搖搖棒本為開(kāi)發(fā)套件，全部采用直插的器件。顯示的LED采用了5mm超高亮30度聚光發(fā)光二極管，共 32只?？刂菩酒捎煤昃纹瑱CSTC11F03E，其內部有3K的程序存儲空間，256字節的數據存儲空間，另外其內部還有2K的EEPROM空間。設計可以通過(guò)串口，把下載的畫(huà)面數據到內部的EEPROM，掉電后，也不會(huì )丟失。

本文通過(guò)研究利用事先編好程序來(lái)控制16個(gè)LED發(fā)光二極管，并配合左右手的搖晃來(lái)顯示字符和簡(jiǎn)易圖形的電子裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)為“搖搖棒”），設計并制作一個(gè)依靠搖動(dòng)能顯示字符、圖形的LED 顯示棒。此裝置利用AT89C51單片機對發(fā)光二極管陣列進(jìn)行控制。用滾珠開(kāi)關(guān)檢測當前搖動(dòng)狀態(tài)，單片機控制16個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行不同頻率的亮滅刷新，只要搖動(dòng)就可以顯示輸出文字及圖案等信息，從而達到在該視覺(jué)平面上傳達信息的作用。

1 LED搖搖棒硬件系統的組成

本次設計的簡(jiǎn)單有趣的LED搖搖棒，它是基于單片機控制的電子裝置。具有按鍵進(jìn)行畫(huà)面切換和消除重影等功能，能使畫(huà)面清晰顯示出來(lái)。它主要由單片機控制部分，LED驅動(dòng)部分，LED顯示部分組成，其硬件組成框圖如圖1 所示。

1.1 LED搖搖棒按鍵模塊

本設計中通過(guò)一個(gè)畫(huà)面切換開(kāi)關(guān)對顯示的內容進(jìn)行切換。在設計中通過(guò)滾珠開(kāi)關(guān)來(lái)控制搖搖棒只能向一邊搖動(dòng)時(shí)顯示信息，否則會(huì )出現鏡像字或鏡像畫(huà)面，也就是重影的現象?？蛇x的搖動(dòng)控制開(kāi)關(guān)有水銀開(kāi)關(guān)和滾珠開(kāi)關(guān)兩種。水銀開(kāi)關(guān)穩定性較高，但安全性較差。滾珠開(kāi)關(guān)雖然穩定性稍差，但不容易被打破，安全度很高?？紤]到實(shí)際應用環(huán)境，故選用滾珠開(kāi)關(guān)作為系統的搖動(dòng)控制，由滾珠開(kāi)關(guān)帶來(lái)的不穩定性可以通過(guò)軟件進(jìn)行彌補。手動(dòng)復位開(kāi)關(guān)的功能是控制系統的啟停。

1.2 LED搖搖棒控制部分

單片機最小系統作為整個(gè)系統的控制核心，它主要負責控制二極管的亮滅及顯示狀態(tài)。通過(guò)單片機的軟件編程及外部中斷，來(lái)控制搖搖棒的顯示效果。

1.3 LED 顯示模塊

此設計中根據LED點(diǎn)陣的顯示原理來(lái)設計顯示部分。點(diǎn)陣的顯示分為行掃描與列掃描兩種，列掃描是將字模數組通過(guò)點(diǎn)陣屏的行驅動(dòng)進(jìn)行輸入，然后通過(guò)列對每一行進(jìn)行掃描，當列為低（高）電平、行為高（低）電平時(shí)則表示該點(diǎn)為圖案的一部分，將其讀出、顯示。而本次設計的LED 顯示棒數據傳輸原理與LED 點(diǎn)陣屏相似?？梢园袻ED 顯示棒看成是LED點(diǎn)陣屏中的一列。為了使顯示的圖案清晰，在設計中使用了16 個(gè)高亮度LED管將它們排成一列，整個(gè)屏在靜止時(shí)也就相當于16 行×1 列。數據傳輸時(shí)同樣使用行送數據、列掃描。在擺動(dòng)過(guò)程中，應用人眼的視覺(jué)暫留原理，被點(diǎn)亮的列不會(huì )很快的消失，而是隨著(zhù)擺動(dòng)的方向繼續向前移動(dòng)，只要移動(dòng)的速度高于視覺(jué)暫留的最短時(shí)間顯示內容就不會(huì )熄滅，這樣，一幅圖案也就可以這樣被“擺動(dòng)”出來(lái)了。
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根據系統分析，具體的硬件電路連如圖2 所示。在具體制作硬件的時(shí)候，將16 個(gè)3mm 高亮度紅色的LED排列成整齊的一列。

在proteus 下仿真調試的時(shí)候，給定的電源VCC 為5V，實(shí)際使用時(shí)用3 節干電池串聯(lián)4.5V 即可。

2 LED搖搖棒系統軟件設計

2.1 LED搖搖棒軟件設計思想
 
在搖動(dòng)LED棒的時(shí)候單片機必須單程傳送數據，否則顯示的圖形會(huì )產(chǎn)生重影，影響視覺(jué)效果。因此當系統開(kāi)始工作后通過(guò)滾珠開(kāi)關(guān)的位置來(lái)使單片機實(shí)現單程傳送數據給LED。如果滾珠開(kāi)關(guān)位于右邊，則進(jìn)入外部中斷1 并將一變量置1，在變量為1期間讓單片機以一定的頻率將數據傳送給LED.如果滾珠開(kāi)關(guān)位于左邊，則進(jìn)入外部中斷0 并將變量置0。在這期間單片機不會(huì )傳送數據給LED.在送數據時(shí)，數據送完后應延時(shí)一段時(shí)間來(lái)使搖動(dòng)時(shí)顯示的每個(gè)字不會(huì )太擁擠，之后再立刻熄滅LED 并開(kāi)始重新判斷滾珠開(kāi)關(guān)的位置。

2.2 LED搖搖棒軟件設計流程圖

通過(guò)軟件設計思想的分析，得到該系統的主程序流程如圖3所示。

系統開(kāi)始運行，首先初始化整個(gè)系統，然后等待外部中斷。當用手搖動(dòng)到指定位置時(shí)，由滾珠開(kāi)關(guān)觸發(fā)外部中斷，系統接收到外部中斷信號后，就傳送數據，再經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后開(kāi)始顯示。顯示完成返回主程序，等待下一個(gè)搖動(dòng)周期的到來(lái)。周而復始的晃動(dòng)，則會(huì )顯示出相應的信息。
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下面將設計一個(gè)LED顯示棒且需要有按鍵進(jìn)行內容切換，它主要是由中央控制部分，LED驅動(dòng)部分，LED顯示部分以及電源部分組成，如圖4所示。

單片機將提取的字模進(jìn)行存儲，當接收到按鍵輸入的指令時(shí)單片機就將相應的字模代碼通過(guò)I/O口輸出，使LED燈點(diǎn)亮，利用視覺(jué)暫留原理最終使圖案完整的顯示在擺動(dòng)的顯示屏中。

3.1 LED燈的選擇

傳統LED發(fā)光二極管。顏色多樣，在可以同樣顯示圖案的前提下使用它更為經(jīng)濟。

3.2 外部中斷信號產(chǎn)生方式

通過(guò)外部中斷可以控制數據開(kāi)始傳輸的時(shí)刻。選擇好外部中斷來(lái)源是本次制作的難點(diǎn)及重點(diǎn)。使用慣性開(kāi)關(guān)。通過(guò)搖晃使得慣性開(kāi)關(guān)的擺桿與焊接的左右兩個(gè)觸點(diǎn)接觸，利用這種接觸產(chǎn)生的電平變化來(lái)觸發(fā)中斷，結合軟件控制顯示，制作簡(jiǎn)單，使用方便。 3.抗重影方案的選擇：使用外部中斷控制數據傳輸時(shí)刻。外部中斷信號由慣性開(kāi)關(guān)產(chǎn)生，觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。慣性開(kāi)關(guān)左右兩邊的觸點(diǎn)分別與單片機兩個(gè)外部中斷接口相連，默認為高電平，搖動(dòng)的擺桿接地。慣性開(kāi)關(guān)處于不同位置進(jìn)入不同的中斷，從而決定何時(shí)送數據。該方案簡(jiǎn)單易行，可以保證數據是單程傳輸的，避免了重影。不搖動(dòng)時(shí)把慣性開(kāi)關(guān)處在左邊就可以使LED棒熄滅，可以達到省電的效果。

4 結論

本次將使用單片機對搖動(dòng)顯示進(jìn)行實(shí)例化，設計一個(gè)LED搖動(dòng)顯示器來(lái)顯示文字、圖像等信息。掌握利用8051型單片機對發(fā)光二極管陣列進(jìn)行搖動(dòng)控制的方法。在設計中通過(guò)調試，使用外部中斷讓數據單程傳輸很好的取消了重影。通過(guò)改變傳送數據方式，由一個(gè)字符接一個(gè)字符傳送改為將一組字符一起傳送，傳送結束后再延時(shí)等，使顯示的內容在扇形區域內完整的顯示出來(lái)，同時(shí)也解決了畫(huà)面連續出現沒(méi)有間斷的問(wèn)題。

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