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搖搖棒生產(chǎn)實習(xí)報告
搖搖棒的設(shè)計制作及調(diào)試
1、前言
人眼在觀察景物時，光信號傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失，這種殘留的視覺稱“后像”，視覺的這一現(xiàn)象則被稱為“視覺暫留”。搖搖棒就是基于人的視覺暫留原理的，通過分時刷新16個發(fā)光二極管來顯示輸出文字或圖案等信息的顯示裝置。 本次設(shè)計要求制作完成一個LED燈顯示的搖搖棒，16個LED燈一字縱向排列，通過搖動時形成的亮燈扇形區(qū)域來顯示預(yù)先設(shè)定的漢字或圖案，且可以用 按鍵對所顯示內(nèi)容進行切換。
本次搖搖棒的設(shè)計作為生產(chǎn)實習(xí)的一部分，綜合了模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)字電子技術(shù)等學(xué)科的知識，溫固并進一步學(xué)習(xí)了protel軟件的用法，初步了解以單片機為核心的電子系統(tǒng)體系，對將要學(xué)習(xí)的單片機技術(shù)有了初步的認(rèn)識。
2、實習(xí)目的
1． 非常重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)
2．培養(yǎng)理論知識與生產(chǎn)實際相結(jié)合的能力
3．了解單片技術(shù)
4．鍛煉實際動手能力，掌握電子線路焊接、裝配的基本技能
5．了解并掌握本專業(yè)軟硬件設(shè)計的一些基本問題
3、實習(xí)時間，及進程安排
8月22日~ 8月23日：理論學(xué)習(xí)及講座階段
上午講座
下午及課外時間進行資料收集、查找及學(xué)習(xí)
8月24日：發(fā)放元器件，進行焊接準(zhǔn)備
8月25日~8月26日：硬件焊接及組裝，及硬件調(diào)試
8月27日~9月2日：參考硬件電路繪制原理圖及PCB繪制，參照例程學(xué)習(xí)軟件程序設(shè)計
9月2日~9月9日：總結(jié)報告及驗收、答辯
4、實驗地點
西安工業(yè)大學(xué)電子實驗室
5、實習(xí)單位、部門、地點
實習(xí)單位 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院
實習(xí)部門 電子信息系
實習(xí)地點 電子實驗室
6、實習(xí)內(nèi)容
6.1 關(guān)鍵技術(shù)介紹
本次所設(shè)計系統(tǒng)主要由中央控制部分、驅(qū)動部分、顯示部分、電源部分以及按鍵和開關(guān)等組成，原理框圖如下圖所示
6.1.1 視覺暫留原理 人眼在觀察景物時，光信號傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失，這種殘留的視覺稱“后像”，視覺的這一現(xiàn)象則被稱為“視覺暫留”。
是光對視網(wǎng)膜所產(chǎn)生的視覺在光停止作用后，仍保留一段時間的現(xiàn)象，其具體應(yīng)用是電影的拍攝和放映。原因是由視神經(jīng)的反應(yīng)速度造成的.其時
值是二十四分之一秒。是動畫、電影等視覺媒體形成和傳播的根據(jù)。視覺實際上是靠眼睛的晶狀體成像，感光細(xì)胞感光，并且將光信號轉(zhuǎn)換為神經(jīng)電流，傳回大腦引起人體視覺。感光細(xì)胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定時間的，這就形成了視覺暫停的機理。
6.1.2 89C51單片機介紹
89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 89C51主要特性：
與MCS-51 兼容
4K字節(jié)可編程閃爍存儲器
壽命：1000寫/擦循環(huán)
數(shù)據(jù)保留時間：10年
全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz
三級程序存儲器鎖定
128*8位內(nèi)部RAM
32可編程I/O線
兩個16位定時器/計數(shù)器
5個中斷源
可編程串行通道
低功耗的閑置和掉電模式
片內(nèi)振蕩器和時鐘電路
6.1.3 點陣字體介紹
點陣字體也叫位圖字體，其中每個字形都以一組二維像素信息表示。這種文字顯示方式于較早前的電腦系統(tǒng)被普遍采用。一般我們使用點陣顯示漢字是用16*16的點陣宋體字庫，所謂16*16就是每一個漢字在縱、橫各16點的區(qū)域顯示，然后用每個點的虛實來表示字符的輪廓。
6.1.4 LED發(fā)光二極管
發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦�。�?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。發(fā)光二極管的特點是：工作電壓很低；工作電流很小；抗沖擊和抗震性能好，發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快，可靠性高，壽命長。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。
6.1.5 PCB板
印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，簡稱印制板，英文簡稱PCB或PWB，以絕緣板為基材，切成一定尺寸，其上至少附有一個導(dǎo)電圖形，并布有孔（如元件孔、緊固孔、金屬化孔等），用來代替以往裝置電子元器件的底盤，并實現(xiàn)電子元器件之間的相互連接。由于這種板是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為“印刷”電路板。習(xí)慣稱“印制線路板”為“印制電路”是不確切的，因為在印制板上并沒有“印制元件”而僅有布線。采用印制板的德可以減少了布線和裝配的差錯，節(jié)省了設(shè)備的維修、調(diào)試和檢查時間有利于設(shè)計上的標(biāo)準(zhǔn)化，利于互換，并且布線密度高、體積小、重量輕，利于電子設(shè)備的小型化，此外也有利于機械化、自動化生產(chǎn)，提高了勞動生產(chǎn)率并降低了電子設(shè)備的造價。
6.2 電路原理
6.3 功能原理
6.3.1顯示部分
每個漢字的顯示需要16*16點陣，所以本次所設(shè)計系統(tǒng)顯示部分由16個燈組成，由于人的視覺暫留，16個燈在搖動下形成一個類似于扇形的點陣，通過中央控制器的控制，16個燈分時亮滅，可以在此扇形點陣上顯示設(shè)定的內(nèi)容。16個燈分時亮滅閃動頻率較高，而發(fā)光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長等優(yōu)點，可用各種直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動點亮等優(yōu)點，所以可選用發(fā)光二極管作為顯示燈。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時串聯(lián)了1K的貼片電阻以控制通過管子的電流。其中LED1-LED16為組成點陣的燈，LED17為背景燈。
6.3.2中央控制器
本系統(tǒng)使用89C51作為控制器。89C51具有三級程序存儲器鎖定功能，擁有128*8位內(nèi)部RAM、32可編程I/O線、兩個16位定時器/計數(shù)器、5個中斷源以及可編程串行通道，完全可以滿足本次設(shè)計的需要。在本設(shè)計中89C51采用外部驅(qū)動；使用INT1作為復(fù)位中斷控制端；使用中斷INT0 和水銀開關(guān)控制程序開始運行時棒的搖動方向，以防止重影；以P0 、P2和P1.2等17個I/O接口作為輸出端口分別連接一個LED燈，再結(jié)合軟件的運行就可以通過控制LED燈的亮滅來顯示文字和圖案。
6.3.3驅(qū)動部分
單片機的時鐘由一個12MHz的晶振和兩個30pF的電容組成。單片機內(nèi)各部件之間有條不紊協(xié)調(diào)工作，其控制信號是在基本節(jié)拍的指揮下按一定時間順序發(fā)出的，這些控制信號在時間上的相互關(guān)系就是CPU時序，而產(chǎn)生這種基本節(jié)拍的電路就是振蕩器和時鐘電路。此振蕩器由XTAL1 端向內(nèi)部時鐘電路提供12MHz 的時鐘源信號。
6.3.4電源部分
電路原理圖如下圖所示，系統(tǒng)電源D5V為5-6V，由兩節(jié)CR2032的紐扣電池串聯(lián)組成。此外在電路輸入輸出端并聯(lián)了一個10uF的電容，可改善系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。K4為系統(tǒng)的總電源開關(guān)。
6.3.5復(fù)位按鍵
電路中的開關(guān)K2為復(fù)位按鍵開關(guān)，控制處理器89C51的RST端的高低電平，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位。當(dāng)按下該鍵后，系統(tǒng)將強行從初始狀態(tài)開始運行
6.3.6切換按鍵
電路中的開關(guān)K1 為顯示內(nèi)容切換按鍵，此按鍵控制89C51的INT1 端的高低電平，從而實現(xiàn)系統(tǒng)可以不同的顯示內(nèi)容檢切換。
6.3.7水銀開關(guān)
棒在搖動時，只能朝某一個方向搖動時顯示，否則會出現(xiàn)重影，所以通過接一個水銀開關(guān)來控制。水銀開關(guān)一端連接89C51的INT0中斷和電源，一端接地，通過搖晃使得水銀開關(guān)兩引腳短接或斷開，當(dāng)水銀使兩腳連接時，INT0端輸入底電平，反之INT0端輸入高電平。以此控制使搖搖棒從左向右搖動時將內(nèi)容顯示出來。
6.3.8擴展接口
系統(tǒng)的擴展接口有三個：J1用于和顯示及水銀開關(guān)擴展板進行連接；J6用于串口的擴展，同時可以利用該串口進行ISP程序下載，該接口為5V的電平，如需和計算機連接需要外接電平轉(zhuǎn)換模塊；J7為擴展接口，本次設(shè)計中有很多89C51的端口端口沒有使用，通過J7接口擴展了出來。這三個擴展接口將單片機的資源全部引出，因此搖搖棒的核心板可以單獨作為一個單片機的開發(fā)板使用。
6.4 PCB板的安裝和調(diào)試
1．檢查元器件數(shù)量與質(zhì)量，并將元器件歸類
2．對元器件的引腳進行整形以方便焊接時使用。
3．對烙鐵鍍錫，并清潔焊接部位。
4．焊接。焊接的順序是先低后高、先笑后大、先輕后重、先易后難、先一般元件后特殊元件，且上道工序安裝后不影響下道工序。
5．檢查焊接質(zhì)量，對不符合要求的進行修整。
6．剪去多余的引腳。
7．下載程序進行調(diào)試。
6.5安裝和調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題
1．下載程序后LED14燈不亮，經(jīng)檢查是因為與其連接的貼片電阻R24不導(dǎo)電，更換電阻R24后正常。
2．雙排針J1引腳密集，引腳間距離較小不方便焊接，致使焊接時部分引腳虛焊，為防止搖動時引腳松動，對其進行了加錫。
7、實結(jié)
這次的生產(chǎn)實習(xí)讓我對學(xué)習(xí)和生產(chǎn)有了更深刻的認(rèn)識，雖然沒有和去富-士-康的同學(xué)一樣進入工廠實習(xí)，但是在學(xué)校實驗室的設(shè)計和實踐依然讓我受益匪淺，收獲頗豐。
在這次生產(chǎn)實習(xí)中，我們進行了搖搖棒的設(shè)計和制作。搖搖棒是一種顯示圖像的設(shè)備，由單片機控制一排LED燈有規(guī)律的亮滅，再通過搖動使之在空中呈現(xiàn)一幅時間的畫面�？此坪唵蔚囊粋�課題，但在實際設(shè)計設(shè)計中就會發(fā)現(xiàn)不那么容易，它實際上綜合了以前所學(xué)過的多門課程，并且還要利用到單片機。
看似簡單的課題，在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)很多細(xì)節(jié)都不容易解決，比如搖搖棒需要解決的抗重影能力，即是解決字總是從左往右顯示而不會發(fā)生重疊的問題，我們沒有成本較高的傳感器，只能另尋它徑，著實很費腦筋，后來知道老師提出可以使用水銀開關(guān)才令我們豁然開朗。由此也可以看出只學(xué)好課本的理論知識是不行的，還要能把理論知識運用到實踐中來。此外，還要關(guān)注實際生產(chǎn)，課本中只注重原理而并不太注重產(chǎn)品的型號和實際構(gòu)造，這需要我們在實踐中去認(rèn)識，才能做到理論和實踐的結(jié)合。
生產(chǎn)實習(xí)培養(yǎng)了我綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題的能力，是鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。通過綜合實習(xí)我們能夠比較系統(tǒng)地了解理論知識，把理論和實踐相結(jié)合，并且應(yīng)用到生活中。
在這次設(shè)計中我也遇到了各種錯誤和困難，但是成功就是建立在不斷失敗的基礎(chǔ)上的。在思考解決一次次失敗的過程中，收獲的是經(jīng)驗，無形中提高了我們的動手動腦能力。把一個課題設(shè)計好不是一步到位的，它是一個反復(fù)修改，不斷調(diào)適的過程，其間有困難也有樂趣，使人對工程實踐有了一個初步的認(rèn)識。在設(shè)計中的經(jīng)驗教訓(xùn)也讓我認(rèn)識到了所學(xué)知識的局限，加深了我對電子電路知識的了解。
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