摇摇棒生产实习报告

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摇摇棒生产实习报告

摇摇棒的设计制作及调试

摇摇棒生产实习报告

1、前言

人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。摇摇棒就是基于人的视觉暂留原理的，通过分时刷新16个发光二极管来显示输出文字或图案等信息的显示装置。本次设计要求制作完成一个LED灯显示的摇摇棒，16个LED灯一字纵向排列，通过摇动时形成的亮灯扇形区域来显示预先设定的汉字或图案，且可以用按键对所显示内容进行切换。

本次摇摇棒的设计作为生产实习的一部分，综合了模拟电子技术基础和数字电子技术等学科的知识，温固并进一步学习了protel软件的用法，初步了解以单片机为核心的电子系统体系，对将要学习的单片机技术有了初步的认识。

2、实习目的

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些基本问题

3、实习时间，及进程安排

8月22日~ 8月23日：理论学习及讲座阶段

上午讲座

下午及课外时间进行资料收集、查找及学习

8月24日：发放元器件，进行焊接准备

8月25日~8月26日：硬件焊接及组装，及硬件调试

8月27日~9月2日：参考硬件电路绘制原理图及PCB绘制，参照例程学习软件程序设计

9月2日~9月9日：总结报告及验收、答辩

4、实验地点

西安工业大学电子实验室

5、实习单位、部门、地点

实习单位西安工业大学北方信息工程学院

实习部门电子信息系

实习地点电子实验室

6、实习内容

6.1 关键技术介绍

本次所设计系统主要由中央控制部分、驱动部分、显示部分、电源部分以及按键和开关等组成，原理框图如下图所示

6.1.1 视觉暂留原理人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。

是光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后，仍保留一段时间的现象，其具体应用是电影的拍摄和放映。原因是由视神经的反应速度造成的.其时

值是二十四分之一秒。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像，感光细胞感光，并且将光信号转换为神经电流，传回大脑引起人体视觉。感光细胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定时间的，这就形成了视觉暂停的机理。

6.1.2 89C51单片机介绍

89C51是一种带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，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 89C51主要特性：

与MCS-51 兼容

4K字节可编程闪烁存储器

寿命：1000写/擦循环

数据保留时间：10年

全静态工作：0Hz-24MHz

三级程序存储器锁定

128*8位内部RAM

32可编程I/O线

两个16位定时器/计数器

5个中断源

可编程串行通道

低功耗的闲置和掉电模式

片内振荡器和时钟电路

6.1.3 点阵字体介绍

点阵字体也叫位图字体，其中每个字形都以一组二维像素信息表示。这种文字显示方式于较早前的电脑系统被普遍采用。一般我们使用点阵显示汉字是用16*16的点阵宋体字库，所谓16*16就是每一个汉字在纵、横各16点的区域显示，然后用每个点的虚实来表示字符的轮廓。

6.1.4 LED发光二极管

发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。发光二极管的特点是：工作电压很低；工作电流很小；抗冲击和抗震性能好，发光均匀稳定、响应速度快，可靠性高，寿命长。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。

6.1.5 PCB板

印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，简称印制板，英文简称PCB或PWB，以绝缘板为基材，切成一定尺寸，其上至少附有一个导电图形，并布有孔（如元件孔、紧固孔、金属化孔等），用来代替以往装置电子元器件的底盘，并实现电子元器件之间的相互连接。由于这种板是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。习惯称“印制线路板”为“印制电路”是不确切的，因为在印制板上并没有“印制元件”而仅有布线。采用印制板的德可以减少了布线和装配的差错，节省了设备的维修、调试和检查时间有利于设计上的标准化，利于互换，并且布线密度高、体积小、重量轻，利于电子设备的小型化，此外也有利于机械化、自动化生产，提高了劳动生产率并降低了电子设备的造价。

6.2 电路原理

6.3 功能原理

6.3.1显示部分

每个汉字的显示需要16*16点阵，所以本次所设计系统显示部分由16个灯组成，由于人的视觉暂留，16个灯在摇动下形成一个类似于扇形的点阵，通过中央控制器的控制，16个灯分时亮灭，可以在此扇形点阵上显示设定的内容。16个灯分时亮灭闪动频率较高，而发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮等优点，所以可选用发光二极管作为显示灯。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时串联了1K的贴片电阻以控制通过管子的电流。其中LED1-LED16为组成点阵的灯，LED17为背景灯。

6.3.2中央控制器

本系统使用89C51作为控制器。89C51具有三级程序存储器锁定功能，拥有128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源以及可编程串行通道，完全可以满足本次设计的需要。在本设计中89C51采用外部驱动；使用INT1作为复位中断控制端；使用中断INT0 和水银开关控制程序开始运行时棒的摇动方向，以防止重影；以P0 、P2和P1.2等17个I/O接口作为输出端口分别连接一个LED灯，再结合软件的运行就可以通过控制LED灯的亮灭来显示文字和图案。

6.3.3驱动部分

单片机的时钟由一个12MHz的晶振和两个30pF的电容组成。单片机内各部件之间有条不紊协调工作，其控制信号是在基本节拍的指挥下按一定时间顺序发出的，这些控制信号在时间上的相互关系就是CPU时序，而产生这种基本节拍的电路就是振荡器和时钟电路。此振荡器由XTAL1 端向内部时钟电路提供12MHz 的时钟源信号。

6.3.4电源部分

电路原理图如下图所示，系统电源D5V为5-6V，由两节CR2032的纽扣电池串联组成。此外在电路输入输出端并联了一个10uF的电容，可改善系统瞬态响应和稳定性。K4为系统的总电源开关。

6.3.5复位按键

电路中的开关K2为复位按键开关，控制处理器89C51的RST端的高低电平，从而实现系统的复位。当按下该键后，系统将强行从初始状态开始运行

6.3.6切换按键

电路中的开关K1 为显示内容切换按键，此按键控制89C51的INT1 端的高低电平，从而实现系统可以不同的显示内容检切换。

6.3.7水银开关

棒在摇动时，只能朝某一个方向摇动时显示，否则会出现重影，所以通过接一个水银开关来控制。水银开关一端连接89C51的INT0中断和电源，一端接地，通过摇晃使得水银开关两引脚短接或断开，当水银使两脚连接时，INT0端输入底电平，反之INT0端输入高电平。以此控制使摇摇棒从左向右摇动时将内容显示出来。

6.3.8扩展接口

系统的扩展接口有三个：J1用于和显示及水银开关扩展板进行连接；J6用于串口的扩展，同时可以利用该串口进行ISP程序下载，该接口为5V的电平，如需和计算机连接需要外接电平转换模块；J7为扩展接口，本次设计中有很多89C51的端口端口没有使用，通过J7接口扩展了出来。这三个扩展接口将单片机的资源全部引出，因此摇摇棒的核心板可以单独作为一个单片机的开发板使用。

6.4 PCB板的安装和调试

1．检查元器件数量与质量，并将元器件归类

2．对元器件的引脚进行整形以方便焊接时使用。

3．对烙铁镀锡，并清洁焊接部位。

4．焊接。焊接的顺序是先低后高、先笑后大、先轻后重、先易后难、先一般元件后特殊元件，且上道工序安装后不影响下道工序。

5．检查焊接质量，对不符合要求的进行修整。

6．剪去多余的引脚。

7．下载程序进行调试。

6.5安装和调试过程中出现的问题

1．下载程序后LED14灯不亮，经检查是因为与其连接的贴片电阻R24不导电，更换电阻R24后正常。

2．双排针J1引脚密集，引脚间距离较小不方便焊接，致使焊接时部分引脚虚焊，为防止摇动时引脚松动，对其进行了加锡。

7、实结

这次的生产实习让我对学习和生产有了更深刻的认识，虽然没有和去富-士-康的同学一样进入工厂实习，但是在学校实验室的设计和实践依然让我受益匪浅，收获颇丰。

在这次生产实习中，我们进行了摇摇棒的设计和制作。摇摇棒是一种显示图像的设备，由单片机控制一排LED灯有规律的亮灭，再通过摇动使之在空中呈现一幅时间的画面。看似简单的一个课题，但在实际设计设计中就会发现不那么容易，它实际上综合了以前所学过的多门课程，并且还要利用到单片机。

看似简单的课题，在设计中发现很多细节都不容易解决，比如摇摇棒需要解决的抗重影能力，即是解决字总是从左往右显示而不会发生重叠的问题，我们没有成本较高的传感器，只能另寻它径，着实很费脑筋，后来知道老师提出可以使用水银开关才令我们豁然开朗。由此也可以看出只学好课本的理论知识是不行的，还要能把理论知识运用到实践中来。此外，还要关注实际生产，课本中只注重原理而并不太注重产品的型号和实际构造，这需要我们在实践中去认识，才能做到理论和实践的结合。

生产实习培养了我综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题的能力，是锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。通过综合实习我们能够比较系统地了解理论知识，把理论和实践相结合，并且应用到生活中。

在这次设计中我也遇到了各种错误和困难，但是成功就是建立在不断失败的基础上的。在思考解决一次次失败的过程中，收获的是经验，无形中提高了我们的动手动脑能力。把一个课题设计好不是一步到位的，它是一个反复修改，不断调适的过程，其间有困难也有乐趣，使人对工程实践有了一个初步的认识。在设计中的经验教训也让我认识到了所学知识的局限，加深了我对电子电路知识的了解。

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