3D8光立方-毕业论文(含程序 原理图 实物图).docx

书目O1.1 课题的背景O1.2 探讨目的和意义O1.3 论文探讨内容与结构支配O其次章总体设计O2. 1工作原理12.2各模块方案选择与论证12. 2.1单片机主限制模块13. 2.2驱动模块14. 2.3显示模块1第三章系统硬件电路设计与实现24.1 硬件电路设计24.2 单片机最小系统25. 2.1时钟电路23. 2.2PO外接上拉电阻23.1 驱动模块的设计23.2 光立方整体设计思路83. 4.11.ED灯排序方式设计14. 4.21.ED灯接法方式设计13. 5光立方搭建方法11. 5.1将1.ED从点到线的搭建13. 5.2将1.ED从线到面的搭建14. 5.3将1.ED从而到体的搭建1第四章系统软件设计24. 1主程序设计1第五章系统调试及结果分析95. 1系统调试95.1.1.硬件测试95.1.2.软件测试105.2结果分析10第六章结论H参考文献12英文摘要12致谢语12附录1、实物图152、系统原理图16程序清单16基于单片机的光立方设计刘荣三明学院09级电子信息工程专业福建三明365004摘要本文介绍了一款基于STC12C5A60S2单片机光立方的设计并阐述了整体设计思路，介绍了系统软硬件设计的主要方法。系统采纳的是8*8*8模式构成512个1.ED灯后组成的光立方，距离为14cm*14cm*20cm（长.宽.高）（吗所设计的光立方驱动电路采纳uln2803芯片，呈现出立体动画效果。关键词光立方；74HC573；单片机1绪论1.1 课题探讨的背景：“光立方”一词正渐渐引起了全国人民的关注，并得到了全球的高度确定。由此，也掀起了光立方的设计与学习热潮，在原有的基础上不断增加难度，增加变换花样，吸引电子爱好者对其探讨、创新。事实上，“光立方”已经渗透到以下几个方面：照明类1.ED光效一一户外景观照明绽开的视觉装饰活动；信息传播类1.ED光效一一各种类型的大屏幕点缀着人们的生活；光立方制作所需材料较常见，成本低廉、性价比高等优点具有较高的探讨价值。1.2 课题探讨的意义：本次毕业设计一改传统的平面流水灯的风格，而是从平面对立体发展，通过更宽广的三维空间呈现出更加绚丽的效果，干脆冲击着人们审美视觉，不在停留在乏味的平面成像。设计并采纳更优于89C51的STCI2C5A60S2单片机，使系统具有更强大的功能和驱动实力。再者，从平面对立体这符合科技发展的要求，适应主流。3D8光立方主体部分由5121.ED灯组成，在制作过程中熬炼学习动手焊接实力，并以低成本，智能化产品对实现经济利益、商业价值的形成具有主动的推动作用。1.3 论文探讨内容与结构支配本文探讨的内容如下：单片机限制模块：采纳60KSTCI2C5A60S2限制核心，其它相关的外围电路构成本系统的模块；时钟信号电路：采纳一般晶体时钟源，其中晶体用11.0592MHZ的石英晶振；显示模块：通过对单片机编程，利用程序来限制1.ED的亮灭，以达到动画的效果。详细介绍内容支配如下：其次章主要阐述系统方案的选择与论证，将系统分为主控模块、驱动模块、显示模块等，并分别对各模块方案进行了选择与论证。第三章主要介绍了个硬件电路的设计,还对各单元实现的功能以及芯片引脚功能特点进行说明。同时阐述整个系统的设计思路以及搭建方法。第四章主要阐述主程序的编写以及整个软件的框架。第五章阐述的是整个光立方系统的调试过程以及在调试过程中出现的软件、硬件问题。并阐述了解决这些问题的方法。第六章主要对整个毕业设计的设计过程进行总结，并阐述了在制作过程中的收获和心得。2总体设计2.1工作原理本设计以STCI2C5A60S2单片机为限制核心设计一个由512个蓝色1.ED灯组成的光立方。系统主要由主控、驱动、显示等模块构成。系统模块框图如图2-1:U1.N2803芯片显示电路图2-1系统结构框图2.2各模块方案选择与论证2.2.1单片机主限制模块方案一：采纳常用的89c51单片机作为主控芯片，由于89c51只有8K的内存，而光立方须要形成多种动画程序量大，可能会有溢出的状况发生。所以不采纳此方案。方案二：采纳51系列的增加型芯片60KSTCI2C5A60S2单片机作为主控芯片，其主要优点1.无法解密，采纳第六代加密技术；2.超强抗干扰；3.内部集成高牢靠复位电路，外部复位可用可不用;4.速度快，比8051快8-12倍”；因此采纳此方案。2.2.2驱动模块方案一：采纳8个8050NPN三极管驱动，虽能起到反相的作用。但由于须要八个数量较多，对于整体布局效果不佳，影响美观。并且性价比不高，所以不采纳此方案。方案二：采纳八重达林顿uln2803,1至8脚为8路输入，18到11脚为8路输出。驱动实力500MA50Vo因为整个光立方体由512个1.ED灯组成，所需电流也较大，并且一片芯片就能等效8个三极管的作用，大大缩小元器件占用空间。综上所述选择U1.N2803芯片。2.2.3显示模块方案一：由于我们常用的1.ED灯不简单聚光，光发散比较厉害点亮时相互之间将会有影响，简单影响视角效果。方案二：我们放弃我们常常用的草帽型1.ED,采纳的是白发雾状（乳型）蓝灯，工作电压为2.74.2V,工作电流2m10mA0运用雾状的比较聚光，512个灯同时点亮时也同样能够达到动画的效果，如图2-2所示:图2-2雾面乳型1.ED灯3系统硬件电路设计与实现3.1硬件电路设计本电路是由STCI2C5A60S2单片机为限制核心，其和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的具有大容量程序存储器且是F1.ASH工艺的，具有串口烧写编程功能，低功耗；时钟源电路有很多种,比如阻容低速时钟源、一般晶体时钟源、带缓冲放大的晶体时钟源等等，考虑到电路稳定及材料选购等方面，确定采纳一般晶体时钟源，其中晶体用12MHZ的石英晶振12。显示部份由显示部份由512个雾面1.ED灯组成来进行显示°3.2单片机最小系统单片机的最小系统就是让单片机能正常工作并发挥其功能时所必需的组成部分，也可理解为是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对STCI2C5A60S2单片机来说，最小系统一般应当包括：单片机、时钟电路、复位电路、输入/输出设备等（见图37）。单片机的最小系统如下图所示：图3T单片机最小系统框图PlIOKVCCNP2NfOSIRESETMlSO11bllb22所K0-b¾MOSIbN11SOb773NDClHF30PFC2HFYlT12M12345678D_l-3_U-D_U_3_12.3_1.1.2_15_316J188HEADER1920SCKb®JP5RrSET9PlOPUPl.2Pl3Pl.4P15Pl6P1.7RSTAT89C51P3.0(RXD)P3I(TXD)P3211NTD)P3.3(IKT1)P3.4)P3.5(11)P36(WR)P37(RD)XA1.2XTA1.lGNDPOO(ADO)POl(ADl)P02(AD2)P03(AD3)P0.4<AD4)PO.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)EVotA1.EPRoGF5ENP2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(AB)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A1O)P2.1(A9)P20(A8)39al38a2T11633a73130-2928T726224IT2TAT89C51图3-2单片机最小系统3. 2.1时钟电路在设计时钟电路之前，让我们先了解下单片机上的时钟管脚：XTA1.l（19脚）：芯片内部振荡电路输入端。XTA1.2（18脚）：芯片内部振荡电路输出端。XTA1.l和XTA1.2是独立输入和输出反相放大器，它可以被配置为运用石英晶振的片内振荡器。内部方式的时钟电路如图3-3（八）所示，在XTA1.1、XTA1.2的引脚上外接定时元件（一个石英晶体和两个电容），内部振荡器便能产生自激振荡。经过综合考虑，本设计中采纳了U.0592M的石英晶振。和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。一般状况下选取33pF的陶瓷电容就可以了。外部方式的时钟电路如图3-3（b）所示,RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采纳频率低于12MHZ的方波信号。（八）内部方式时钟电路（b）外部方式时钟电路图3-3时钟电路另外值得一提的是检测晶振是否能够起振的方法可运用示波器能看到XTA1.2输出的特别好看的正弦波，也可以运用万用表测量（把挡位打到直流挡，这个时候测得的是有效值）XTA1.2和地之间的电压时，可以看到2V左右一点的电压。口幻3 .2.2PO口外接上拉电阻STCI2C5A60S2单片机的Po端口为开漏输出，内部无上拉电阻（图3-6）。所以在当做一般I/O输出数据时，由于V2截止，输出级是漏极开路电路，要使“1”信号正常输出，确定要外接上拉电阻图3-6Po端口的1位结构4 .3驱动模块的设计本设计采纳的是U1.N2803达林顿管驱动器进行驱动。U1.N2803,采纳AP=DIP18,AFW=So1.18封装方式。U1.N2803是八重达林顿，1至8脚为8路输入，18到H脚为8路输出。驱动实力500MA50Vo应用时9脚接地，假如驱动感性负载，10脚接负载电源V+。输入的电平信号为0,或5V。输入0时,输出达林顿管截止。输入为5V电平常，输出达林顿饱和。输出负载加在电源V+和输出口上，当输入为高电平常，输出负载工作。八路NPN达林顿连接晶体管阵系列特殊适用于低逻辑电平数字电路如图3-7（诸如TT1.,CMOS或PMOS/NMOS）和较高的电流/电压要求之间的接口，广泛应用于计算机工业中。所拥有的器件具有集电极开路输出和续流箱位二极管，用于抑制跃变。U1.N2803的设计与标准TT1.系列兼容，而（八）U1.N2803引脚图(b)U1.N2803逻辑图图3-7U1.N2803芯片3.4光立方整体设计思路3.4.11.ED灯排序方式设计将每层的1.ED排序如图3-8,DO,Dl,D2,D3D62,D63分别为64个1.ED阵列实际排序方式,也就是光立方的俯视图，对应下图分别是其数据信号OUT0,OUTl,0UT2,0UT30UT62,0UT63;图3-83D8光立方效果图图3-101.ED负极与输出端连接方式终将8个1.ED的阴极焊接在一起,如图3-12。留意:这样焊接阳极时不简单造成短路。方折阴极脚时港曲处尽量靠近灯体不要留太长,图3T2已搭好的8个1.ED灯3.4.21.ED灯接法方式设计1 .“光立方”是由8层这样布局的1.ED组成，每层位置排列全部一样，如图3-9。每层1.ED的全部正极全部接到起，然后连接74hc573的行扫描驱动电路，通过74hc573译码确定使能哪层3.各层同一位置1.ED的负极连接都