3D光立方毕业设计论文

1、 TOC o 1-5 h z 一、摘要1二、关键字1三、引言2四、正文2（一）、主要元件介绍 31、STC12C5A60S232、74HC57333、ULN28034（二）、工作原理51、驱动模块原理6（三）、元器件选择7（四）、制作、调试81、制作92、调试11五、结束语13六、参考文献12七、附录（程序）13光立方 一、摘要：本设计采用8*8*8的模式，硬件主要分为三个模块：主控模块、驱动模块、显 示模块。采用的主控芯片为STC12C5A60S芯片，驱动电路是采用我们常用74HC573 数字芯片。数组OUT0代表光立方从第一层 D0到第八层D0的数据，以此类推 数 组OUT1代表光立方从第

2、一层D1到第八层D1的数据。本设计采用 C语言 编程，利用单片机控制LED的亮灭，采用延时控制LED亮灭时间，最终使得整个立 体展现不同的造型和图案，使其变得美轮美奂、绚丽多彩。二、关键字：LED光立方，74HC573 STC12C5A60S2ULN2803三、引言：光立方是由四千多棵光艺高科技“发光树”组成的，在2009年10月1日天安 门广场举行的国庆联欢晚会上面世，这是新中国成立六十周年国庆晚会最具创意的 三大法宝之首，自从国庆60周年联欢晚会开始演练后，一个全新的名词“光立方”， 吸引了全国人民的关注。国庆联欢晚会三样法宝，光立方为最，“光立方”在气势和 整体感觉上，融合了北京奥运会开

3、幕式“击缶而歌”和“活字印刷”的风格 ，而各种 图案则与贯穿奥运会开幕式的“画卷”有异曲同工之妙。“光立方”可以根据爱国歌曲的不同内容，展示不同的造型和图案，具有丰富的视觉效果。四、正文（一）主要元件介绍：1、 STC12C5A60S2STC12C5A60S2/AD/PWM列单片机是宏晶科技生产的单时钟 /机器周期（1T）的 单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传 统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX81随用复位电路,2路PWM,8珞高速10 位A/D转换（250K/S）,针对电机控制，强干扰场合。1）增强型8051 CPU仃，单时钟/机器周期，

4、指令代码完全兼容传统 80512）工作电压：STC12C5A60S 2列工作电压：5.5 V- 3.3V （5V单片机）3）工作频率范围：0 - 35MHz,相当于普通8051的 0420MHz4）应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字节5） 片上集成1280字节RAM6）外部中断I/O 口 7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持上升沿 中断的 PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2, INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3

5、（ 也可通过寄存器设置到P4.2 ）, CCP1/P1.4 （ 也可通过寄存器设置到 P4.3）。7） A/D转换，10位精度ADC共8路，转换速度可达250K/S（每秒钟25万次）8）通用全双工异步用行口（UART）,由于STC1臻列是高速的8051,可再用定时器 或PcAa件实现多用口9） STC12C5A60S系歹U有双串口，后缀有 S2标志的才有双串口， RxD2/P1.2（可通 过寄存器设置到P4.2） , TxD2/P1.3（可通过寄存器设置到P4.3）10）工作温度范围：-40 - +85 C （工业级）/ 0 - 75 C （商业级）2、74HC57374573引脚图74HC5

6、7犯八进制3态非反转透明锁存器。器件的输入是和标准CMOS输出兼 容的；加上拉电阻，他们能和LS/ALSTTL输出兼容。当锁存使能端为高时，这些器 件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立 时间和保持时间的数据会被锁存。输出既不是高电平 ,也不是低电平,而是高阻抗的 状态；在这种状态下，可以多个芯片并联输出，当输入的数据消失时，在芯片的输出 端,数据仍然保持3、 ULN2803围i管,转列临ULN280犯八重达林顿管，1至8脚为8路输入,18到11脚为8路输出。驱 动能力为500MA 50Vo应用时9脚接地,10脚接负载电源V+,输入的电平信号为0 或5V。输入

7、0是输出达林顿管截止，输入为5V电平时，输出达林顿饱和。输出负载 加在电源V+W输出口上，当输入为高电平时，输出负载工作，该电路为反向输出型， 即输入低电平电压，输出端才能导通工作。（二）工作原理有8个8*8点阵，再用8个引脚来当充当各个8*8点阵的“开关”。只要将64 个灯阳极连在一起，在连到这个引脚上。采用了 hc573暂存的方法，来分别把64 个灯的亮灭信息存到这个上面，然后再一起输出到灯上，573的64个输出引脚控制 前面所述每一个面的64个灯；而每层灯的阴极全连接在一起接入 uln2803,由 uln2803控制的每一个层灯。通过单片机主控芯片STC12C5A60S2控制所有灯的亮

8、灭，从而控制P0、P1、P2实现控制X、Y、Z空间立体控制来显示我们所需要显示 的现象。zo工图1 8层面 :：， 图2 64个灯孔整个设计主要分为三个模块分别是主控模块、驱动模块、显示模块1、驱动模块原理二STSq *毒聿3厘器中至穿3霏罂罂) 言我臣二字8图3 74HC573 驱动P33 ?6543 2 JU1口 6U3U+U505DU8V方410-U5_更工T)6 D7D8JD2M2市加垣mU3OUTVCCDOQODIQID-2Q2D3QBD4D，第单D6箪Q，GMDLAOUTvccDOQ 口DIQlD3QlD3Q3D4Q+D5Q51)63D7QFGHDLA爵虾Eld新A1A2A3A4婚

9、A6A7A874HCJ73OUTDOvcc 皿mQiD2Qz1)36D4Q405Q5DfiQ6D7Q 了GNTjLA74HC373CC项Q1明举小里革中LAV皿MD1D2MD5M 绘74HC5738E 9c 寸EC t74HC573miP71rlm g明4 4 JL, Lxlp-,tjLlLLl XicoLgn 寸EmPll图4原理图uln2803 的18脚接主控芯片的 P1 口（ 18脚），数据由主控芯片 P2 口输入经过uln2803 从1118脚输出，实现通过 uln2803来驱动每一层。每个 573的29脚（数据输入）都连接在 一起连接到主控芯片的P0 口（3239脚），数据从主控芯片

10、 P0 口输送到573, 573的1脚是3态输出使能输入（低电平）一般都与地相接，573的11脚（锁存使能输入）都连接在一起连接到主控芯片的P2 口（2128脚）作为锁存控制。当 573的11脚为高电平和29脚为高电平时， 573的1219脚（3态锁存输出）为高电平，驱动一竖面的灯亮，当 11脚为高低平、29脚为 低电平时，573的1219脚则就为低电平，从而灯灭，当11脚为低电平时，29脚不管高低电平，1219脚的输出不变。主控芯片通过573+uln2803来驱动控制哪竖面的哪一层的哪个灯的亮灭。R1R16是限流电阻。（三）元器件选择1）由于光立方的程序量比较大，而且要求相对比较高，因此用

11、51系列的增强型 芯片STC12C5A60S2选择的理由：1.无法解密，采用第六代加密技术；2.超强抗 干扰；3.内部集成高可靠复位电路，外部复位可用可不用；4.速度快，比8051快8-12 倍。2）由于灯的个数比较多，因此所需要的电流相对也比较大，所以选择ULN28033）驱动部分使用了熟悉的74HC573其优点有1.高阻态，就是输出既不是高电平, 也不是低电平,而是高阻抗的状态；在这种状态下，可以多个芯片并联输出；2.数据 锁存；当输入的数据消失时，在芯片的输出端，数据仍然保持；3.数据缓冲、加强驱 动能力。4）LED灯的选择，出于外观和整体的形状美观，采用的是雾状蓝光的LED灯，由于高亮

12、灯比雾状灯刺眼，所以选择雾状灯。图5 雾状LED灯（四）制作、调试1）制作：1、我们首先完成的是驱动电路驱动电路由于线比较多电路比较复杂，所以我们有比较多的跳线，由八个 74HC573 组成的，如下图：图6 573 驱动连接反面图7 573驱动连接正面2、主控电路主控电路是最简单的电路，主要是最小系统，其中还有一个控制层的驱动芯片 焊接在主控板上，如图所示：图8最小系统3、显小模块首先我们用一块比较大万能板，在上面做了 8*8个点的标志，间距为2mnM后 把灯按统一形状掰好管脚。然后固定在在万能板上进行焊接，焊接完如下图：图9 灯的焊接焊好的如图：每次焊完以后都要去检查测试每个灯是否会亮，很重

13、要的步骤图10把八个面做好以后就是把八个面一层一层的叠起来，在这里要注意的是必须用 尺子量好各个角度的高度（我们做的间距为 2厘米），必须使每一个面在同一水平 面上，如下图所示：同样的每次焊完以后都要去检查测试每个灯是否会亮图11 8 层灯显示部分反面，如下图:图122)调试：主要是检查全部的灯是否正常工作：(1)程序烧写进单片机之后，发现有两列没有点亮，还好两列的都在边上，进而 如果换灯也相对容易，我们用排除法来检查电路，首先是检查灯的线路是否虚焊， 断路，果真有一列的是断路了，把它接上后这一列也亮了。(2)还剩下另外一列，我们用同样的方法来做，从驱动电路到显示的都没有问题， 而且在输入那一

14、列的电压也正常，我们就想不通了，是什么原因呢？我们怀疑是不 是有灯坏了，我们又一个一个的检查了这一列灯，但是全部都会亮，经过很细心的 检查，发现有一个灯的亮度和其他的灯亮度完全不同，相对比较暗，于是我们把它 换了下来，接上另外一个，果然是哪个灯的问题，原来是由于这灯的阻抗很大，把 那一列的电平都拉低了，使灯无法亮起来。(3)在调试过程中，有一竖面的灯完全不亮，第一个想法是灯没有供电，检测供 电电路法发现没有问题，于是我找到 573这一部分，因为这一部分跳线较多且线路 密集，逐一测量发现线头间短路了，从新焊接后测试，故障顺利排除。(4)在调试过程中有几个灯一直不亮，用万用表欧姆档测量发现灯已经烧坏，拆 下坏掉，但是有2个灯是存在虚焊问题，从新焊接后正常工作。五、结束语经过这次的设计，让我们更明确了团队合作的要领和精神，更明白了焊接技术 的重要性，也让我们对单片机编程的进一步了解，为了这次设计我们找了查找了很 多资料，包括一些对该设计元件的作用、工作电压等资料的了解，感谢百度和Google 公司。他们的搜索功能庞大、快捷又免费，让我们很方便地搜索到了我们所需要的 设计资料和丰富的知识。此次毕业设计，是我大学学习中遇到过的时段最长、涉及 内容最广、 工作量最大的一次设计。