基于单片机的光立方的设计毕业设计.doc

基于单片机的光立方的设计毕业设计目录第1章绪论11.1课题研究的目的意义11.2国内外研究现状11.3设计内容及章节安排11.3.1 设计主要内容21.3.2章节安排2第2章系统总体设计方案32.1光立方控制原理32.2系统的总体设计方案32.3主要元器件介绍3第3章系统硬件设计73.1单片机介绍73.2总控制电路设计93.2.1复位电路103.2.2晶振电路103.3供电系统及电源接口设计113.4USB转TTL电平设计123.5层控制电路设计123.6行列选择电路设计133.7PCB设计143.8光立方制作153.8.1弯折LED灯153.8.2制作底层支架153.8.3搭建光立方16第4章系统软件设计174.1软件编译流程174.2软件设计流程194.2显示程序设计214.2.1LED显示的数据传送214.2.2显示程序的设计21第5章系统分析与调试235.1硬件调试235.2软件调试235.3效果展示23第6章总结25参考文献26致谢27附录28附录A外文资料28附录B电路原理图37附录C 程序清单40II石家庄铁道大学四方学院毕业设计第1章绪论1.1课题研究的目的意义所谓“光立方”：就是在平面LED基础上发展起来的新的显示技术，通过复杂的程序控制，在三维空间能够显示具有立体感的图形、动画等。3D光立方是由LED灯组成，由于发光二级管质量比较稳定，使用寿命长，不用频繁地去更换，能减少成本，更节能。在网上可以看到用各种色彩的LED制作出来的各种热卖的光体形状，包括长方体、立方体、不规则形状等，形状和色彩多样，很漂亮。本次采用LED灯制作立方体，也即3D光立方。3D光立方作为一种特殊的显示资源，已用于一些广告行业、家庭、娱乐厅、会议室、大型演唱会、城市地标广场等场所的布置和装饰，还可以用于更广泛方面，具有广阔的应用前景。光立方的研究极具创意和启发，而且可以低成本、高效益的研究未来的3D技术。1.2国内外研究现状光立方在北京奥运会以及上海无线电展世博会都有相关应用。光立方在2009年国庆联欢晚会上面世，由四千多棵光艺高科技“发光树”组成。它以精美璀璨、千变万化、动感流畅的表演,成为当晚天安门广场的视觉核心。“光立方”是由4028棵“发光树”组成的方形“地面视频”区域。“光立方”可以根据爱国歌曲的不同内容，展示不同的造型和图案。吸引了众多人的眼球。2011年9月3日，在上海举办的中国无线电展上，CUBE8光立方被摆放在无线电杂志的展台上。同时“光立方”手电筒也在在上海世博会主题馆、中国馆得到使用。目前在国内外，人们越来越注重于节能灯的使用，而LED灯已经在欧洲以及德国众多地方的照明行业首屈一指，因此在这个大的背景下使用LED灯作为研究，更是顺应潮流。此外，3D光立方的研究还可应用于未来的3D手机、3D电视机等等屏幕的场合,其研究很有未来市场。1.3设计内容及章节安排本设计采用横向为8颗LED,纵向也为8颗，总共8层，组成8*8*8的光立方。硬件主要分为三个模块：控制模块、I/O扩展模块和驱动模块、显示模块等。主控芯片选用STC公司的52系列芯片，扩展和驱动电路主要采用74HC573芯片，显示模块为8*8*8的光立方。采用延时控制的方式，单片机由C51编写的控制程序控制LED的亮灭，使整个3D光立方动态展现多种造型和图案，产生绚丽多彩的显示效果。此外另外增加一个音频控制模块播报显示内容。1.3.1 设计主要内容(1)完成3D光立方总体设计方案。(2)完成控制模块的设计与制作。(3)完成驱动模块的设计与制作。(4)完成3D光立方显示部分的设计与制作。(5)音频模块设计。(6)完成光立方的系统调试。1.3.2章节安排第1章为绪论部分，简要介绍了3D光立方研究背景和意义、国内外的一些应用和现状以及主要内容的介绍等。第2章为为总体设计部分，主要说明了总体设计思路、光立方控制显示原理和系统的控制方案，主要元器件的介绍说明，各个模块的设计。第3章为硬件部分设计，包括单片机控制电路的设计、主要模块设计等。第4章为软件设计，包括软件设计流程图，软件设计程序等。第5章软硬件调试，包括后期软件调试，以及整体效果调试。第6章内容总结。第2章系统总体设计方案2.1光立方控制原理3D光立方其功能相当于三维显示器，只不过3D光立方是由LED灯组成的三维的立方体。光立方显示的原理简单的说就是用单片机控制512个LED灯，在不同时刻点亮要显示图案位置所在的灯，利用人眼余辉效应，可以看到比较完整的显示图案或动画了。其原理如下：光立方从下到上共8层，每一层64个LED的负极接到一起，第一层64个正极单独引出，第二层的每个正极分别接到它对应第一层正极，第三层的正极接第二层的正极。就是竖着看是8个接到一个正极上。连在一起的是阴极，这样焊接起来。光立方引出8 个层引出线加上64个正极引出线，因此只需对这72根引出线控制即可1。2.2系统的总体设计方案本设计采用层整体控制的思路，每层只引出一个引脚。那只要将64个灯阳极或阴极连在一起，在连到这个引脚上即可。采用HC573暂存的方法，来分别把64个灯的亮灭信息存到这个上面，然后再一起输出到灯上，这样通过查询相应芯片的型号可以确定基本电路。系统框图如图2-1所示。开关按钮控制器单片机驱动电路LED显示图2-1光立方显示控制结构框图如上图2-1所示，系统的整体设计框图包括控制模块，即核心的单片机、驱动模块、电源模块、接口模块以及光立方显示模块。2.3主要元器件介绍(1)STC89C52RC单片机STC89C52RC单片机各个引脚功能不同，P0、P1、P2和P3口在常规状态下是双向I/O口，其余的并且有的引脚有双功能。这里只对第二功能说明。而P1和P3口都有第二功能，如表2-1所示2。表2-1P1和P3口的第二功能引脚号第二功能P1.0T2(定时/计数器2外部计数脉冲输入),时钟输出P1.1T2EX(定时/计数器2捕获/重装触发和方向控制)P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0()外中断0P3.3INT1()外中断1P3.4T0(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）(2)74HC573锁存器图2-374HC573引脚图如图2-3所示为74HC573 锁存器的引脚分布图，可用于列控制。OE的专业术语为三态允许控制端（低电平有效），通常叫作输出使能端。1D8D 为数据输入端；1Q8Q为数据输出端；LE为锁存允许端，或叫锁存控制端。真值表用来表示数字电路或者数字芯片工作状态的直观特性3。表2-274HC573的功能表输入输出输出使能锁存使能DQLHHHLHLLLLX不变HXXZ如表2-2所示，真值表中字母的含义即H-高电平、L-低电平、X-任意电平、Z-高阻态。也就是既不是高电平也不是低电平，而它的电平状态由与它相连接的其他电气状态决定；Q0-上次的电平状态。(3)ULN2803达林顿管ULN2803是集成达林顿管IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压为50V,电流为500mA,输入电压为5V,适用于TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。 图2-5ULN2803引脚图表2-3ULN2803参数表额定值符号值单位输出电压V50V输入电压V30V集成极电流-连续I500Ma基极电流-连续I25Ma工作环境温度范围T0至7C保存温度范围T-55至+150C结温T125C(4)PL2303PL2303是一种高度集成的RS232-USB接口转换器，该器件作为USB/RS232双向转换器，一方面从主机接收USB数据并将其转换为RS232信息流格式发送给外设；另一方面从RS232外设接收数据转换为USB数据格式传送回主机。其各引脚的定义如图2-6所示：图2-6PL2303引脚图(5)78M05稳压芯片由于单片机供电需使用5V的电压，而供给的电源高于5V，因此需要稳压芯片78M05电路可以输入一个直流稳压电源，他的输出电压恰好为5V，刚好是51系列单片机运行所需的电压将高电压转换为单片机可以使用的电压。共有三个引脚一个输入，一个输出还有一个是地，其引脚如图2-7所示。图2-778M05稳压芯片引脚图第3章系统硬件设计3.1单片机介绍STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。STC89C52系列单片机主要特性如下：(1)增强型8051单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051。(2)工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）(3)工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的080MHz，实际工作 频率可达48MHz。(4)用户应用程序空间为8K字节。(5)片上集成512字节RAM。(6)通用I/O 口（32 个），复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。(7)共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2。STC89C52芯片引脚如图3-1所示。图3-1STC89C52引脚图 P0端口(P0.0P0.7P0.7,3932引脚)：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0每个引脚驱动写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线，此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻4。P1端口(P1.0P1.7，18引脚)：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动(吸收或者输出电流方式)4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部输入(P1.0/T2)和定时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)，具体参见表3-1。表3-1P1.0和P1.1口引脚复用功能引脚号功能特性P1.0T2(定时器/计数器2外部计数输入)，时钟输出P1.1T2 EX(定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制)P2端口(P2.0P2.7，2128引脚)：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器(如执行“MOVX DPTR”指令)时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行“MOVX R1”指令)时，P2口引脚上的内容(就是专用寄存器SFR区中的P2寄存器的内容)，在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如表3-2所示。表3-2P3口引脚复用功能引脚号复用功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INT0(外部中断0)P3.3T0(定时器0的外部输入)P3.4T1(定时器1的外部输入)P3.5WR(外部数据存储器写选通)P3.6RD(外部数据存储器读选通)P3端口(P3.0P3.7，1017引脚)：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/ROG(30引脚）：地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。 (29引脚)：外部程序存储器选通信号()是外部程序存储器选通信号，低电平有效。 /VPP(31引脚)：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。注意加密方式1时，将内部锁定位。XTAL1(19引脚)：输入到单片机内部振荡器的反响放大器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片微机，此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作驱动端。XTAL2(18引脚)：反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。当采用外部振荡器时，XTAL2接收振荡器信号，对CHMOS单片机，此引脚应悬浮。3.2总控制电路设计 图3-2总控制电路原理图图3-2为总控制电路的电路图。总控制电路主要由电源电路、复位电路和晶振电路组成。单片机STC89C52加电时，需要进行复位操作，复位后STC89C52的工作环境配置成初始状态，并从程序的开始进行运行。RST引脚接复位电路，本系统采用11.0592MHz的外部晶振电路5。3.2.1复位电路单片机通常有上电复位和按键复位两种复位方法。本系统复位电路采用按键复位，模拟已经通电并充电完成，然而此时按下按键，电容被短路，那么电容放电电流的流向是从正极到负极放电，这是单片机的复位脚就是高电平，单片机复位6。RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用频率为12MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过2s才能完成复位操作。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。复位电路原理如图3-3所示。图3-3复位电路原理图3.2.2晶振电路每个单片机系统里都有晶振，全称叫晶体震荡器，在单片机系统中，晶振的作用非常大，它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快6。本次设计晶振部分主要元器件包括2个22pF电容和1个11.0592MHz晶振组成。XTAL0和XTAL1分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可有内部或外部生成，在XTAL0和XTAL1引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。电容的大小起频率微测的作用。晶振电路原理图如图3-4所示 图3-4复位电路原理图3.3供电系统及电源接口设计系统分为两种供电方式，一种即最小系统板供电，它给单片机单独供电，而外围器件供电主要是，提供达林顿管层选时以及74HC573位选时的供电等，而电源接口采用适配器供电，系统供电原理如图3-5所示。图3-5系统供电原理图三端稳压集成电路LM7805，是稳压用的集成电路。只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。在固定式三端稳压器LM7805的 Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。3.4USB转TTL电平设计USB转TTL电平设计主要目的是通过PL2303芯片将USB数据转换为单片机可用的串口数据。PL2303是一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个RS232全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利联接的解决方案，该器件内置USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只需外接几只电容就可以实现USB信号与RS232信号的转换，能够方便嵌入到各种设备，以供下载程序时使用。USB转TTL原理如图3-6所示。图3-6USB转TTL原理图3.5层控制电路设计系统对于光立方的层控制采用达林顿管来实现选择哪一层。这个电路设计较为简单，只要控制其中要显示的层引脚就能选通相应的层7。ULN2803为八重达林顿晶体管阵列用于层控制,如图2-5所示引脚1，2，3，4，5，6，7，8为输入，对应的脚 18，17，16，15，14，13，12，11为输出。10脚为8路输出的续流二极管公共端。输入电压 5V，TTL和5V的CMOS电路可直接驱动。输出500MA，50V。因为输出是集电极开路，所以输出接负载，负载的另一端得接正电源。应用是9脚接地。当输入为0时，输出达林顿管截止，负载无电流。输入为高电平时，输出达林顿管饱和，负载就有电流流入输出口。10脚在驱动感性负载时用的，驱动感性负载时10脚接负载电源+。UNL2803层控制器原理如图3-7所示。图3-7ULN层控制器原理图ULN是集成达林顿管IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机P3驱动ULN2803时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源8。3.6行列选择电路设计系统采用8个74HC573实现行列的控制，采用了HC573暂存的方法，来分别把64个灯的亮灭信息存到这个上面，然后再一起输出到灯上，这样我们通过查询相应芯片的型号可以确定基本电路。而本次设计是采用P0口为使能控制，选择哪一个74HC573通，而P2口送灯的亮灭信息到74HC573中锁存起来9。 74HC573的八个锁存器都是透明的D 型锁存器，当使能（G）为高时，Q 输出将随数据（D）输入而变。当使能为低时，输出将锁存在已建立的数据电平上。输出控制不影响锁存器的内部工作，即老数据可以保持，甚至当输出被关闭时，新的数据也可以置入。这种电路可以驱动大电容或低阻抗负载，可以直接与系统总线接口并驱动总线，而不需要外接口。特别适用于缓冲寄存器，I/O 通道，双向总线驱动器和工作寄存器10。当OE为高电平时，无论LE与D端为何种电平状态，其输出都为高阻态。很明显，此时该芯片处于不可控制状态。而我们将74HC573接入电路是必须要控制它的，由此在设计电路时就必须将OE接低电平。当OE为低电平时，LE为H时，D与Q同时为H或L；而当LE为L时，无论D保持何种电平状态，Q 都保持上一次的数据状态。也就是说，当LE为高电平时，Q端数据紧随D端数据而变化；当LE为低电平时Q端数据保持LE端变化为低电平之前Q端的数据状态。在开发板上，LE端与单片机的引脚相连，再将锁存器的输入端与单片机的的某组I/O口相连，便可通过控制锁存器的锁存端与锁存器的数据输入端的数据来改变锁存器的数据输出端的数据状态。74HC573行列控制原理如图3-8所示。图3-8行列控制原理路3.7PCB设计在画PCB电路板时，要兼顾到布局要求，布局原则，布局顺序，以及一些常用的布局方法等。(1) 元器件布局要求：保证电路功能和性能指标；满足工艺性、检测、维修等方面的要求；元器件排列整齐、疏密得当，兼顾美观性。(2)元器件布局原则：排列方位尽可能与原理图一致，布线方向最好与电路图走线方向一致；PCB四周留有5-10mm空隙不布器件；布局的元器件应有利于发热元器件散热；高频时，要考虑元器件之间的分布参数，一般电路应尽可能使元器件平行排列；高、低压之间要隔离，隔离距离与承受的耐压有关。对于单面PCB，每个元器件引脚独占用一个焊盘，且元器件不可上下交叉，相邻两元器件之间要保持一定间距，不得过小或碰接。(3)元器件布局顺序：先放置占用面积较大的元器件；先集成后分立；先主后次，多块集成电路时先放置主电路。(4)常用元器件的布局方法：可调元件应放在印制板上便于调节的地方；质量超过15g的元器件应当用支架，大功率器件最好装在整机的机箱底板上，热敏元件应远离发热元件；对于管状元器件一般采用平放，对于集成电路要确定定位槽放置的方位是否正确。综合考虑本次设计PCB图见附录。3.8光立方制作3.8.1弯折LED灯本次3D光立方采用高亮蓝色灯，制作步骤如下所示：(1)水平折弯LED灯。基本徒手可以完成，为了焊接的整齐性，要保证角度的统一。如图3-9所示。(2)垂直折弯：可借助尖嘴钳，目的是让阴极摆出发光体一部，使其可以与其上下的LED进行搭接。图3-9LED弯折图3.8.2制作底层支架为了在光立方焊接时稳固一点，所以首先制作底板支撑光架，底板采用泡沫板，首先自己画一个8*8的直径为5mm的圆的布局图，圆用黑色实心表示，打印出来并平贴在泡沫板上面，然后把黑色圆实心挖去，剩下的图以备用。泡沫板如图3-10所示。图3-10泡沫板3.8.3搭建光立方搭建光立方是按照先一排，再一层都焊接好，最后到体。但是在每一层焊好后，要对LED灯测试，因为焊接的时候，烙铁温度高容易损坏LED灯。并且层与层之间的连接也要测试灯的好坏。到最后全部测试一次。最终焊接的图如图3-11所示。图3-11光立方体图第4章系统软件设计4.1软件编译流程本设计的软件调试与编译是在Keil uVision2的环境下进行的，Keil uVision2可以对C语言进行编程，首先在Keil uVision2环境下先新建一个工程New Project，在下拉菜单中选择Atmel中的At89c52(AT89C52与STC89C52RC头文件兼容) 11。新建工程如图4-1所示。图4-1新建工程在新建的File对话框中输入程序，保存在新建的Project中，格式为.c文件。并添加到Group中。保存文件如图4-2所示。图4-2保存文件接下来编译写好的程序，编译没有错误有如4-3所示图4-3编译没有错误接下来就是生成Hex文件，在Output中在Creat HEX选项前打上对号，点击OK按钮，然后在进行一次编译即可生成HEX文件12。生成HEX文件如图4-4所示。图4-4生成hex文件生成HEX文件后，把之前编译好的.c文件保存到source group 1中。添加.c文件如下图4-5所示。图4-5添加.c文件在编译完生成hex文件后，运行STC_ISP_V479软件，将此程序烧录到开发板上，首先设置打开的软件，MCU Type 选择STC89C52RC，然后再打开之前生成的hex文件，根据电脑设备管理器中选择的端口，对应选择需要的COMS通道，最后就要进行下载了。等提示请给MCU上电时，打开开发板上的开关，程序便自动进行烧录了13。烧录程序对话框如图4-6所示。图4-6烧录程序对话框程序下载到单片机中之后，就要进行整体设计的演示了，把开发板与电源连上供电，当开关按键按下时，电源灯亮，看是否与原本设计的相同。4.2软件设计流程程序开始首先必须对单片机进行初始化设置，其中初始化设置的内容包括：中断优先级的设定，中断初始化，定时器初始化，串行同学时通信方式的选择和波特率的设定，各IO口功能的设定等。把各自程序写为一个可单独执行的完整子程序段。各自程序编译没有错误后再下载到单片机进行仿真验证，这两项都通过后再将所有的程序整合到一起，形成一个完整的程序再进行编译和仿真验证。开始否是系统初始化整体扫描与控制判断是否显示光立方动画播放根据设定的光立方动画进行循环播放系统软件采用Keil C语言编写，按照模块化的设计思路设计程序。首先分析程序所需要实现的功能，程序要实现可静态显示、动态显示、三维立体显示。通过软件写入的程序播放动画进行显示。如图4-7所示为主程序的流程图。图4-7主程序流程图4.3显示程序设计4.3.1LED显示的数据传送动态扫描显示是把整个3D光立方分成若干部分，每一幅画面显示过程是显示完一部分后，又显示第二部分。直到显示完最后一部分又重新开始显示第一部分，重复循环进行。在重复扫描速度足够快的情况下，就看到一副稳定的静态画面。也就是说采用动态扫描显示需要不断进行画面的刷新。4.3.2显示程序的设计否开始程序初始化选通列，送锁存输出送下一列数据，选通信号左移左移次数8显示完成后返回LED显示一列动态显示程序流程图见4-8。 图4-8LED显示子程序流程图动态扫描分为行扫描和列扫描，两张方式区别在于选通端和数据输入端分别是行还是列。先选通列然后再从行送入对应列的数据，这样从第1列到第8列循环往复，只要切换的速度足够快，利用人眼的延时特性就可以看见一副稳定的画面。显示采用的是扫描显示方式，选通一列后按照列对应的数据表的数据第i列对应的列数据为数组的第i和第i+7个元素。将对应数据由低至高位一次从控制端口输出显示。向右逻辑位移所得结果通过单片机端口输出到锁存器，通过片选需要显示对应的锁存器再输出显示。如此依次循环选通各列来显示所需画面。把显示的数据送到P0口，相应的锁存器接收数据，再把片选锁存器的数据送到端口，相应锁存器接收数据并锁存输出显示，接着把下一组数据送到P0口，改变片选锁存器的数据，送到相应锁存器输出显示，直到把所有的数据局输出传送完毕后，显示完成后，退出显示程序，等待指令。第5章系统分析与调试5.1硬件调试硬件调试即当搭建好电路板之后，要对整个电路测试，要用万用表检测电路正负极是否短路，焊点是否虚焊等问题。等到检查没问题之后再上电检测。5.2软件调试本次软件设计以keilVision4软件为平台进行程序编译的，作为一种结构化的程序设计语言，C语言的特点就是可以尽量少地对硬件进行操作，具有很强的功能性、结构性和可移植行，常常被优选作为单片机系统的编程语言。采用C语言设计单片机应用系统程序时，首先要尽可能地采用结构化的程序设计方法，将功能模块化，由不同的模块完成不同的功能，这样可使整个应用系统程序结构清晰，易于调试和维护。不同的功能模块分别指定相应的入口参数和出口参数，对于一些要重复调用的程序一般把其编成函数，这样可以减少程序代码的长度，又便于整个程序的管理，还可以增强可读性和移植性。C语言具有很强的功能性和结构性，可以缩短单片机控制系统的开发周期，而且易于调试和维护，所以本设计选取C语言作为编辑语言。5.3效果展示下面是几种不同图案显示的效果，如图5-1、图5-2所示。图5-1显示效果图图5-2显示效果图第6章总结这次毕业设计，我选择的是光立方设计。达到了预期要求：LED显示灯各点亮度均匀，充足，可显示图形和简单的文字，而且显示图形和蚊子显示稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。本次毕业设计不仅是对我的一种锻炼，也是对我大学所学只是的综合检查。从开始设计到设计的完成，我感觉收获很多，不仅在理论上有了很大的升华，并且还在实践中锻炼了自己，使自己成长了许多。本文首先对整体系统的工作原理和实现方法惊喜了简单的介绍，给出了系统工作的整体框图。在此基础上，介绍了系统设计用到的各个模块的功能特性，兵进行了方案比较，选择出了最优越的方案。在理论基础上对整个系统有一定了解的情况下，进行了系统模块的电路设计，充分利用各方面的资料，发挥我所学的特长。整个系统的开发过程的曲折，首先在硬件设计上，由于以前所学课程有一定的基础，我多方查阅资料，不断地向孙老师请教，以确保设计的电路系统完整，并实现最完美的系统功能。经过测试与修改，与指导老师最终完善了硬件电路的设计，并能够比较离乡的完成本次设计功能。总体来说这次的毕业设计很成功，达到了预期的设计要求。不仅学到了许多课本上学不到的知识，提高了自己的动手能力，丰富了创新和创造的思维。希望有时间可以对程序和电路图作更进一步的改进，譬如实显示图案的上下移动，对角线移动，三色显示等。本系统经过了设计阶段、开发实现阶段以及最后的应用测试阶段，所有功能均已基本实现。由于我在理论和实践方面存在一定的不足，所有在设计思路和实现功能上难免有不足之处，请各位老师多多批评指正。参考文献1 白明. 国庆60周年联欢晚会“光立方”的设计与实施J. 演艺设备与科技，2009 (6):21-23 2 何丽欧. 奥运五环彩灯旋转闪烁控制电路的设计制作J. 科技信息,2012(24):349-3503 Stephan Zwahlen. Constant innovations demanded by PCB tools: Industial Diamond ReviewJ , 2004(16): 34-35.4 陈美銮等. 基于线阵LED的动态显示系统J. 广东工业大学学报,2008.25(1):54-575 黄辉. 基于单片机的智能LED灯照明系统J. 电子设计工程,2011.19(18):154-1566 王洪伟，安娜. 空中飞字LED灯设计与制作J. 中国新技术新产品,2008(3):105-1067 沈新创，钱平. 基于视觉暂留原理的旋转式线阵LED显示屏开发 J . 上海应 用技术学院学报(自然科 学 版),2007.7(2)：150-153 8 胡阳.基于视觉暂留的动态扫描LED旋转屏J. 现代电子技术,2012.35(5):186-1889 汪贵平等. 新编单片机原理及应用M. 北京：机械工业出版社,2009.910 秦志强. C51单片机应用与 C语言程序设计 M . 北京:电子工业出版社,200711 孔维功.C51单片机编程与应用M.北京：电子工业出版社,201112 祈伟. 杨亭.单片机C51程序设计教程与实验M. 北京：北京航空航天大学出版社,200613 Shirley PA. An introduction to ultrasonic sensingJ. Sensors, 1989(2): 253-290致谢在论文即将完成之际，我首先向关心、帮助、指导我的老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意。在这四年的大学学习生涯中，我的人生步伐一直向前，在学习上和思想上，以及动手能力上都受益匪浅，除了自身的努力与各位老师的辛勤帮助、热心鼓舞、积极开导是分不开的。谨向各位老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！本课题在选题以及设计过程中一直得到老师的悉心指导。老师曾多次为我指点迷津，帮助我开拓设计思路，精心颠簸、热忱鼓励。老师以其渊博的学识、严禁的治学态度、办事的工作作风和她敏捷的思维，饱满的工作热情以及对我的耐心指导和严格要求给我留下了深刻的印象，使我在理论和实际应用两方面的能力都得到了很大的提高。孙老师治学严谨，待人诚恳，她高层建瓴的学术眼光，对事业孜孜不倦地追求和勤奋不辍的精神使我终生受益，是我终生学习的榜样，在此想恩师致以最诚挚的谢意。在此，我还有感谢在一起设计讨论的同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，直至本设计的顺利完成。感谢你们给予我的帮助并且对于我提出的难题都给予热心、耐心的解答，使我受益颇深。最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、批评的老师们表示感谢。附录附录A外文资料Introduction to MCUMCUintroducedMCU,alsoknownassingle-chipmicrocontroller,itisnotcompleteacertainlogicchi-ps,buttoacomputersystemintegratedintoachip.Equivalenttoamicro-computer,andco-mputerthanjustthelackofamicrocontrollerI/Odevices.Generaltalk:achipbecomesacomputer.Itssmallsize,lightweight,cheap,forthestudy,applicationanddevelopmentoffacilitiesprovided.Atthesametime,learningtousetheMCUistounderstandtheprincipl-eandstructureofthecomputerthebestchoice.MCUandthecomputeruseisalsosimilartothemodule,suchasCPU,memory,paral-lelbus,aswellastheroleandthesameharddiskmemory,isitdifferentfromtheperforma-nceofthesecomponentsarerelativelyweakinourhomecomputeralot,butthepriceislo-w,thereisgenerallynomorethan10yuan.canuseittomakesomecontrolforaclassofelectricalworkisnotverycomplexissufficient.Weareusingautomaticdrumwashingmachines,smokehood,VCDandsooninsidethehomeappliancescanseeitsshadow!.Itismainlyaspartofthecorecomponentofthecontrol.Itisanonlinereal-timecontrolc-omputer,control-lineisthatthesceneisneededisastrongeranti-jammingability,lowcost,andthisis,andoff-linecomputer(suchashomePC),themaindifference.Bysingle-chipprocess,andcanbeamended.Anotverycomplexfunctionsifthe50swiththeUnitedStat-esdeveloped74series,orthe60sCD4000seriesofthesepurehardwarebuttoned,thenthecircuitmustbealargePCBboard!ButiftheUnitedStatesifthe70swithaseriesofsuccessfulSCMmarket,theresultwillbeadrasticchange!Justbecauseyouarepreparedbym-icrocomputerprogramscanachievehighintelligence,highefficiencyandhighreliability!MCUandthecomputeruseisalsosimilartothemodule,suchasCPU,memory,paral-lelbus,aswellastheroleandthesameharddiskmemory,isitdifferentfromtheperforma-nceofthesecomponentsarerelativelyweakinourhomecomputeralot,butthepriceislo-w,thereisgenerallynomorethan10yuan.canuseittomakesomecontrolforaclassofelectricalworkisnotverycomplexissufficient.Weareusingautomaticdrumwashingmachines,smokehood,VCDandsooninsidethehomeappliancescanseeitsshadow!.Itismainlyaspartofthecorecomponentofthecontrol.Itisanonlinereal-timecontrolc-omputer,control-lineisthatthesceneisneededisastrongeranti-jammingability,lowcost,andthisis,andoff-linecomputer(suchashomePC),themaindifference.MCUhistorySingle-chip70wasborninthelate20thcentury,experiencedaSCM,MCU,SOCthre-estages.(1)SCMthesinglechipmicrocomputer(SingleChipMicrocomputer)stage,mainlyse-ekingthebe-stofthebestsingleformofembeddedsystemsarchitecture.Innovationmod-elsuccess,layingt-heSCMandgeneralcomputercompletelydifferentpathofdevelopm-ent.Intheopenroadofindependentdevelopmentofembeddedsystems,IntelCorporationcontributed.(2)MCUthemicro-controller(MicroControllerUnit)stage,themaindirectionoftech-nologydeve-lopment:expandingtomeettheembeddedapplications,thetargetsystem requirementsforthe variousperipheralcircuitsandinterfacecircuits,highlighttheobjectofintelligentcontrol.Itinvolves theareasassociatedwiththeobjectsystem,therefore,the developmentofMCUsresponsibilityinevitablyfallsonelectrical,electronicsmanufacture-rs.Fromthispointofview,Intelfaded MCU development has its objective factors. In the development