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11STC12C5A60S21274HC57323ULN280332）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9一摘要本设计作品采用888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1STC12C5A60S2STC12C5A60S2/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812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55V33V（5V单片机）。3工作频率范围035MHZ，相当于普通8051的0420MHZ。4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/P32,INT1/P33,T0/P34,T1/P35,RXD/P30,CCP0/P13也可通过寄存器设置到P42,CCP1/P14也可通过寄存器设置到P43。7A/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。9STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RXD2/P12可通过寄存器设置到P42，TXD2/P13可通过寄存器设置到P43。10工作温度范围4085工业级/075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（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500MA50V。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88点阵，再用8个引脚来当充当各层88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。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驱动图4原理图ULN2803的18脚接主控芯片的P1口（18脚），数据由主控芯片P2口输入经过ULN2803从1118脚输出，实现通过ULN2803来驱动每一层。每个573的29脚（数据输入）都连接在一起连接到主控芯片的P0口（3239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（2128脚）作为锁存控制。当573的11脚为高电平和29脚为高电平时，573的1219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、29脚为低电平时，573的1219脚则就为低电平，从而灯灭，当11脚为低电平时，29脚不管高低电平，1219脚的输出不变。主控芯片通过573ULN2803来驱动控制既定的LED的亮灭。R1R16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812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。4LED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脚为锁存控制，接单片机。每个573的29脚并联接入单片机，1219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C显示模块首先我们用一块比较大的万用板，在上面做了88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