光立方制作論文

1、西安科技大學光立方制作論文目錄一.摘要.1二.關鍵字.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驅動模塊原理.43）元器件選擇.64）制作、調試.61制作.6a.驅動電路.6b.主控模塊.7c.顯示模塊.72調試.9五.結束語.9一.摘要： 本設計作品采用8*8*8 的模式，硬件主要分為三個模塊：主控模塊、驅動模塊、顯示模塊。采用的主控芯片為STC12C5A60S2 芯片，驅動電路采用常用的74HC573數(shù)字芯片。本設計采用C語言編程，利用單片機控制LED的亮滅，采用延時控制LED亮滅時間，最終使得

2、整個立體呈現(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現(xiàn)畫面立體的顯示，實現(xiàn)動態(tài)的實時3D顯示效果，同時可以根據(jù)要求改變程序的數(shù)組部分就可實現(xiàn)畫面的自主定義。四.正文1）主要元件介紹：1.STC12C5A60S2STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉換(2

3、50K/S),針對電機控制，強干擾場合。1) 增強型8051 CPU，1T，單時鐘/機器周期，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）。3) 工作頻率范圍：0-35MHz，相當于普通8051的 0420MHz。4) 應用程序空間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 (也可通過寄存器設置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通過寄存器設置到P4.3)。7) A/D轉換, 10位精度ADC，共8路，轉換速度可達250K/S(每秒鐘25萬次)。8) 通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時器或PCA軟件實現(xiàn)多串口。9) STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標志的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過寄存器設置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通過寄存器設置到P4.3)。10) 工作溫度范圍：-40+8

5、5(工業(yè)級) / 075(商業(yè)級)2、74HC573 74HC573是八進制 3 態(tài)非反轉透明鎖存器。器件的輸入是和標準 CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。當鎖存使能端為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。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,可以多個芯片并聯(lián)輸出，當輸入的數(shù)據(jù)消失時,在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持3、ULN2803ULN2803是八重達林頓管，1至 8腳為8路輸入,18 到 11腳為8路輸出。驅動能力為 500MA 50V。應用時9腳接地,

6、10腳接負載電源V+,輸入的電平信號為0或5V。輸入0是輸出達林頓管截止,輸入為5V電平時，輸出達林頓飽和。輸出負載加在電源V+和輸出口上，當輸入為高電平時，輸出負載工作，該電路為反向輸出型，即輸入低電平電壓，輸出端才能導通工作。2）工作原理 有8層8*8點陣，再用8個引腳來當充當各層8*8點陣的“開關”（每層共陰）。再將64個燈陽極連到573的輸出引腳上，每個573控制8列LED。驅動采用了hc573暫存的方法，來分別把64個燈的亮滅信息存到上面，然后再一起輸出到燈上，573的64個輸出引腳控制前面所述每一個面的64個燈；而每層燈的陰極全連接在一起接入uln2803，由uln2803控制的每

7、一個層燈。通過單片機主控芯片STC12C5A60S2來控制所有燈的亮滅，從而控制P0、P1、P2實現(xiàn)控制X、Y、Z空間立體控制來顯示我們所需要顯示的現(xiàn)象。 圖1 8層面 圖2 64個燈孔整個設計主要分為三個模塊分別是主控模塊、驅動模塊、顯示模塊驅動模塊原理圖3 74HC573驅動 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口輸入經過uln2803從1118腳輸出，實現(xiàn)通過uln2803來驅動每一層。每個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573的11腳為高電平和29腳為高電平時，573的1219腳（3態(tài)鎖存輸出）為高電平，驅動一豎面的燈亮，當11腳為高低平、29腳為低電平時，573的1219腳則就為低電平，從而燈滅，當11腳為低電平時，29腳不管高低電平，1219腳的輸出不變。主控芯片通過573+uln2803來驅動控制既定的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，而且要求相對比較高，因此用 51 系列的增強型芯片 STC12C5A60S2，選擇的理由：1.無法解密，采用第六代加

9、密技術； 2.超強抗干擾；3.內部集成高可靠復位電路，外部復位可用可不用；4.速度快，比 8051 快 8-12 倍。 2）由于燈的個數(shù)比較多，因此所需要的電流相對也比較大，所以選擇ULN2803。 3）驅動部分使用了熟悉的74HC573，其優(yōu)點有 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,可以多個芯片并聯(lián)輸出；2.數(shù)據(jù)鎖存;當輸入的數(shù)據(jù)消失時,在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持；3.數(shù)據(jù)緩沖、加強驅動能力。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、調試1制作：a.驅動電路

10、 驅動電路由于線比較多電路比較復雜，所以我們有比較多的跳線，由八個74HC573組成的，每個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。每個573的29腳并聯(lián)接入單片機，1219腳分別接顯示模塊的LED陽極。如下圖：圖5 573驅動模塊b.主控電路 主控電路是最簡單的單片機電路電路，主要是最小系統(tǒng)，其中的主控芯片我們換成了內存更大，速度更快的加強版單片機STC12C5A60S2，如圖所示： 圖6 單片機主控電路c.顯示模塊 首先我們用一塊比較大的萬用板，在上面做了8*8個點的標志，間距為2mm然后把燈按統(tǒng)一形狀掰好管腳。然后固定在在萬用板上進行焊接。 把八個面做好以后就

11、是把八個面一層一層的疊起來，在這里要注意的是必須用尺子量好各個角度的高度，必須使每一個面在同一水平面上，如下圖所示：同樣的每次焊完以后都要去檢查測試每個燈是否會亮圖7 顯示模塊2調試：（1）光立方初步制作成型后，我們在寫入測試程序，結果發(fā)現(xiàn)有一列燈不亮。由于我們是每一層LED共陰，每一列LED共陽接法，這樣通過供電交叉實現(xiàn)既定的LED的點亮。經過檢查發(fā)現(xiàn)，有一列LED的陽極插頭沒有接好。我們重新插緊插頭后，問題解決，所有LED全亮。（2）所有模塊調試好后，我們寫入光立方顯示程序，開機后，發(fā)現(xiàn)所有LED一直全亮，并沒有按照程序運行動畫。這個問題糾結了我們好長時間，但最后發(fā)現(xiàn)我們所用的電源（USB

12、電源）電流不夠，后來我們換用四節(jié)電池組電源供電，光立方正常運行程序中的動畫。（3）光立方正常運行動畫后，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亮的時候亮，導致動畫顯示重疊或者不完整。剛開始我們以為是驅動芯片的問題，就把8個573芯片挨個檢查了一遍，發(fā)現(xiàn)芯片運行正常。后來我們檢查了一下顯示模塊。發(fā)現(xiàn)在第三層中有一個LED的正極和負極短路，導致第三層始終有電。然后當芯片驅動該層燈亮時，這層燈的亮度會比其他的高。我們將正負極分開后，問題解決，亮度一致。至此，光立方可以正常并且正確的顯示程序中設計的動畫效果。五.結束語經過了一個多周的學習和工作，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)，在這段時間里，我們學到了很多知識也有很多感受，開始了共同的學習和試驗，查看相關的資料和書籍，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，每一次改進都是學習的收獲，每一次試驗的成功都會讓我們興奮好一段時間，也從中認識到電子給我們生活帶來的樂趣。通過這次制作,我們深刻體會到要做好一個完整的事情，需要有系統(tǒng)的思維方式和方法，對待要解決的問題，要耐心、要善于運用已有的資源來充實自己。同時也深刻的認識到，在對