51单片机控制的红外遥控光立方的设计与制作

龙源期刊网单片机控制的红外遥控光立方的设计与制作作者：吴特威来源：《世纪之星·交流版》2016年第05期一、引言现代信息化社会高速发展，大屏幕向消费类多媒体应用渗透。数字化的多媒体内容将在信息世界中占据主流，大屏幕显示设备将代替传统的显示设备成为中心。伴着电子行业的飞速发展，越来越多的电子爱好者，对于光立方产生了很浓厚的兴趣。有绝大部分的人把光立方研究作为一种职业，光立方的技术也在不断的成熟，不仅具有了学习价值同时也具备了商业价值。光立方最早在2009年10月1日天安门广场举行的国庆联欢晚会上面世，是一种基于LED发展基础上所衍生的产物。目前国内成功案例有很多效果也各有千秋，例如有显示图形图案的，有显示动态图案的，还有的具有音频AD效果等。一般都是主控采用STC12C5A60S2，驱动采用74HC573以及ULN2803达林顿管。光立方主要是引用了LED外发光技术，我国LED经过这几年的发展，主要在华东，华北，华南区域形成了一批具有一定规模的企业，LED在规模发展的同时，技术推陈出新，目前约20余家研究机构和企业在进行LED的研究和开发，但与国外的差距还是比较大的。主要原因是目前在投入资金、设备和人才均无法和国外相比，而且研究机构也相对的分散。但一些科研所如中国科学院物理所和长春光机与物理所、北京大学、石家庄十三所等单位也相继展开了这方面的研究，并取得了可喜的进步，不断缩减与国外的差距。1.设计的总体要求和方案选择本次设计制作一个8*8*8的光立方，能通过编写程序来实现对每个发光二极管的亮灭控制，从而可以显示多种多样的图案。同时在这个基础上加以创新，添加了红外遥控模式。借鉴单片机控制LED点阵显示的原理，通过系统分析，确定该系统具有哪些功能，哪些模块，各个模块之间是怎样连接的，以及怎样组合电路是最合理的，即硬件方案设计。编写硬件电路的相应软件程序部分，利用仿真软件对程序进行测试修改。电路系统焊接完毕后，测试整个系统模块的功能，看各个功能是否能正常运行，并依据测试结果找出错误加以调整至测试成功达到毕业设计要求。2.光立方设计的主要内容（1）初步整体方案的选择和论证搜索和光立方关的相关资料，参照目前通用的设计思想和设计方法拟定2套设计方案进行比较：第一套是以STC12C5A60S2为核心控制器件，以龙源期刊网为驱动芯片，LED选用512。第二是以C51为核心控制器件，以74HC573为驱动芯片，LED同样选用512。基于对C51的理解和节省成本的前提下，最终选定了第二套方案。（2）方案的实现。根据第二套设计方案通过protel99se设计相应的原理图。同时进行512LED的灯架焊接和最小系统的搭建。（3）软件的编写。根据硬件特点和设计要求，再通过对“邵士媛，徐维祥.C语言程序设计”和“郭天祥.新概念51单片机C语言教程”的查阅.软件选用C语言编程。程序按功能分静态，红外遥控等多个相对独立的模块，然后按照所划分的模块一一编程，最后整合起来。（4）验证与测试。测试分为硬件测试，软件测试和系统联合测试。硬件测试：测试LED塔架的焊接，有无漏焊，虚焊，阳极阴极有无焊错，74HC573芯片的测试等。软件测试：检验程序的对错。统联合测试：检测作品有无达到设计的要求。（5）总结。设计作品完成后对设计过程中所遇到的困难，经验教训进行总结分析。二、系统总体方案设计1.系统总体硬件选择3D显示屏核心控制器采用51单片机，单片机是集成了CPU、ROM、RAM和I/0口的微型计算机具有很强的接口性能，非常适合于工业控制，且品种齐全，型号多样CPU从8、16、32到64位，多采用RISC技术，片上I/O口丰富集成有A/D，PWM，显示驱动，函数发生器，键盘控制等。除此之外还具有低电压和低功耗的特点。电路电源直接采用5V电源、LED发光二极管选取单色蓝光LED作为本次设计显示色彩、I/O口扩展芯片选取带有有数据锁存功能的74HC573芯片。二、系统总体软件方案的选择编辑语言采用简洁灵活，兼容性高，编译简单，执行效率高，对于循环使用方便的C语言三、光立方的制作1.3DLED光立方工作原理利用单片机控制LED点阵显示的原理和控制技术，来控制光立方显示。通过编写程序控制不同的LED显示，显示所要显示的内容。2.3DLED光立方的搭建龙源期刊网（1）由点到线。准备一块洞洞板，一些排针做一个简易的磨具所示，将折弯好的LED分别插入一排插入以后，其阳极正好可以搭接在一起，进行焊接，实现共阳极的操做。（2）由线到面。将焊好的一条一条LED放在磨具上，实现共阴极的焊接。（3）由面到体。将垂直各面依次插到洞洞板上面，将露出的阳极引脚横向折90°，使其可以前后同一高度，最后稍微调整一下各个垂直面之间的间距，再通过漆包线实现各层的阴极相连。四、系统硬件的设计单片机最小系统，包括时钟电路和复位电路。红外遥控模块由红外发射和红外接收两部分组成，发射电路部分主要实现红外信号的编码产生以及发射，接收电路部分主要实现红外信号的接收、解码等。液晶显示屏采用串口HMI，直接调用模块。74HC573驱动模块和74LS573的管脚一样。器件的输入是和标准CMOS输出兼容的；加上拉电阻，它们能和LS/ALSSTTL输出兼容。五、系统软件的设计系统软件采用C语言编写，按照模块化的思路设计程序。首先分析程序所要实现的功能，程序要实现静态显示，动态显示等。通过按键控制程序选择不同的显示程序进行显示。主程序的工作流程图如图1所示：图1主程序工作流程图六、系统检测及结果分析硬件测试对照电路图和实际线路检查是否正确，包括错接、少接、多接等；用万用表检查焊接和接插是否良好：元器件之间是否存在短、二极管正负极有无弄反、电源地有无接错。将电源接入电路，用万用表电压档检测电源电压，观察有无异常现象。如冒烟、异常气味、元器件发烫等。软件测试在程序的编写中用keil编写，keil软件可以生成.HEX文件我们用到的下载软件是PROGISP这个软件，这个软件可以识别.HEX文件，只有.HEX文件可以写入单片机。在程序的编写过程中全是采用C语言编程。联合测试将所有焊接好的模块用杜邦线连接起来，载入程序观察是否可以达到预计的效果。七、结论龙源期刊网本次设计预期要求：LED显示屏各点亮度均匀，可显示图形或文字，而且显示图形或文字显示稳定、清晰无干扰。通过对单片机最小系统模块、红外遥控模块、液晶显示屏模块（HMI），74HC573驱动模块的添加，硬件件和软件的运行还算比较稳定，所呈现的动画与程序中预期的效果吻合，符合设计的要求然而本次设计还存在许多不足的地方和可以改进的部分例如：还可以在本设计的基础上增加音频等功能，还可以在串口HIM的页面设计上做的更好一点做到控制光立方每一个led的的亮灭，当然，要增加这些功能51单片机的IO口是不足的，所以要用到其它开发板如89S52。参考文献：[1]周灵彬，任开杰，张靖武.基于Proteus的电路与PCB设计.北京：电子工业出版社，2010.[2]邵士媛，徐维祥.C语言程序设计.第2版.化学工业出版社，2006.[3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程.电子工业出版社.[4]陈强.电子产品设计与制作.北京：电子工业出版社，2010.[5]关积珍.LED显示屏发展状况及趋势[J].世界电子元器件.[6]郑刚，李雨成。LED大屏幕显示系统[J].北方工业大学学报，2001.[7]李元生.LED光柱专用驱动器[J].家庭电子，2005.[8]文哲雄，用单片机控制LED显示屏[D].佛山：佛山科学技术学院，1995.[9]肖红斌.跟我学用单片机[M].北京航空航天大学出版社，2002.[10]张洪润，刘秀英，张亚凡.单片机应用设计200例（下）.北京：北京航空航天大学出版社，2006.作者简介：吴特威（1995-8-31），男，汉族，籍贯浙江乐清，信息技术系学生，专科，研究方向：电子信息技术。