光立方制作论文

西安科技大学光立方制作论文目录一.摘要....................................................1二.关键字..................................................1三.引言....................................................1四.正文....................................................11）主要元件介绍..........................................11.STC12C5A60S2.......................................12.74HC573............................................23.ULN2803............................................32）工作原理..............................................3驱动模块原理.........................................43）元器件选择............................................64）制作、调试.............................................61制作...............................................6a.驱动电路.....................................6b.主控模块.....................................7c.显示模块.....................................72调试...............................................9五.结束语.................................................9１一.摘要：本设计作品采用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STC12C5A60S2芯片，驱动电路采用常用的74HC573数字芯片。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，最终使得整个立体呈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，STC12C5A60S2，ULN2803三.引言：我们的光立方主要功能是在整体上实现画面立体的显示，实现动态的实时3D显示效果，同时可以根据要求改变程序的数组部分就可实现画面的自主定义。四.正文1）主要元件介绍：1.STC12C5A60S2STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是单时钟/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MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。1)增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051。2)工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V-3.3V（5V单片机）。3)工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的0～420MHz。２4)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RAM。6)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,PowerDown模式可由外部中唤醒,INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3(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)通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口。9)STC12C5A60S2系列有双串口，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℃(工业级)/0～75℃(商业级)2、74HC57374HC573是八进制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３（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、ULN2803ULN2803是八重达林顿管，1至8脚为8路输入,18到11脚为8路输出。驱动能力为500MA\50V。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+和输出口上，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。2）工作原理有8层8*8点阵，再用8个引脚来当充当各层8*8点阵的“开关”（每层共阴）。再将64个灯阳极连到573的输出引脚上，每个573控制8列LED。驱动采用了hc573暂存的方法，来分别把64个灯的亮灭信息存到上面，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来控制所有灯的亮灭，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。４图18层面图264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、显示模块驱动模块原理图374HC573驱动５图4原理图uln2803的1~8脚接主控芯片的P1口（1~8脚），数据由主控芯片P2口输入经过uln2803从11~18脚输出，实现通过uln2803来驱动每一层。每个573的2~9脚（数据输入）都连接在一起连接到主控芯片的P0口（32~39脚），数据从主控芯片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（21~28脚）作为锁存控制。当573的11脚为高电平和2~9脚为高电平时，573的12~19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、2~9脚为低电平时，573的12~19脚则就为低电平，从而灯灭，当11脚为低电平时，2~9脚不管高低电平，12~19脚的输出不变。主控芯片通过573+uln2803６来驱动控制既定的LED的亮灭。R1~R16是限流电阻。3）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ULN2803。3）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，由于高亮灯比雾状灯刺眼，所以选择雾状灯。4）制作、调试1制作：a.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，每个573的1脚和10脚接地，20脚接电源，11脚７为锁存控制，接单片机。每个573的2—9脚并联接入单片机，12—19脚分别接显示模块的LED阳极。如下图：图5573驱动模块b.主控电路主控电路是最简单的单片机电路电路，主要是最小系统，其中的主控芯片我们换成了内存更大，速度更快的加强版单片机STC12C5A60S2，如图所示：图6单片机主控电路８c.显示模块首先我们用一块比较大的万用板，在上面做了8*8个点的标志，间距为2mm然后把灯按统一形状掰好管脚。然后固定在在万用板上进行焊接。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，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7显示模块2调试：（1）光立方初步制作成型后，我们在写入测试程序，结果发现有一列灯不亮。由于我们是每一层LED共阴，每一列LED共阳接法，这样通过供电交叉实现既定的LED的点亮。经过检查发现，有一列LED的阳极插头没有接好。我们重新插紧插头后，问题解决，所有LED全亮。（2）所有模块调试好后，我们写入光立方显示程序，开机后，发现所有LED一直全亮，并没有按照程序运行动画。这个问题纠结了我们好长９时间，但最后发现我们所用的电源（USB电源）电流不够，后来我们换用四节电池组电源供电，光立方正常运行程序中的动画。（3）光立方正常运行动画后，我们发现第三层LED（从上往下）的亮度比其他的亮度高，并且在不该第三层LED亮的时候亮，导致动画显示重叠或者不完整。刚开始我们以为是驱动芯片的问题，就把8个573芯片挨个检查了一遍，发现芯片运行正常。后来我们检查了一下显示模块。发现在第三层中有一个LED的正极和负极短路，导致第三层始终有电。然后当芯片驱动该层灯亮时，这层灯的亮度会比其他的高。我们将正负极分开后，问题解决，亮度一致。至此，光立方可以正常并且正确的显示程序中设计的动画效果。五.结束语经过了一个多周的学习和工作，我们终于完成了作品。其中每走一步都是新的尝试与挑战，在这段时间里，我们学到了很多知识也有很多感受，开始了共同的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让头脑中模糊的概念逐渐清晰，使非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是学习的收获，每一次试验的成功都会让我们兴奋好一段时间，也从中认识到电子给我们生活带来的乐趣。通过这次制作,我们深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。同时也深刻的认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，完成一步之后再作下一步，这样才能更加有效。这次经历让我们更明确了团队合作的要领和精神，更明白了焊接技１０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，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。感谢中国电子DIY论坛（），给我们提供详细的制作方法的参考程序源代码。