光立方-毕业论文(含程序+原理图+实物图)

2009届电子信息工程专业毕业设计I目录第一章绪论..............................................................11.1课题的背景.......................................................11.2研究目的和意义................................................11.3论文研究内容与结构安排...........................................1第二章总体设计..........................................................12.1工作原理.........................................................22.2各模块方案选择与论证.............................................22.2.1单片机主控制模块...........................................22.2.2驱动模块....................................................22.2.3显示模块....................................................2第三章系统硬件电路设计与实现............................................33.1硬件电路设计.....................................................33.2单片机最小系统.....................................................33.2.1时钟电路....................................................33.2.2P0口外接上拉电阻............................................33.3驱动模块的设计.....................................................33.4光立方整体设计思路.................................................93.4.1LED灯排序方式设计............................................23.4.2LED灯接法方式设计............................................23.5光立方搭建方法..................................................23.5.1将LED从点到线的搭建..........................................23.5.2将LED从线到面的搭建..........................................23.5.3将LED从面到体的搭建..........................................2第四章系统软件设计......................................................34.1主程序设计........................................................2第五章系统调试及结果分析...............................................105.1系统调试........................................................105.1.1.硬件测试.................................................105.1.2.软件测试.................................................115.2结果分析........................................................11第六章结论.............................................................12参考文献................................................................13英文摘要................................................................13致谢语..................................................................13附录.....................................................................I1、实物图............................................................162、系统原理图........................................................17程序清单................................................................172009届电子信息工程专业毕业设计II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。系统采用的是8*8*8模式构成512个LED灯后组成的光立方，距离为14cm*14cm*20cm（长.宽.高）[10]，所设计的光立方驱动电路采用uln2803芯片，呈现出立体动画效果。关键词光立方；74HC573；单片机2009届电子信息工程专业毕业设计11绪论1.1课题研究的背景：“光立方”一词正逐渐引起了全国人民的关注，并得到了全球的高度肯定。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研究、创新。事实上，“光立方”已经渗透到以下几个方面：照明类LED光效——户外景观照明展开的视觉装饰活动；信息传播类LED光效——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研究价值。1.2课题研究的意义：本次毕业设计一改传统的平面流水灯的风格，而是从平面向立体发展，通过更宽广的三维空间呈现出更加绚丽的效果，直接冲击着人们审美视觉，不在停留在乏味的平面成像。设计并采用更优于89C51的STC12C5A60S2单片机，使系统具有更强大的功能和驱动能力。再者，从平面向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512LED灯组成，在制作过程中锻炼学习动手焊接能力，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积极的推动作用。1.3论文研究内容与结构安排本文研究的内容如下：单片机控制模块：采用60KSTC12C5A60S2控制核心，其它相关的外围电路构成本系统的模块；时钟信号电路：采用普通晶体时钟源，其中晶体用11.0592MHZ的石英晶振；显示模块：通过对单片机编程，利用程序来控制LED的亮灭，以达到动画的效果。具体介绍内容安排如下：第二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办法。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。2009届电子信息工程专业毕业设计22总体设计2.1工作原理本设计以STC12C5A60S2单片机为控制核心设计一个由512个蓝色LED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:图2-1系统结构框图2.2各模块方案选择与论证2.2.1单片机主控制模块方案一：采用常用的89c51单片机作为主控芯片，由于89c51只有8K的内存，而光立方需要形成多种动画程序量大，可能会有溢出的情况发生。所以不采用此方案。方案二：采用51系列的增强型芯片60KSTC12C5A60S2单片机作为主控芯片[2]，其主要优点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[11]；因此采用此方案。2.2.2驱动模块方案一：采用8个8050NPN三极管驱动，虽能起到反相的作用。但由于需要八个数量较多，对于整体布局效果不佳，影响美观。并且性价比不高，所以不采用此方案。方案二：采用八重达林顿uln2803,1至8脚为8路输入，18到11脚为8路输出。驱动能力500MA\50V。因为整个光立方体由512个LED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ULN2803芯片。2.2.3显示模块方案一：由于我们常用的LED灯不容易聚光，光发散比较厉害点亮时相互之间将会有影响，容易影响视角效果。2009届电子信息工程专业毕业设计3方案二：我们放弃我们经常用的草帽型LED，采用的是白发雾状（乳型）蓝灯，工作电压为2.7~4.2V，工作电流2mA~10mA。使用雾状的比较聚光，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LED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STC12C5A60S2单片机为控制核心，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FLASH工艺的，具有串口烧写编程功能，低功耗[1]；时钟源电路有很多种，比如阻容低速时钟源、普通晶体时钟源、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，决定采用普通晶体时钟源，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LED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须的组成部分，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STC12C5A60S2单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、时钟电路、复位电路、输入/输出设备等[7]（见图3-1）。单片机的最小系统如下图所示:2009届电子信息工程专业毕业设计4图3-1单片机最小系统框图图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：XTAL1（19脚）：芯片内部振荡电路输入端。XTAL2（18脚）：芯片内部振荡电路输出端。XTAL1和XTAL2是独立输入和输出反相放大器，它可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器。内部方式的时钟电路如图3-3（a）所示，在XTAL1、XTAL2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[9]。经过综合考虑，本设计中采用了11.0592M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。一般情况下选取33pF的陶瓷电容就可以了。[8]2009届电子信息工程专业毕业设计5外部方式的时钟电路如图3-3