基于8位USB单片机的全彩色摇摇棒系统的制作方法

本发明涉及一种智能硬件，尤其涉及一种基于8位usb单片机的智能硬件。

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背景技术：

发光二极管led由于省电、寿命长等特点，被广泛应用于新一代照明和指示电路中，利用单片机控制连续运动的led灯带，由于视觉暂留现象，人眼能看到一幅完整的画面，形成颜色、形状各异的图案。利用这一原理，市面上出现了很多手持摇动led灯带发光形成图案的摇摇棒，它外形成长条状，通过内部电路控制led灯带有规律的发光，左右摇动起到了扫描的作用。已有摇摇棒的主控芯片多为通用40管脚的8051单片机，为降低成本，电路设计不规范，需在标准5v电压下工作的单片机大都采用2节电池3v供电，单片机资源也被大量浪费，软件开发难度大，软件烧写不仅操作复杂而且成本高。已有摇摇棒的led灯带多为普通单色led，颜色单一乏味，不能满足多种场合需求，便携性和使用体验下降。

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技术实现要素：

本发明设计了一款利用8位usb单片机做主控，使用1节普通1.5v干电池供电，采用全彩色数控led灯带实现显示的全彩色摇摇棒系统，主要包括：升压电路、基于usb单片机的控制电路、全彩色数控led灯带和usb接口。

如图1所示，采用8位usb单片机ch551作为电路主控芯片，ch551芯片的1号管脚连接4弹簧式晃动传感器，2号管脚连接5按键开关，3号管脚连接1全彩色led灯带的数据输入端d1，12号管脚连接6usb插口的3号数据端和7usb接口的d+数据端，13号管脚接6usb插口的2号数据端和7usb接口的d-数据端，15号管脚与升压电路3的5v电压端相连，16号管脚给整个电路提供3.3v电压，电路简洁，焊接容易，成本低廉。本发明使用只有4只管脚的全彩色数控led灯带作为显示部分，能够精准控制全部led的颜色；控制程序基于8051单片机，降低了开发难度和开发门槛；采用简洁和具有较高性价比的1.5v-5v升压电路，仅需一节普通1.5v电池即可正常工作，降低了摇摇棒的体积和重量，提升了其便携性和使用体验。

如图2所示，在结构方面，本发明公开的全彩色摇摇棒系统中，棒体前半段1采用16个串联的全彩色数控led作为摇摇棒的显示部分，使电路布线简洁，主控2和按键5置于棒体中部，弹簧式晃动传感器4置于棒体的顶部，5号电池盒8置于摇摇棒把手位置，便于握持，棒体底部为usb插口6和usb接口7，之所以设置usb插口6是防止用户在焊接usb接口7时出现问题，用户也可通过usb插口更改摇摇棒的控制程序，避免材料浪费。

【有益效果】本发明公开的基于8位usb单片机的全彩色摇摇棒系统中

由于使用廉价易得的8位usb单片机ch551，将usb控制器和摇摇棒单片机控制器合二为一，降低了成本，使整个电路变得简洁，焊接制作变得容易。

由于8位usb单片机ch551兼容msc51指令集，可以使用keilc或sdcc编译，降低了开发难度和门槛，可推广为中学和大中专院校的教学套件。

由于使用全彩色数控led灯带作为显示部分，利用3个字节控制单个led的亮度和颜色，显示色彩准确，相同色彩一致性高。led灯带使用单总线串联结构，节省单片机端口，降低制作和焊接难度。

由于采用高性价比的1.5v-5v升压电路，只要电池电压高于0.8v即可实现升压，实现了仅需一节普通1.5v电池即可正常供电，降低了摇摇棒的体积和重量，增强了实用性和便携性。

总之，本发明所公开的基于8位usb单片机的全彩色摇摇棒系统具有设计巧妙、电路简单、成本低廉、焊接难度低、开发门槛低、使用1节普通5号电池供电、体积小、重量轻、便携实用的特点。

◎附图说明

图1摇摇棒电路原理图

图中1.全彩色led灯带原理图2.ch551芯片原理图3.升压电路原理图4.弹簧式晃动传感器原理图5.按键开关原理图6.usb插口原理图7.usb接口原理图8.灯带右侧电容串原理图

图2摇摇棒结构设计图

图中1.全彩色led灯带2.ch551芯片3.升压电路4.弹簧式晃动传感器5.按键开关6.usb插口7.usb接口8.5号电池盒9.电源开关

◎具体实施方式

使用方式：

步骤一：图2中9电源开关打开，电源灯亮起，干电池提供1.5v电压，通过3升压电路升压，在3升压电路末端输出电压vcc为5v。

步骤二：5v的vcc开始对2ch551芯片及1串联的全彩led灯带等器件进行供电。led灯珠亮起，根据已编译程序，摇摇棒开始运行。

步骤三：晃动棒体，4弹簧式晃动传感器感应振动频率，传输到2ch551芯片，主控芯片根据已有编译程序及频率控制全彩led灯带，特定的炫彩图案出现。

步骤四：按动5显示切换按键，切换已存储的多种图案并重复步骤三，趣味多彩。

步骤五：使用完成后关闭9电源开关即可。

设置方式：

●用户模式：

步骤一：用户使用usb线连接摇摇棒的6usb插口或7usb接口，闪光棒进入用户模式。

步骤二：用户利用电脑端烧写字模，而无需更改程序。

步骤三：摇摇棒与电脑端进行通信，通过6usb插口或7usb接口将编译后程序和字模数据存储在2ch551芯片中。

步骤四：电脑端提示字模烧写成功，将6usb插口或7usb接口与电脑端断开，即可显示用户设置图案。

·开发者模式：

步骤一：开发者使用usb线连接摇摇棒的6usb插口或7usb接口，摇摇棒进入开发者模式。

步骤二：电脑端启动keilc，编写好程序，点击上传按钮。

步骤三：摇摇棒与电脑端进行通信，通过6usb插口或7usb接口将编译后程序和数据存储在2ch551芯片中。

步骤四：电脑端提示程序烧写成功，将6usb插口或7usb接口与电脑端断开，即可执行新的程序，显示开发者重新设置的图案。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于8位USB单片机的全彩色摇摇棒系统，属于智能硬件，包括升压电路、主控电路、全彩LED灯带和USB接口。主控电路分别与升压电路、LED灯带、USB接口和其他配件相连。本发明的有益效果是：采用基于8051内核的CH551作为主控电路，其1号管脚连接4弹簧式晃动传感器，2号管脚连接5按键开关，3号管脚连接1全彩LED灯带，12号管脚连接6 USB插口的3号数据端和7 USB接口的D+数据端，13号管脚接6 USB插口的2号数据端和7 USB接口的D‑数据端，15号管脚与升压电路3的5V电压端相连，16号管脚给整个电路提供3.3V电压，电路设计新颖，布线简洁，焊接容易，成本低廉。升压电路使摇摇棒系统只需一节1.5V电池即可工作，提升了便携性和使用体验。

技术研发人员：孙文生;段奇甫;高梦
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：2018.12.12
技术公布日：2019.04.16