北京理工大学珠海学院2013届本科生毕业设计
3 系统硬件电路的设计
3.1此设计涉及的主要技术
单片机技术：旋转LED显示屏在高速旋转时，使用通过定时器中断让其以某个频率在空间的某一点所对应的时刻点亮或是熄灭，人的肉眼存在视觉暂留现象，所以无法判断出是否在闪烁而形成完整连续的图像；所以对于控制显示内容可以采用单片机定时器的功能来实现。
LED驱动电路：由于整个LED显示屏在工作中一直处于高速旋转状态，所以显示的亮度会明显降低，因此需要使用亮度较高的发光二极管，并且通过与单片机I/O口相连，对程序进行相应的设定才能实现正常控制LED的闪烁效果。 电源的供电方式：在运转过程中旋转LED显示屏的显示屏一直处于高速旋转的状态。所以如何给旋转LED显示屏供电成为硬件方面最大的难题。在下文，将会提出了三个供电方案，以及最终采用的供电方案。
3.2 电机方案选择
方案一：步进电机
运行时在整个在高速旋转的过程显示屏是必须保证稳定运行的。这样可以避免在高速旋转时系统奔溃以及存在的种种安全隐患。所以想到了提出采用步进电机来控制显示屏旋转。因为步进电机能使步距角变更为其固有步距角的1/n，同时也完全消除电机在低频时的振荡，大大增强了驱动能力。另外步进电机的抗干扰能力比较强，控制起来简单，而且步矩误差不会被长期积累，所以大大增强了旋转稳定性和精确性，因此旋转LED显示屏显示效果的清晰程度得到了保证。 方案二：普通电机
既是使用普通风扇的电机代替方案一的步进电机。由于本设计的标题是电风扇POV显示器的设计，所以想到了采用旧的小型电风扇的电机作为本设计的电机，从制作方面来看材料容易收集，供电方面也较为简单。 方案比较及确定
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以上两个方案各有及优缺点，总结起来，个人认为还是应该从以结构简单，方便操作，便于理解，成本低廉为主要方面来对本设计考虑。
从方案一来看，主要难点就在于步进电机的调速问题上。必须要对步进电机的工作原理，如何调速，进行充分的理解。不同的电机由于速度不相同，所产生的频率也不一样，这样旋转LED显示屏在实际显示的图像与设计有所偏差。而且电机速度会影响到单片机对定时器工作和定时的设定，这些也就影响到整个程序的编写。而且本人觉得，对于成本上的考虑，这次设计的要求需要较高的转速，而较高转速的步进电机在价格上是相当昂贵的，如果仅仅只是作为实验观赏来制作使用的话，制作出来的成本是相当高的。考虑到这个方案的可行性，所以决定不采用这个方案。
从方案二来讲，主要区别就是用普通电机来取代方案一中的步进电机。在实现设计时通过拆分一个普通功率的风扇的电机来使用。成本比较低，方便易实现，降低了设计成本。而且采用电风扇的电机改造比起方案一来说更切合本设计的题目，所以在这次设计时决定采用这个方案，而且这个方案的最大的优势还在于制作成本很低。
3.3 供电方案选择
高速供转动的主板供电有3种方案
方案一：直接把电池装在主板上随主板转动，用电池直接给主板供电，这样成本低，但是寿命短，而且严重影响电机的转速和稳定。
方案二：使用电刷连接供电，制作简单，非常有效，但是这样的供电寿命很短，主要是需要在电路板上加焊一层耐磨导电层，一旦使用时间长了电刷触点就会不够光洁而且接触压力变大大，几小时就可以将线路板上的铜皮磨穿，更换的成本太高，而且不稳定。
方案三：用无线输电的方法，无任何触点，所以避免了使用电刷的更换问题，而且这样的制作寿命很长。 方案比较与确定
对于方案一中采用直接用电池给主板供电，这样电池必须固定安装在主板上面，由于电池自身存在重量问题，在高速旋转的时候一旦重心不在旋转轴心，会导致旋转屏剧烈震动。这样会不但影响到显示屏的显示，而且会是整个旋转显示器硬件损坏，甚至误伤人员。所以这个方案不采用。
对于方案二是采用电刷的方法，这个其实在很多供电场合有用到，但是电刷在旋转过程中与导电层有高速剧烈的摩擦，时间久了会摩擦受损，这样会照成接
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触不良现象，从而影响了供电的稳定，而且一旦受损就需要更换新的导电层，这对于一个设计来说成本过于高昂。故此方案也不采用。
方案三中采用的是无线供电。因为是无线所以供电体与受供体分离，因此方便了对电源的安装，而且采用的材料成本较为低廉，且无触点，没有摩擦照成的短寿命现象。所以最终决定采用无线供电的方法给旋转显示屏供电。
3.4 主控元件
在我们生活中几乎所有电子产品都离不开单片机，因为单片机集成度非常高，功能又强，可靠程度很高，所以它的体很小，而且单片机的功耗并不高，价钱还比较低廉，因此被众多领域运用在各种各样的器件上。如今单片机已经存在于我们生活中的每一个角落。
此次设计主要采用宏晶科技的STC12C2052单片机为主控单元。 STC12C2052的芯片管脚图如图3.1所示。
图3.1 STC12C2052的芯片管脚图
STC12C2052的特点：
1.增强型 1T流水线/精简指令集结构8051CPU 2.工作电压：2.4V~3.8V / 3.4V ~5.5V 3.工作频率范围：0~35 MHz
4.用户应用程序空间512/1K/2K/3K/4K/5K字节 5.片上集成256字节RAM
6.15个通用I/O口，复位后为：准双向口/弱上拉 7.EEPROM功能
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8.共2个16位定时器/ 计数器
9.PWM(2路)/PCA（可编程计数器阵列） 10.ADC, 8路8位精度 11.通用异步串行口(UART) 12.SPI同步通信口，主模式/从模式 13.看门狗
14.内部集成R/C振荡器，精度要求不高时可省外部晶体 15.ISP/IAP
16.工作温度范围：0~75℃/ -40~+85℃
17.封装:PDIP-20，SOP-20(宽体)，TSSOP-20(超小封状)
STC12C2052的主要性能
●高速：１个时钟／机器周期，RISC型CPU内核，速度比普通8051快12倍 ●宽电压：3.4～5.5Ｖ，2.0～3.8Ｖ
●低功耗设计：有空闲模式和掉电模式两种模式（可由外部中断唤醒） ●工作频率：0～35ＭＨｚ，相当于普通8051：0～420ＭＨｚ ●时钟：外部晶体或内部ＲＣ振荡器可选
●512/1K/2K/3K/4K/5K片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上 ●256字节片内RAM数据存储器 ●芯片内E2PROM功能 ●ISP/IAP，在系统可编程 ●2个模拟比较器 ●8通道高精度8位ADC
●2通道捕获/比较单元(CCU/PCA/PWM)，提供PWM功能 ●2个硬件16位定时器，兼容普通8051的定时器 ●硬件看门狗（WDT） ●高速SPI通信端口
●全双工异步串行口（UART），兼容普通8051的串口 ●先进的RISC精简指令集结构，兼容普通8051指令集
有111条功能强大的指令，其中有12条指令仅需1个时钟就可以完成 片内集成硬件乘法器和硬件除法器（执行速度为4个时钟周期） 4组8个8位通用工作寄存器（共32个通用寄存器）
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引脚说明：
1. RST：复位。
2. RxD/P3.0:串口数据输入端I/O口接口。 3. TxD/P3.1:串口数据输出端I/O口接口。 4. XLAT1:内部时钟电路反响放大电路输入端。 5. XLAT2:内部时钟电路反响放大电路输入端。 6. INTO/P3.2:外部中断0I/O口。 7. INTI/P3.3:外部中断1I/O口。
8. ECI/TO/P3.4:PCA计数器外部时钟输入脚/定时器和计数器0外部时钟输入I/O口。
9. PWMI/PCAI/TI/P3.5:脉冲调制输出1/可编程门阵列输出脚/定时器和计数器1外部时钟输入I/O口。 10. GND:地。
11. P3.7/PCAO/PWMO:I/O口/可编程门阵列输出脚/脉冲调制输出.
12. P1.0/ADC0/CLKOUT0:标准I/O口/AD转换通道0/定时器，记数器时钟输出口。
13. P1.1/ADC1/CLKOUT1:标准I/O口/AD转换通道1/定时器，记数器时钟输出口。
14. P1.2/ADC2: 标准I/O口/AD转换通道2 15. P1.3/ADC3: 标准I/O口/AD转换通道3
16. P1.4/SS/ADC4:标准I/O口/SPI同步串行接口的从机选择信号/AD转换通道4. 17. P1.5/MOSC/ADC5:标准I/O口/SPI同步串行接口的主入从出/AD转换通道5. 18. P1.6/MISO/ADC6:标准I/O口/SPI同步串行接口的主出从入/AD转换通6. 19. P1.7/SCLK/ADC7:标准I/O口/同步串行接口的时钟信号/AD转换通道7. 20. VCC:高电平
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