光源中心线与支架间的夹角约为60o)，现场设置参数，观察点光源跟踪情况.
5) 将激光笔光点调偏离点光源中心30 cm 时，观测点光源跟踪情况.
6) 调整激光笔对准点光源，使光源支架沿着圆周缓慢平稳移动60o(约60 cm)，观测点光源跟踪情况;然后使得支架沿着直线缓慢平稳移动60 cm ，观测点光源跟踪情况.
7) 使激光笔对准点光源，将光源支架旋转角度 ，观测点光源跟踪情况.8) 改变LED 输出电流值，现场设置参数，观察点光源跟踪情况.
LM3S811的ADC 转换信号记为ADC0~ADC4.其中ADC0和ADC1采集的光信号认为是左方观测到光照强度;ADC2和ADC3采集的光信号认为是右方观测到光照强度;ADC0和ADC3采集的光信号认为
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是上方观测到光照强度;ADC1和ADC2采集的光信号认为是下方观测到的光照强度.
根据上述测试方法，在正常光照射和窗帘打开的情况下，观测到的点光源跟踪情况见表1和表2.
LED输出电流值/mA移动方向(±45o范围)
激光笔光点离
LED灯目测距离/cm
激光笔光点变化方向
(以时钟刻度标记)
激光笔光点
跟踪点光源情况圆周直线圆周直线圆周直线
300左极限→中心233点方向3点方向好较好中心→右极限353点方向3点方向较好较好右极限→中心246点方向11点方向好较好中心→左极限226点方向6点方向好较好
150左极限→中心382点方向1点方向较好稍好中心→右极限445点方向3点方向较好较好右极限→中心3510点方向11点方向较好较好中心→左极限4511点方向6点方向较好较好
250左极限→中心6312点方向3点方向较好较好中心→右极限556点方向6点方向较好较好右极限→中心4311点方向10点方向较好较好中心→左极限3310点方向9点方向较好较好
350左极限→中心5211点方向12点方向较好好中心→右极限333点方向3点方向较好较好右极限→中心5512点方向3点方向较好较好中心→左极限524点方向12点方向较好好表1 沿着圆周及直线平稳缓慢移动约60 cm观测到的点光源跟踪结果
LED输出电流值/mA 移动方向(±45o范围)
激光笔光点离
LED灯目测距离/cm
激光笔光点变化方向
(以时钟刻度标记)
激光笔光点
跟踪点光源情况
300左旋转0.55点方向好右旋转0.55点方向好
150左旋转4.06点方向较好右旋转4.06点方向较好
250左旋转5.012点方向较好右旋转5.012点方向较好
350左旋转2.09点方向较好右旋转2.09点方向较好表2 光源支架旋转角度观察到的点光源跟踪结果
4 结 论
以1 W的白光LED作为点光源，利用LM3S811单片机作为核心控制器，设计并实现了白光LED点光源的快速自适应跟踪.该系统结构简单、成本低，而且在跟踪过程中能自动记忆和更正点光源坐标位置，不必人工干预，有较好的推广应用价值.
参考文献:
[1] 薛建国. 基于单片机的太阳能电池自动跟踪系统的设计[J]. 长春师范学院学报:自然科学版,2005,24(3):26-30.
[2] 张兴磊, 杨丽丽. 一种太阳自动跟踪系统的设计[J]. 青岛农业大学学报,2008,26(4):315-318.
[3] 李敏,刘京城,刘俊,等. 一种新型的太阳能自动跟踪装置[J]. 电子器件,2008,31(5):1702-1703,1708.
[4] 侯长来. 一种太阳自动跟踪装置的设计[J]. 现代机械,2005(1):66-68.
(责任编辑: 李 华) 2011年第1期崔鸣等：基于LM3S811单片机的LED点光源跟踪系统的设计
吉林铁道职业技术学院 电子制作职业技能大赛（论文） 题目太阳能自动跟踪装置设计
参赛人姓名王志会张卫国朱峰所在系电气工程系 指导教师陈冬鹤 完成时间2013年5月26日
吉林铁道电子制作职业技能大赛设计报告 题目：太阳能自动跟踪装置设计 主要内容、基本要求等： ◆主要内容：加强大学生动手操作能力，促进集体荣誉感。 ◆基本要求：1，利用单片机控制实现太阳能电池板随着太阳（光源）的位置变 化而调整自身相应的姿态，以达到太阳光能的最佳利用。 2，实现一定的姿态控制精度。 3，以低成本、低功耗完成设计并实现目标电路的组装。 ◆主要参考资料：电路基础、电工技术、电子手工焊接、单片机原理及应用、传感器原理与应用。 完成日期：2013年5月26日 指导教师：陈冬鹤 实验组组长：王志会 2013年 6 月 5 日
太阳能自动跟踪装置 研制目的 人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，太阳能光伏发电是改善生态环境、提高人类生存质量的绿色能源之一，但由于传统太阳能板方向固定，受光时间有限。因此研制可随光移动的太阳能跟随系统。
一自动跟踪系统整体设计 1.1 系统总体结构 本系统包括光电转换器、步进电机、89C5系列单片机以及相应的外围电路等。太阳能电池板可以360度自由旋转。控制机构将分别对水平方向进行调整。单片机加电复位后，首先由TRCT5000构成的定位系统对整个系统进行预置定位，然后单片机将对两光敏电阻采样进来的两个电平进行比较，电平有高电平和低电平两种，若两电平相等则电池板停止转动，若不等单片机将对两电平进行比较判定，驱动步进电机让太阳能板与之相对应转动，实现电池板对太阳的跟踪。图1-1所示： 1.2 光电转换器
井冈山大学 机电工程学院 单片机 课程设计报告 课程名称：单片机 设计题目：心形流水灯 姓名：玉红 专业：生物医学工程 班级：11级医工本一班 学号：110615017 指导教师:王佑湖 2013年11月27日
目录 1引言 (2) 1.1设计任务 (2) 1.2设计要求……………………………………………… ..2 2 课题综述 (2) 2.1课题的来源 (2) 2.2面对的问题 (2) 3 系统分析 (2) 3.1 STC89C52单片机引脚图及引脚功能介绍 (2) 4 系统设计 (4) 4.1硬件设计 (4) 4.1.1硬件框图 (4) 4.1.2硬件详细设计 (5) 4.2 软件设计 (5) 4.3 硬件原理图 (6) 4.4 元件清单 (6) 4.5 硬件焊接
图 (6) 4.6 代码编写 (7) 5心得体会 (7) 6致 (8) 参考文献 (8) 1 引言 单片机课程设计主要是为了让我们增进对STC89C51单片机电路 的感性认识，加深对理论方面的理解。了解软硬件的有关知识，并掌握软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现应用系统打下良好基础。另外，通过简单课题的设计练习，使我们了解必须提交的各项工程文件，达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目 的。 1.1设计任务 设计一个单片机控制的流水灯系统 1.2设计要求 (1)32个LED灯; (2)可实现多种的亮灯(如左循环，右循环，间隔闪,90度交叉闪等)。 2 课题综述
2.1 课题的来源 当今社会，这种由单片机芯片控制各种硬件工作的技术也日益成熟，并普及在交通、化工、机械等各个领域。而流水灯这项技术在生活中的应用更是广泛，较为贴近生活。而流水灯控制的设计所需要的知识也正好吻合了我们本学期对于单片机这门课程的学习，所以设计流水灯控制的这个课题让我们对知识的学习和巩固都有了进一步的加深。 2.2 面对的问题 这次课程设计是通过STC89C52位单片机实现。但面对的问题却是两方面的：一个是软件的设计，也就是实现流水灯控制功能的程序编辑；另一个是硬件的设计，需要我们自己连接、焊接电路板。而更为严峻的就是设计的最后还要将软硬件相结合。 3 系统分析 3.1 STC 89C52单片机引脚图及引脚功能介绍 本次设计的目的在于加深STC89C52单片机的理解，首先来简单认识一下，它的引脚如图3-1所示： 图3.1 STC89C52
单片机课程设计LED点阵电子显示 屏的设计 1
LED点阵电子显示屏的设计 简述：LED点阵显示系统，由AT89S52单片机、串口通信模块、LED屏幕显示模块等组成，实现了对星期、年月日、时分秒的显示。 关键词：LED点阵电子显示屏单片机键盘控制 一、选用器材 AT89C52单片机1个，74LS138型号3线－8线译码器1个，74LS373三态输出的八D 透明锁存器型号，+5V电源1个，Led8*8点阵屏绿色5个， tPd PD5个，带公共端的8电阻排(排阻)1个，电容30pF3个，电阻10K欧1个，按钮6个，石英晶振1MHz1个 二、设计方案 1、实验功能 本实验要实现的功能就是，显示时分秒，年月日，且可修改。实现实时时间的显示，显示屏数字显示，时：分：秒；星期的显示；年月日的显示。显示屏经过按键切换显示星期，年月日，时间。 2、总体方案 （1）工作原理
用单片机AT89S52控制，写入程序，将数据传输到显示模块，即点阵LED电子显示屏显示器，实现日历的显示。 （2）总体设计 电路图 LED和52单片机配合实现时间显示功能。显示模块为点阵LED电子显示屏显示器，把单片机中的数据显示出来。该电路是经过按键来切换各种显示要求。 3、方案论证 （1）显示部分: 显示部分是本次设计最核心的部分，对于LED8*8点阵显示有以下两种方案：静态显示，即将每个二极管的状态分别用
1和0表示，0则无电流，为暗，1则有电流，为亮。若给每个二极管一个驱动电路，一个图像输入后，所有LED的状态保持到下一个图像。对于静态显示方式，所需的译码驱动装置很多，引线多而负责，成本高，可靠性也低。动态显示，即对每一个LED屏进行分割，对组成图像的各个部分分别显示，这样利用人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短，也同样能够实现显示功能，这样就能够避免静态显示出现的问题。可是，设计上如果处理不当，容易造成图像闪烁的问题，因此合理的涉及要保证驱动电路容易实现而且保证图像稳定补闪烁。（2）数字时钟 本实验采用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器分别存放时钟的年、月、日、时、分、秒、星期的信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则清零且相应的分值加1；若分值达到60，则清零且相应的时值加1；若相应的时值达到24，则清零且相应的日值加1；若相应的日值分别达到29，30，31时，根据判断来增加月值；若相应的月值达到12时，清零且年值加1。 （3）显示接口芯片的选择 采用串口输入，使用少量I/O口，但传输速度稍微慢了一些，可是不影响显示质量。于是我们采用TI公司的DMOS器件
点光源跟踪系统 目录 1.【摘要】 (1) 2.系统整体方案确立 (2) 3.方案设计论证与比较 (2) 3.1方案设计 (2) 3.2方案论证与比较 (2) 3.2.1控制核心的选择与比较 (2) 3.2.2恒流源的选择与比较 (3) 3.2.3光敏器件的选择与比较 (3) 4.系统的建立 (4) 4.1系统构建框图 (4) 4.2硬件电路的制作 (4) 4.2.1可调恒流源电路 (4) 4.2.2光源检测电路 (5) 4.2.3 msp430最小系统 (6) 4.2.4 JS-8580-V6C驱动步进电机模 (6) 4.3程序设计 (7) 4.3.1程序系统框图 (7) 4.3.2程序代码 (8) 5.系统调试 (9) 5.1调试仪器 (9) 5.2调试结果 (9) 5.2.1 恒流源数据测试 (9) 5.2.2系统测试 (10)
点光源跟踪系统 1.【摘要】 本系统设计是由MSP430F149单片机为控制核心，由恒流源控制1w的大功率LED做点动光源。以光敏电阻作为光源检测传感器，用步进电机来自由转动带动激光笔跟踪点光源的自动跟踪系统. 该系统由430单片机最小系统、点光源检测、步进电机驱动等电路组成，利用三个光敏电阻实现点光源强度和移动方向的检测，通过信号放大和处理，送入单片机内部电路，单片机将采样结果进行分析和处理，控制步进电机运转的步距和方向，从而达到点光源的精确跟踪。 关键词：MSP430；恒流源；步进电机；光敏电阻。
点光源跟踪系统 2.系统整体方案确立 作品以1w白光LED作为光源，固定在一支架上，且LED的电流可调范围为150mA到350mA，在一定的角度，范围内移动支架，确保跟踪系统中的指向激光笔可以尽快的指向光源。 3.方案设计论证与比较 3.1方案设计 由于要以1w的白光LED作为光源，且电流调节范围有限制，所以需要选择一个好的恒流源达到要求，其次在感光系统中，要做到精准的跟踪和定位光源，因此光电传感器的选择也很重要。在这两者的设计中，有以下几种方案。 3.2方案论证与比较 3.2.1控制核心的选择与比较 方案一：采用MSP430 MSP430是TI公司生产的16位超低功耗的混合信号处理器。集模拟电路、数字电路和微处理器于一体，具有方便高速的运算能力和丰富的功能模块，低电源电压范围为1.8-3.6V，还具有灵活的时钟适用范围。 方案二：采用89c51 89C51单片机是由ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造的一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，8位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，是一种高效微控制器。 方案三：采用AVR AVR单片机是由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC精简指令集高速8位单片机。具有运算速度快，性价比高，工作电压范围宽（2.7-6V），和抗干扰能力强等优点。 比较以上三种方案，由于对MSP430比较熟悉，因此选择方案一。
摘要：本设计以TI的LM3S1138处理器为核心设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统，当LED光源在圆弧或直线上运动时，检测模块检测信号后经过放大滤波送入LM3S1138进行处理，用电机驱动模块控制检测模块在水平和竖直方向上的旋转使激光笔指示光源位置，即实现点光源跟踪。系统主要由四个模块构成：LED驱动模块、检测及其转换模块、LM3S1138处理模块和电机控制模块。其中用TPS61087驱动LED,光敏三极管检测光照强度，由两个步进电机分别控制激光笔水平和竖直方向上的旋转。 关键字：LM3S1138 TPS61087 光敏三极管步进电机激光笔点光源跟踪 一系统方案 根据题目的要求，设计任务是通过使用光敏器件检测光照强度来判断光源的位置并用激光笔指示光源的位置。为了完成上述功能，将整个系统设计为两个模块，点光源模块和指示光源模块。整个系统的总体框图如图1-1所示：
图1-1 系统总体框图 1.1 LED驱动模块方案选择与论证 方案一：采用LM317做LED驱动模块。LM317是三端可调正稳压器集成电路，它的输出电压X围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。由LM317构成的驱动电路简单，但功耗较大，而且要注意散热问题。 方案二：采用TPS61087做LED驱动模块。TPS61087是具有强制PWM模式的650kHz/1.2MHz升压DC-DC转换器，输入电压X围为2.5~6V，输出电压可高达18.5V。采用TPS61087的驱动电路的输出电流可达500mA以上，足够用来驱动150～350mAX围的白光LED。因此本设计采用方案二。 1.2 光敏传感器的选择与论证 方案一：采用光敏电阻检测光照强度。它在强光照射下光电转换线性较差，频率响应很低。 方案二：采用光敏二极管检测光照强度。当反向电流增大时，但容易受温度变化的影响。
**大学 物理学院 单片机花样流水灯设计实验 课题：花样流水灯设计 班级: 物理 *** 姓名: *** 学号: ……………
当今时代的智能控制电子技术，给人们的生活带来了方便和舒适，而每到晚上五颜六色的霓虹灯则把我们的城市点缀得格外迷人，为人们生活增添了不少色彩。 制作流水灯的方法有很多种，有传统的分立元件，由数字逻辑电路构成的控制系统和单片机智能控制系统等。本设计介绍一种简单实用的单片机花样流水灯设计与制作，采用基于MS-51的单片机AT89C51和发光二极管、晶振、复位、电源等电路以及必要的软件组成的以AT89C51为核心，辅以简单的数码管等设备和必要的电路，设计了一款简易的流水灯电路板，并编写简单的程序，使其能够自动工作。 本设计用AT89C51单片机为核心自制一款简易的花样流水灯，并介绍了其软件编程仿真及电路焊接实现，在实践中体验单片机的自动控制功能。该设计具有实际意义，可以在广告业、媒体宣传、装饰业等领域得到广泛应用。 关键字：AT89C51 单片机流水灯数码管
1. 单片机及其发展概况 单片机又称为单片微计算机，其特点是将微型计算机的基本功能部件（如中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、定时/计数器及终端系统等）全部集成在一个半导体芯片上。单片机作为一种高集成度微型计算机，已经广泛应用于工业自动化控制、智能仪器仪表、通信设备、汽车电子与航空航天电子系统、智能家居电器等各个领域。 2. Protues仿真软件简介 Protues以其数量众多的元件数据库、标准化的仿真仪器、直观的捕获界面、简洁明了的操作、强大的分析测试、可信的测试结果, 为电子工程设计节约研发时间，节省了工程设计费用。利用Protues软件设计一款通过数码管显示计数时间的流水灯电路及Keil C软件编程后，再将两者关联则可以简单快速的进行仿真。 【实验设计目标】 设计要求以发光二极管作为发光器件，用单片机自动控制，对8个LED 灯设计至少3种流水灯显示方式，每隔20秒变换一次显示花样，计时通过一个二位七段数码管显示。
点光源跟踪系 组员：陈红芳韩思宇代金龙马文鹏徐伟杰陈国陆 摘要：本文设计的是一个点光源跟踪系统，主要由光敏电阻检测，运放分析处理，执行机构运行，这几个部分构成。整个系统是以LM358P 为控制核心，通过4个光敏电阻来检测光照，依据光照强度的变化、大小来判断出点光源的位置与运动趋势，并将点光源运动分解为水平和竖直方向的二维运动，借以来控制水平电机与竖直电机的旋转角度，以达到跟踪光源的效果。 关键词：点光源定位，二维运动分析，LM3S1138 一、系统方案设计与论证 1.主控芯片 根据本题的要求，整个系统中必须要有一个主控芯片来处理数据和控制操作，主要考虑以下两种方案： 方案一：MSP430系列单片机。16位低功耗单片机，性能良好。 方案二：Cortex-M3系列。具有32位处理器内核的高性能处理器，具有强大的控制、处理能力，丰富的外围模块，稳定的系统，提供方便高效的开发环境。 本系统选取Cortex-M3系列的LM3S1138作为控制器，LM3S1138支持低功耗模式，性能稳定，内置嵌套向量中断控制器，在控制、处理数据速度上有优势，并含有丰富的外围模块，所以选择方案二。 2.传感器的选择 本系统的传感器主要是检测光照度，可考虑的传感器如下列方案： 方案一：光敏电阻。从光照特性来看，随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降，可以反映光照的变化，但该特性大多数情况为非线性，部分光照区间内，特性变化不灵敏。 方案二：硅光电池。硅光电池是一种直接把光能转换为电能的半导体器件，根据硅光电池光照强度曲线特性可知，硅光电池的开路电压或短路电流与光强成很好的线性关系。 方案三：光敏二极管。光敏二极管具有单向导电性，无光照时，有很小的暗电流，当受到光照时，光电流随射光强度的变化而变化。 方案四：光敏三极管。原理与光敏二极管相同，但是与光敏二极管相比，它具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度，因此传感器选择方案四。 3.电机的选择 电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源，可选取的类型如下方案：
单片机原理及系统课程设计 评语： 考勤（10）守纪（10）过程（40）设计报告（30）答辩（10）总成绩（100） 专业：电气工程及其自动化 班级：电气1001班 姓名：周兴 学号： 201009018 指导教师：李红 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2013 年 3 月 7 日
基于单片机的LED流水灯系统设计 摘要 本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中的环节和步骤，并从实践经验出发对计算器设计做了详细的分析和研究。本系统就是充分利用了8051芯片的I/O 引脚。系统以采用MCS-51系列单片机89C51为中心器件来设计LED流水灯系统，实现8个LED霓虹灯的左、右循环显示，并实现循环的速度可调。 关键词：单片机；LED流水灯；MCS-51 Abstract This design mainly to analyze calculator software and in the process of developing the steps, and from the practical experience of the calculator design has made the detailed analysis and research. This system is to make full use of the 8051 chip I/O pins. System to the MCS - 51 series microconteroller as the center Intel8C51 device to design LED running lights system, realize the eight LED neon light left and right cyclic display, and realize the circulation speed adjustable. Keywords: single chip microcomputer, LED running lights,MCS-51
1 LED电子显示屏原理 1.1 L ED电子显示屏概述 LED电子显示屏（Light Emitting Diode Panel）是由几百--几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。利用不同的半导体材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。 LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式，来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 LED显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。LED 显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。因而被广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 LED显示屏的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高气候耐受性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 1.2 LED显示屏动态显示原理 LED点阵显示系统中各模块的显示方式：有静态和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。 点阵式LED汉字广告屏绝大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
基于红外线的目标跟踪与无线测温系统报告、系统方案 1、方案比较与选择 1）信号采集元件的选择 方案一：利用光敏电阻在不同光照强度下电阻阻值随光照强度的增强而减小的原理来提取信号。光敏电阻比较稳定，能够很好的把光信号转变为电信号，而且经济适用；但其反应不够灵敏，而且受周围环境温度的影响比较大。 方案二：使用光敏二极管作为采光原件。当遇到外界光照时，光敏电阻内PN 结的电子和空穴会增多从而其值会下降。它感光性能良好，稳定而且反应速度快；但是其电流值太小，不便于信号的提取，后级需要很大的信号放大，这样就导致误差增大。 方案三：使用光敏三极管作为信号提取元件。光敏三级管不仅采光性能灵敏稳定，而且其本身就具备电流放大作用；如果仍不能达到要求可以使用达林顿光敏三极管来放大电流。综合考虑上述三种方案，我们最终选择方案三。 2）控制电机的选择电机布局：在圆形基架的两条对称轴线上分别设置互相垂直的 两根轴X—X 和Y—丫，其中轴Y—丫与基座转动联接，轴X—X与工作平台固联并与基架转动 联接，电机I通过轴X—X带动工作平台相对基架转动，电机2通过轴丫一丫带动基架相对基座转动。轴X—X 采用背对背滚动轴承，有效地减轻了X—X 轴的剪切力。轴丫—丫采用圆锥滚子轴承，方便地实现了转动和支撑两大功用。 方案一：直流电机，其调速控制很方便，但是旋转角度及正反转不好控制，对于本题的定位跟踪，需要很精确的角度控制，因此没有采用此方案。 方案二：减速步进电机28BYJ-48步进电机可以采用步进细分技术来实现精确定位，其正反转及速度控制灵活，但是对于本题要在空间X及丫轴方向上实现定位，就需要搭建步进电机的架构来使其在空间定位，手工搭建的平台由于连接不够紧密导致系统不稳定，因此也没有采用此方案。 方案三：云台控制，云台的架构已经搭好，且正反转控制灵活，控制电路已经在内部做好，只需让继电器切换就可以实现相应控制，因此我们选择了此方案。 3）无线传输模块 方案一：采用无线红外遥控发射/接收系统。运用脉冲宽度编码（PPM 码）的方式，具有编码简单易懂、成本低等特点，但两个设备间传输数据时，中间不能有阻挡物，在传输整型数据时编码很容易，但是对于浮点数，软件中的数据处理就会很复杂，且通讯距离较短，发送代码的速度较慢，发送一个8bit 的代码数据最长需要85.5ms （9ms+4.5ms+32*2.25ms）的时间，且容易受干扰，因此它只适用于控制开关量的场合，而不适用于发送大容量高速数据代码的场合。 方案二：采用nRF905无线射频收发器组成无线数据传输系统。nRF905集成
2010项目练习 设 计 作 品 作品名称：点光源跟综系统 设计组员：王国凯徐文超蔡露王奇志专业：应用电子技术 指导老师：唐炎明
摘要：本文设计的是一个点光源追踪系统，主要由光照传感器的照度检测与处理，控制器分析与处理，执行机构运行这几个部分构成。整个系统是以A T89S52为控制核心，通过四个光照传感器来检测光照，依据光照度的变化、大小来判断出点光源的位置与运动趋势，并将点光源运动分解为水平和竖直方向的二维运动，借以来控制水平电机与竖直电机的旋转角度。当水平方向上的两传感器的测量数值相对接近，同时竖直方向上的两传感器的测量数值也相对接近时，位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。除基本要求满足外，本系统设计了一些拓展环节：在点光源正对及电机运动幅度允许的条件下，激光笔可追踪任意方向移动的点光源，也可换速度档，达到迅速调节的目的。 关键字：点光源定位寻迹二维运动分析步进电机控制A T89S52
一．系统方案设计 1.主控芯片 根据本题的要求，整个系统中必须要有一个主控芯片来处理数据和控制操作，主要考虑以下两种方案： 方案一：AT89C51系列单片机。8位低功耗单片机，性能良好。 方案二：AT89S52系列。8位处理器内核高性能处理器，具有强大的控制、处理能力，稳定的系统，提供方便高效的开发环境。 本系统选取AT89S52单片机作为控制器，AT89S52支持低功耗模式，性能稳定，在控制、处理数据速度上有优势，，所以选择方案二。 2.传感器的选择 本系统的传感器主要是检测光照度，可考虑的传感器如下列方案： 方案一：光敏电阻。从光照特性来看，随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降，可以反映光照的变化，但该特性大多数情况为非线性，部分光照区间内，特性变化不灵敏。 方案二：光敏三极管。光敏三极管具有单向导电性，无光照时，有很小的暗电流，当受到光照时，光电流随射光强度的变化而变化。 在测试光敏电阻，发现光源的距离限制了两者的应用范围。当距离比较大时，两者的灵敏度大大降低。经实践测定，光敏三级管传感器满足要求，因此传感器选择方案二。 3.电机的选择 电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源，可选取的类型如下方案：方案一：步进电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。每给一次脉冲信号，电机能够转过一个步距角。 方案二：直流电机。电机的转速受负载影响，惯性大。 根据设计的要求，步进电机转速平稳，容易控制，因而选用第一种方案。 4.点电源的供电方案 根据题目要求：为产生150mA~350mA的LED驱动电流，采用比例电流源。经测试可行。 5.总方案的确定 综上，本系统最终以A T89S52作为控制器，用光敏三极管做检测元件，通过控制步进电动机来使激光笔指向点光源。
流水灯设计与总结报告 摘要：近年来，随着电子技术和微型计算机的发展呢，单片机的档次不断提高应用领域也不断扩大，已在工业控制、尖 端科学、智能仪器仪表、日用家电汽车电子系统、 办公自动化设备、个人信息终端及通信产品中得到广泛 的应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。关键字：单片机，流水灯 需求分析： 随着现代社会的发展，人们越来越追求审美和新颖，而流失灯就是其中一种，以前简单的照明工具变得越来越多样化，流水灯的千姿百态给人一种视觉冲动，现在不管大街小巷我们都可以随处可见这种变幻万千的流水灯，而这种流水灯我们可以产用子电路去设计，我们可以用控制器和状态译码器来实现灯光的流水效果，但是现在我们可以用单片机AT89C51来实现，因为其相对于电子电路有明显的优越性，控制硬件电路比较简单，软件方面也不复杂，而且功能作用并不低于电子电路设计的。由于它的小巧方便，我们采用单片机来做流水灯。 设计系统
1.复位电路部分 为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。手动按钮不仅具有上电复位的功能，还可以通过按按键的方法实现复位，（如上图所示按S22）此时电源VCC经两个电阻分压，在RST端产生一个复位高电平。 2．时钟电路部分 时钟电路为单片机工作提供基本时钟，它是计算机工作的心脏，它控制着计算机的工作节奏。时钟电路一般由晶体震荡器和电容组成。
单片机原理及应用课程设计 ——LED 8×8点阵的设计作者：王雨轩指导老师：张金花 摘要：本设计主要是利用可编程并行I/O接口芯片8255。8×8点阵共需要64个发光二极管组成，当接高电平的时候则相应的二极管就亮。字模中每一点使用一个二进制位(Bit)表示，如果是1，则说明此处有点，若是0，则说明没有。这样，一个8×8点阵的汉字总共需要8×8/8=8个字节表示。 Abstract:This design mainly is to use programmable parallel I/O interface chip 8255.8×8 dot matrix of total need 64 light-emitting diodes.When meet high level has corresponding diode is bright.Type in every Point of the use of a binary (Bit).If it is 1, then here is a little point.If it is 0, then here is no point.In this way, an 8×8 dot matrix Chinese characters, it will be altogether 8×8/8=8 bytes. 关键字：单片机 8255 发光二极管点阵
目录 说明书总页数：13页LED 8×8点阵的设计 (3) 一、课题要求与内容 (3) （一）课题要求 (3) （二）课题内容 (3) （三）使用设备 (3) 二、系统总体方案设计 (4) （一）系统流程图 (4) 三、系统硬件设计 (5) （一）设计原理图 (5) （二）主机连线说明 (5) （三）硬件调试 (5) 四、系统软件设计 (6) （一）程序清单 (6) （二）软件调试 (8) （三）字码表 (9) 五、结束语 (12) 六、参考文献 (13)
2010第二届“TI杯”陕西省大学生电子设计竞赛 题目B： 《点光源跟踪系统》 参赛学生：李伟龙、梁谋、张凯 指导教师：张倩 学校：西安交通大学城市学院 院系：电信系
摘要 本系统以TI公司的超低功耗 MSP430 处理器为核心设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统.该系统能准确跟踪点光源的位置并用激光笔指示其位置。以考核系统跟踪轨迹的准确性，轨迹的跟踪以完成任务的准确度来评判设计完成指标。 硬件系统以MSP430F5438为核心，根据光敏二极管的光电特性检测光源位置，采用步进电机来完成跟踪指示的功能。软件部分采用基准光照比对的思想编写出源代码来锁定光源位置，实现光源的检测与准确定位。经过多次测量验证，结果表明所设计的点光源跟踪系统能够自动检测点光源位置并指示。 关键词：光源跟踪定位，光敏二极管， MSP430，步进电机控制
目录 摘要 (1) 1 系统方案选择与论证 (4) 1.1光源采集方案 (4) 1.2光源检测与处理方案 (4) 1. 3 方案选择 (3) 2 系统的工作原理 (5) 3 硬件系统设计 (5) 3.1 光源检测部分 (4) 3.2信号处理部分 (5) 3.3电机驱动控制部分 (5) 4 软件系统设计 (6) 5点光源的设计、电流的测量及显示部分 (7) 6 测试结果及误差分析 (8)
1 系统方案选择与论证 根据题目的基本要求，本系统主要完成对光源的跟踪与指示，通过采集并处理不同位置光照强弱的有关数据，进而控制电机转向，以实现对光源的跟踪，下面论证系统实现方案。 1.1光源采集方案 光源采集可以采用光敏电阻，光敏二极管，或者红外接收管，由于光敏电阻受检测距离和光照强度特别是普通白光的的影响较强烈，当光源距离大于三米时感应电压信号很弱，红外接收管只受红外光控制.光敏二极管检测距离较远，有二极管特性，其导通条件还和外界光线有关，在室内环境下，外界光线克服了其导通压降，提高了检测的精确度，本系统只对LED光源进行检测与跟踪。 基于上述分析，拟采用光敏二极管实现光源的采集与跟踪 1.2光源检测与处理方案 光敏二极管采集到的信号电压通过MSP430单片机的A/D模块，实现对信号的处理.通过继电器对电机进行控制。 1.3方案选择 基于以上方案的优缺点比较，本设计采用光敏二极管采集光源，通过电压跟随，将信号电压送入MSP430 对步进电机进行控制方案，实行光源的精确定位，系统电气原理图如下图1.3-1所示
单片机流水灯实验报告 电子信息工程学系实验报告 课程名称：单片机原理及接口 实验项目名称：实验2 流水灯实验时间： xx-10-21 班级：电信092 姓名：蔡松亮学号： 910706247 一、实验目的: 进一步熟悉keil仿真软件、proteus仿真软件的使用。了解并熟悉单片机I/O口和LED灯的电路结构，学会构建简单的流水灯电路。掌握C51中单片机I/O口的编程方法和使用I/O口进行输入输出的注意事项。 二、实验原理： MCS-51系列单片机有四组8位并行I/O口，记作P0、P1、P2和P3。每组I/O口内部都有8位数据输入缓冲器、8位数据输出锁存器及数据输出驱动等电路。四组并行I/O端口即可以按字节操作，又可以按位操作。当系统没有扩展外部器件时，I/O端口用作双向输入输
出口；当系统作外部扩展时，使用P0、P2口作系统地址和数据总线、P3口有第二功能，与MCS-51的内部功能器件配合使用。 以P1口为例，内部结构如下图所示： 图 P1口的位结构 作输出时：输出0时，将0输出到内部总线上，在写锁存器信号控制下写入锁存器，锁存器的反向输出端输出1，下面的场效应管导通，输出引脚成低电平。输出1时，下面的场效应管截止，上面的上拉电阻使输出为1。作输入时：P1端口引脚信号通过一个输入三态缓冲器接入内部总线，再读引脚信号控制下，引脚电平出现在内部总线上。 I/O口的注意事项，如果单片机内部有程序存贮器，不需要扩展外部存贮器和I/O接口，单片机的四个口均可作I/O口使用；四个口在作输入口使用时，均应先对其写“1”，以避免误读；P0口作I/O 口使 用时应外接10K的上拉电阻，其它口则可不必；P2可某几根线作地址使用时，剩下的线不能作I/O口线使用；P3口的某些口线作第二功能时，剩下的口线可以单独作I/O口线使用。
单片机交通灯课程设计 (LED显示倒计时 .txt27信念的力量在于即使身处逆境,亦能帮助你鼓起前进的船帆;信念的魅力在于即使遇到险运,亦能召唤你鼓起生活的勇气;信念的伟大在于即使遭遇不幸,亦能促使你保持崇高的心灵。本文由 ID 很难想啊贡献 doc文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT ,或下载源文件到本机查看。摘要近年来随着科技的飞速发展, 单片机的应用正在不断深入, 同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中, 单片机往往作为一个核心部件来使用, 仅单片机方面知识是不够的, 还应根据具体硬件结构软硬件结合, 加以完善。由于我国经济的快速发展从而导致了汽车数量的猛增, 大中型城市的城市交通, 正面临着严峻的考验, 从而导致交通问题日益严重, 日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题。在这种背景下,结合我国城市道路交通的实际情况,开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。对交叉口实行科学的管理与控制是交通控制工程的重要研究课题,是保障交叉口的交通安全和充分发挥交叉口的通行能力的重要措施,是解决城市交通问题的有效途径。交通灯控制系统由 80C51 单片机、键盘、LED 显示、交通灯延时组成。系统除具有基本交通灯功能外, 还具有时间设置、LED 信息显示功能,市交通实现有效控制。 目录 一序言...... 3 1.1 交通灯的形成...... 4 1.2 单片机的发展历程...... 4 1.3 芯片简介 (5) 1.4 技术指标及设计要求...... 7 二硬件电路的设计及描述...... 9 2.1MCS-51 单片机内部结构...... 9 2.2 MCS-51 单片机芯片引脚位置及功能符号...... 12 2.3 51 系列单片机运行的硬件条件...... 13 2.4 单片机的特点与应用...... 14 三软件设计流程及描述...... 15 3.1 软件设计...... 15 3.2 电路连接分配...... 16 3.3 主程序流程图...... 17 四源程序代码 (18) 体会总结...... 22 体会总结参考文献 (23) 2 一序言
综合设计报告 设计题目：基于单片机的光源自适应控制系统设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日
基于msp430的点光源跟踪系统设计 周小军 何志龙 武小栋 摘要 本设计采用MSP430F149 单片机作为整个系统的控制核心，利用4个光敏三极管来接收点光源发出的光并将检测到的信号放大后传给控制器MSP430F149单片机，经过单片机的运算和处理来确定点光源的位置，并将运算的控制信号传给两台步进电机，使其跟随点光源运动。当水平方向上的2路光敏三极管测量数值相对接近，同时竖直方向上的2路光敏三极管测量数值也相对接近时，位于传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。 关键词： MSP430 点光源 跟踪 传感器 1 方案设计与论证 根据题目的要求，系统的设计可分为控制器（msp430）模块，电机驱动模块，点光源检测模块，液晶显示模块，LED 驱动模块组成。系统设计总框图如图1： 1.1主控芯片的选择 方案一：采用传统的51单片机，运用比较广泛，上手比较快。但是本系统的程序量比较大，内部资源要求比较丰富，51单片机难以胜任这些功能。 光敏三极管 键盘 MSP430F149 1602液晶 纵轴电机 横轴电机 图1 系统设计总框图
方案二：采用MSP430F149低功耗单片机，其I/O口资源丰富，有12位AD转换、16位定时器、精密的比较器等，信息处理功能强大，能够很好的实现系统的要求。故选择此方案。 1.2电动机的选择 本系统电机的主要作用是调整激光笔的位置，指向点光源，可选取的类型如下方案： 方案一：步进电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。每给一次脉冲信号，电机能够转过一个步距角。 方案二：直流减速电机。此电机在正常通电状态下，转速平稳，角度的变化也近乎连续，控制简单方便。 根据设计的要求可知，直流减速电机的速度不容易控制，而步进电机的控制和实现相对简单一些。因而选用方案一。 1.3电动机驱动方案的选择 本系统中选的是步进电机，步进电机驱动有一下三种方案可选择： 方案一：采用功率三极管作为功率放大器的控制步进电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，但是电路比较复杂。 方案二：采用由达林顿晶体管阵列ULN2003。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。单驱动能力比较弱。 方案三：采用恒压桥式驱动芯片L298N。驱动能力强，电路简单，使用方便。故选择此方案。 1.4传感器的选择 本系统的传感器主要是检测光照度，可考虑的传感器如下列方案： 方案一：光敏电阻。从光照特性来看，随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降，可以反映光照的变化，但该特性大多数情况为非线性，部分光照区间内，特性变化不灵敏。 方案二：光敏二极管。光敏二极管具有单向导电性，无光照时，有很小的暗电流，当受到光照时，光电流随射光强度的变化而变化。 方案三：光敏三极管。光敏三极管灵敏度远高于光电池,但受外界环境影响飘动比较严重,用两个光敏三极管采集点光源两侧的光强差,可以有效消除外界环境光的干扰.光敏三极管接收面不仅小而且是一个有聚光功能的透镜,更容易确定点光源的位置。用四个光敏三极管组成四象限感光面，上下左右各一个光敏三极管。 经实践测定，光敏二级管与光敏三极管满足要求，但在反映速度，及变化的灵敏、快速性方面，光敏三极管更胜一筹，故传感器选择方案三。
09机电一体化课程设计 学院：南昌航空大学高职学院 设计题目：基于单片机的流水灯系统设计 指导老师：杨蓓 姓名： 班级：099021 学号： 年月日
目录 一、摘要 (03) 二、前言 (03) 三、硬件组成 3.1流水灯硬件构成及原理 (04) 3.2流水灯硬件原理图 (04) 四、软件编程 4.1位控法 (06) 4.2循环位移法 (08) 4.3查表法 (10) 4.4遵循原则 (13) 五、结语 (17) 六、设计体会 (17) 七、参考文献 (18)
一、摘要 当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。关键词：LED 单片机控制系统流水灯 二、前言 学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，现在我把单片机流水灯设计作为一个毕业课程设计，需要更深的去了解单片机的很多功能，努力的去查找资料，当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。 三、硬件组成
3.1流水灯硬件构成及原理 按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，具有丰富的内部资源：4kB闪存、128BRAM、32根I/O 口线、2个16位定时/计数器、5个向量两级中断结构、2个全双工的串行口，具有4.25～5.50V的电压工作范围和0～24MHz工作频率，使用AT89C51单片机时无须外扩存储器。因此，本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。其具体硬件组成如图1所示。 3.2流水灯硬件原理图