光立方制作論文

1、西安科技大學(xué)光立方制作論文目錄一.摘要.1二.關(guān)鍵字.1三.引言.1四.正文.11）主要元件介紹.11.STC12C5A60S2.12.74HC573.23.ULN2803.32）工作原理.3驅(qū)動(dòng)模塊原理.43）元器件選擇.64）制作、調(diào)試.61制作.6a.驅(qū)動(dòng)電路.6b.主控模塊.7c.顯示模塊.72調(diào)試.9五.結(jié)束語(yǔ).9一.摘要： 本設(shè)計(jì)作品采用8*8*8 的模式，硬件主要分為三個(gè)模塊：主控模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊。采用的主控芯片為STC12C5A60S2 芯片，驅(qū)動(dòng)電路采用常用的74HC573數(shù)字芯片。本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程，利用單片機(jī)控制LED的亮滅，采用延時(shí)控制LED亮滅時(shí)間，最終使得

2、整個(gè)立體呈現(xiàn)不同的造型和圖案，使其變得美輪美奐、絢麗多彩。二.關(guān)鍵字：LED光立方，74HC573，STC12C5A60S2，ULN2803三.引言： 我們的光立方主要功能是在整體上實(shí)現(xiàn)畫(huà)面立體的顯示，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)3D顯示效果，同時(shí)可以根據(jù)要求改變程序的數(shù)組部分就可實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的自主定義。四.正文1）主要元件介紹：1.STC12C5A60S2STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(2

3、50K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。1) 增強(qiáng)型8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。2) 工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V- 3.3V（5V單片機(jī)）。3) 工作頻率范圍：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的 0420MHz。4) 應(yīng)用程序空間8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字節(jié)。5) 片上集成1280字節(jié)RAM。6) 外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊,Power Down模式可由外部中喚醒,INT0/

4、P3.2, INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3 (也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)。7) A/D轉(zhuǎn)換, 10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬(wàn)次)。8) 通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口。9) STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)。10) 工作溫度范圍：-40+8

5、5(工業(yè)級(jí)) / 075(商業(yè)級(jí))2、74HC573 74HC573是八進(jìn)制 3 態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器。器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn) CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端為高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說(shuō)輸出同步）。當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存。輸出既不是高電平,也不是低電平,而是高阻抗的狀態(tài)；在這種狀態(tài)下,可以多個(gè)芯片并聯(lián)輸出，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時(shí),在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持3、ULN2803ULN2803是八重達(dá)林頓管，1至 8腳為8路輸入,18 到 11腳為8路輸出。驅(qū)動(dòng)能力為 500MA 50V。應(yīng)用時(shí)9腳接地,

6、10腳接負(fù)載電源V+,輸入的電平信號(hào)為0或5V。輸入0是輸出達(dá)林頓管截止,輸入為5V電平時(shí)，輸出達(dá)林頓飽和。輸出負(fù)載加在電源V+和輸出口上，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，輸出負(fù)載工作，該電路為反向輸出型，即輸入低電平電壓，輸出端才能導(dǎo)通工作。2）工作原理 有8層8*8點(diǎn)陣，再用8個(gè)引腳來(lái)當(dāng)充當(dāng)各層8*8點(diǎn)陣的“開(kāi)關(guān)”（每層共陰）。再將64個(gè)燈陽(yáng)極連到573的輸出引腳上，每個(gè)573控制8列LED。驅(qū)動(dòng)采用了hc573暫存的方法，來(lái)分別把64個(gè)燈的亮滅信息存到上面，然后再一起輸出到燈上，573的64個(gè)輸出引腳控制前面所述每一個(gè)面的64個(gè)燈；而每層燈的陰極全連接在一起接入uln2803，由uln2803控制的每

7、一個(gè)層燈。通過(guò)單片機(jī)主控芯片STC12C5A60S2來(lái)控制所有燈的亮滅，從而控制P0、P1、P2實(shí)現(xiàn)控制X、Y、Z空間立體控制來(lái)顯示我們所需要顯示的現(xiàn)象。 圖1 8層面 圖2 64個(gè)燈孔整個(gè)設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)模塊分別是主控模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊驅(qū)動(dòng)模塊原理圖3 74HC573驅(qū)動(dòng) 圖4 原理圖 uln2803的18腳接主控芯片的P1口（18腳），數(shù)據(jù)由主控芯片P2口輸入經(jīng)過(guò)uln2803從1118腳輸出，實(shí)現(xiàn)通過(guò)uln2803來(lái)驅(qū)動(dòng)每一層。每個(gè)573的29腳（數(shù)據(jù)輸入）都連接在一起連接到主控芯片的P0口（3239腳），數(shù)據(jù)從主控芯片P0口輸送到573，573的1腳是3態(tài)輸出使能輸入（低電平）一

8、般都與地相接，573的11腳（鎖存使能輸入）都連接在一起連接到主控芯片的P2口（2128腳）作為鎖存控制。當(dāng)573的11腳為高電平和29腳為高電平時(shí)，573的1219腳（3態(tài)鎖存輸出）為高電平，驅(qū)動(dòng)一豎面的燈亮，當(dāng)11腳為高低平、29腳為低電平時(shí)，573的1219腳則就為低電平，從而燈滅，當(dāng)11腳為低電平時(shí)，29腳不管高低電平，1219腳的輸出不變。主控芯片通過(guò)573+uln2803來(lái)驅(qū)動(dòng)控制既定的LED的亮滅。R1R16是限流電阻。3）元器件選擇1） 由于光立方的程序量比較大，而且要求相對(duì)比較高，因此用 51 系列的增強(qiáng)型芯片 STC12C5A60S2，選擇的理由：1.無(wú)法解密，采用第六代加

9、密技術(shù)； 2.超強(qiáng)抗干擾；3.內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路，外部復(fù)位可用可不用；4.速度快，比 8051 快 8-12 倍。 2）由于燈的個(gè)數(shù)比較多，因此所需要的電流相對(duì)也比較大，所以選擇ULN2803。 3）驅(qū)動(dòng)部分使用了熟悉的74HC573，其優(yōu)點(diǎn)有 1.高阻態(tài)，就是輸出既不是高電平,也不是低電平,而是高阻抗的狀態(tài)；在這種狀態(tài)下,可以多個(gè)芯片并聯(lián)輸出；2.數(shù)據(jù)鎖存;當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時(shí),在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持；3.數(shù)據(jù)緩沖、加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。4)LED 燈的選擇，出于外觀和整體的形狀美觀，采用的是霧狀藍(lán)光的 LED 燈 ，由于高亮燈比霧狀燈刺眼，所以選擇霧狀燈。4）制作、調(diào)試1制作：a.驅(qū)動(dòng)電路

10、 驅(qū)動(dòng)電路由于線比較多電路比較復(fù)雜，所以我們有比較多的跳線，由八個(gè)74HC573組成的，每個(gè)573的1腳和10腳接地，20腳接電源，11腳為鎖存控制，接單片機(jī)。每個(gè)573的29腳并聯(lián)接入單片機(jī)，1219腳分別接顯示模塊的LED陽(yáng)極。如下圖：圖5 573驅(qū)動(dòng)模塊b.主控電路 主控電路是最簡(jiǎn)單的單片機(jī)電路電路，主要是最小系統(tǒng)，其中的主控芯片我們換成了內(nèi)存更大，速度更快的加強(qiáng)版單片機(jī)STC12C5A60S2，如圖所示： 圖6 單片機(jī)主控電路c.顯示模塊 首先我們用一塊比較大的萬(wàn)用板，在上面做了8*8個(gè)點(diǎn)的標(biāo)志，間距為2mm然后把燈按統(tǒng)一形狀掰好管腳。然后固定在在萬(wàn)用板上進(jìn)行焊接。 把八個(gè)面做好以后就

11、是把八個(gè)面一層一層的疊起來(lái)，在這里要注意的是必須用尺子量好各個(gè)角度的高度，必須使每一個(gè)面在同一水平面上，如下圖所示：同樣的每次焊完以后都要去檢查測(cè)試每個(gè)燈是否會(huì)亮圖7 顯示模塊2調(diào)試：（1）光立方初步制作成型后，我們?cè)趯?xiě)入測(cè)試程序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有一列燈不亮。由于我們是每一層LED共陰，每一列LED共陽(yáng)接法，這樣通過(guò)供電交叉實(shí)現(xiàn)既定的LED的點(diǎn)亮。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，有一列LED的陽(yáng)極插頭沒(méi)有接好。我們重新插緊插頭后，問(wèn)題解決，所有LED全亮。（2）所有模塊調(diào)試好后，我們寫(xiě)入光立方顯示程序，開(kāi)機(jī)后，發(fā)現(xiàn)所有LED一直全亮，并沒(méi)有按照程序運(yùn)行動(dòng)畫(huà)。這個(gè)問(wèn)題糾結(jié)了我們好長(zhǎng)時(shí)間，但最后發(fā)現(xiàn)我們所用的電源（USB

12、電源）電流不夠，后來(lái)我們換用四節(jié)電池組電源供電，光立方正常運(yùn)行程序中的動(dòng)畫(huà)。（3）光立方正常運(yùn)行動(dòng)畫(huà)后，我們發(fā)現(xiàn)第三層LED（從上往下）的亮度比其他的亮度高，并且在不該第三層LED亮的時(shí)候亮，導(dǎo)致動(dòng)畫(huà)顯示重疊或者不完整。剛開(kāi)始我們以為是驅(qū)動(dòng)芯片的問(wèn)題，就把8個(gè)573芯片挨個(gè)檢查了一遍，發(fā)現(xiàn)芯片運(yùn)行正常。后來(lái)我們檢查了一下顯示模塊。發(fā)現(xiàn)在第三層中有一個(gè)LED的正極和負(fù)極短路，導(dǎo)致第三層始終有電。然后當(dāng)芯片驅(qū)動(dòng)該層燈亮?xí)r，這層燈的亮度會(huì)比其他的高。我們將正負(fù)極分開(kāi)后，問(wèn)題解決，亮度一致。至此，光立方可以正常并且正確的顯示程序中設(shè)計(jì)的動(dòng)畫(huà)效果。五.結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)了一個(gè)多周的學(xué)習(xí)和工作，我們終于完成了作品。其中每走一步都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，在這段時(shí)間里，我們學(xué)到了很多知識(shí)也有很多感受，開(kāi)始了共同的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書(shū)籍，讓頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使非常稚嫩作品一步步完善起來(lái)，每一次改進(jìn)都是學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗(yàn)的成功都會(huì)讓我們興奮好一段時(shí)間，也從中認(rèn)識(shí)到電子給我們生活帶來(lái)的樂(lè)趣。通過(guò)這次制作,我們深刻體會(huì)到要做好一個(gè)完整的事情，需要有系統(tǒng)的思維方式和方法，對(duì)待要解決的問(wèn)題，要耐心、要善于運(yùn)用已有的資源來(lái)充實(shí)自己。同時(shí)也深刻的認(rèn)識(shí)到，在對(duì)