基于STC89C52RC单片机的LED广州塔的设计与制作
2018-12-06江西工业职业技术学院
江西工业职业技术学院 胡 蓉
介绍了STC89C52RC单片机应用于LED广州塔的设计与制作的方法；结合动态扫描技术在LED显示的设计中的一个实例，体现单片机控制技术对培养和提高应用电子技术专业学生综合设计能力的重要性。
1 引言
STC89C52RC是STC系列单片机里应用比较广泛的一款，在自动控制领域里享有很高的价值，以其易用性和多功能性受到了广大电子设计爱好者的好评；广州塔又称广州新电视塔，昵称小蛮腰。它是广州最高建筑，整个塔身的设计非常有特点，特别是在夜晚的灯光装饰下，更是显得美轮美奂。本设计结合单片机动态扫描显示技术，采用STC89C52RC作为控制系统，控制LED广州塔展示效果，能更好的提高单片机的应用能力。
2 设计原理及方案设计
LED广州塔采用动态扫描方式技术，其原理是利用人眼的视觉暂留特性来实现，16层塔身中在任一个时刻只有一层被点亮，方法是首先将对应的行扫描码发送出去，同时列输出数据，延时一段时间后扫描下一层；当扫描到第16层时，重新循环，当扫描的速度达到一定的频率时，人眼就分辨不出扫描的时间间隔；就可以看到呈现不同的显示效果。
本设计电路以增强型单片机STC89C52RC作为主控芯片，通过行扫描列数据输出的方式，由三极管8550控制层驱动，提供足够的驱动电流以达到一定的亮度显示目的。
图1 系统总体结构图
3 硬件电路设计
3.1 主控模块
STC89C52RC是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8KB字节系统可编程Flash存储器（胡汉才.单片机原理及系统设计[M].北京:清华大学出版社,2002:136-156）。STC89C52在经典的MCS-51内核基础上做了很多的改进,使得芯片拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案。
3.2 驱动电路
塔层的驱动电路分为行列两部分：P1、P3口通过S8550三极管作为开关驱动广州塔的共阴极层，而P0、P2口通过S8550三极管作为开关驱动广州塔的共阳16列，层驱动电路输出扫描信号，控制层点亮（低电平有效），而列输出数据即显示效果。
3.3 16＊16 LED广州塔模块
广州塔的灯架是由16*16个LED组合而成，发光二极管选用3mm长脚高亮雾状灯按塔形构成16层，每层16盏灯，层共阴，竖共阳。在制作的过程中，LED的引脚要适当的折一下，为了更好的焊接。并在泡沫板上做好每层的模板方便之后的焊接(塔层模版见图2）。焊好每一层测一下灯的好坏，根据模板焊好每一层再在万能板上焊上第一层，接着焊第二层，依次焊完16层（每层接一根长的线出来，方便之后与三极管连接）。广州塔的塔身最下面一层是最大的，之后一直到10层递减每一层的直径，之后11层到16层是逐渐递增的，以此来形成广州塔的蛮腰。广州塔顶还有一个塔顶，由9或10个3mm的LED灯泡共阴组成，这个塔顶单独接电源。广州塔的共阴极线路接法：P1、P3口接广州塔的共阴极层，P1口的1脚接广州塔的塔身的第16层、2脚接第15层，这样一次焊接好直到焊完16的共阴极接线。而P0、P2口通过S8550三极管和1K的电阻连接到广州塔的塔底管脚进行列驱动，焊完管脚广州塔的塔身部分就完成了。
图2 塔层模板
图3 主程序流程图
4 程序设计及显示效果
本设计的工作原理是基于点阵显示屏的动态扫描原理，利用开关管接通对应的层，输出列数据同时延时，然后关闭所有的层，那么利用视觉暂留特性，在人眼中就可以达到动画效果。（胡阳.基于视觉暂留的动态扫描LED旋转屏[J].现代电子技术,2012,35(5):186-188）
4.1 程序设计（见图3）
图4 子程序流程图
4.2 PROTEUS仿真效果
在广州塔的设计过程中，我们使用仿真工具软件PROTEUS进行硬件和软件的调试，可以模拟出追逐、旋转、雨滴、满天星等等一系列的绚烂效果。
4.3 LED广州塔的显示效果
塔身制作完毕，将编译好的程序下载到核心控制板之后，我们可以看到广州塔在程序控制下显示出各种变化的动画效果。
图5 实物拍摄图
5 结语
采用STC89CRC单片机为核心，使用动态扫描方式实现LED广州塔的立体显示，整体造价低廉，维护简单，具有很好的观赏价值，同时在制作过程中有利于培养学生的创新思维，提高动手能力，调动学习的积极性，同时也为教师在教授单片机嵌入式应用系统、电子电路的开发设计等提供了崭新而有效的手段。
