第十届电子设计竞赛作品设计说明书.doc

“第十届”电子设计大赛作品名称: 灯立方 团队成员： 曾磊、任颖 、兰莉萍 指导教师: 李涛 2014年 5 月 20 日 摘 要： 光立方顾名思义就是一个立方体，我们采用的是8*8*8的模式，大概的距离是14cm*14cm*20cm（长.宽.高），主要分为三个模块：主控模块 驱动模块 显示模块；我们所做的光立方驱动电路，主控电路等都是纯手工焊接。采用的主控芯片60K STC12C5A60S2芯片，驱动电路是采用我们常用的74HC573数字芯片。关键词：光立方 74HC573 STC12C5A60S2 ULN2803Abstract: Light Cube as the name suggests is a cube, we used the 8*8*8 model,The distance is about 14cm*14cm*20cm (long. Wide. High), consists of three modules: the module and display module to drive the main control module; Light Cube we do drive circuit, main control circuit is pure manual welding. The main control chip 60K and STC12C5A60S2 chip, the drive circuit is used by our 74HC573 digital chip.Keywords：Light Cube 74HC573 STC12C5A60S2 ULN2803 一、方案论证与比较方案一：STC-IAP15f2k60s2采用单片机STC-IAP15f2k60s2为核心，此单片机是STC生产的单时钟/机器周期(IT)的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，采用第八代加密技术，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟，1%温飘，常温下温飘5%。，5MHz35MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路(内部已集成高可靠复位电路，8级可选复位门槛电压)。3路CCP/PWM/PCA(可实现3个定时器或3个D/A转换器); 8路高速10位A/D转换器(30万次/秒)，内置2K字节大容量SPAM，两组高速异步串行通信端口(UART1/UART2，可在五组管脚之间进行切换，分时复用可作5组串口使用)，1组高速同步串行通信端口SPI，针对多串行口通信/电机控制/强干扰场合。综合考虑采用 STC-IAP15f2k60s2为核心，此单片机是在MCS8051基础上的进一步加强，是一种多综合版块。并且此单片机有以下几大优点：1、对于此超强的抗干扰性和加密性2、采用STC第八代加密技术3、不需要外部晶振和复位电路的单片机4、可省掉外部EEPROM,利用IAP技术5、ISP/IAP，在线编程，无需编程器/仿真器 6、大容量2K字节SPROM7、高速10位A/D转换器，8通道8、低功耗，低价格方案二：SN74HC573AN74HC573是高性能硅门CMOS器件SN74HC573跟LS/AL573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,他们能和LS/ALSTTL输出兼容。当锁存使能端LE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。 图1.1、SN74HC573管脚图 表1.1、SN74HC573功能表二、系统设计 一.电路设计 主要分为三个模块分别是主控模块 驱动模块 显示模块1、 主控模块主控芯片是STC12C5A60S2芯片。STC12C5A60S2是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC12C5A60S2为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/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。图2.1、STC12C5A60S2管脚图图2.2、主控电路图2、驱动电路常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78系列和负电压输出的79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管TO-220的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。图2.3、驱动电路图3、显示电路所有的灯的负端都是接在一起的，下面的每一组都是控制光立方的一个面，控制的是光立方的竖起来的面，而横着的面由图中的U10控制图2.4、显示电路二、元件的选择1、由于光立方的程序量比较大，而且要求相对比较高，因此经过考虑之后我们决定用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，ULN2803是八重达林顿，1 至 8脚为8路输入，18 到 11脚为8路输出。驱动能力 500MA 50V。应用时9脚接地，要是驱动感性负载，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。3、在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; 加强驱动能力三、软件设计控制一个数据函数图3.1控制8个数据函数图3.2四、系统测试1、测试仪器序号类型型号序号类型型号1万用表42电感表53学生电源 五、结论光立方的出现并不是偶然，而是社会发展的必然性，我们不能只活在过去式的生活里，科技的进步引领这时代的潮流，人们对科技产品的兴趣越来越浓厚，主要是其七彩颜色的变换，让人感觉处在一个神奇的王国当中，因为光立方通过LED灯的七彩颜色变换变的非常的美丽，其立体式的结构使得其渲染效果非常明显。光立方的出现具有划时代的意义，对于人们以后的生活方式有了很大的提高。此次光立方的设计使用的是单片机控制，降低了成本。通过程序的编写使之能达到我们的要求，就像人的大脑，表达出人的思想。多彩多色的LED展现出的画面就是它们的语言，就科技性非常的高。创新能力不只是结构的变化，更在于我们是如何控制去展现它们。附录一、总体设计图附录二、相关设计程序（部分程序参考）#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar display88;/声明一8*8显示矩阵/*rank显示有关符号:A,1,2,3,4,I,心,U*/uchar code table_cha88=0x51,0x51,0x51,0x4a,0x4a,0x4a,0x44,0x44,0x18,0x1c,0x18,0x18,0x18,0x18,0x18,0x3c,0x3c,0x66,0x66,0x30,0x18,0xc,0x6,0xf6,0x3c,0x66,0x60,0x38,0x60,0x60,0x66,0x3c,0x30,0x38,0x3c,0x3e,0x36,0x7e,0x30,0x30,0x3c,0x3c,0x18,0x18,0x18,0x18,0x3c,0x3c,0x66,0xff,0xff,0xff,0x7e,0x3c,0x18,0x18,0x66,0x66,0x66,0x66,0x66,0x66,0x7e,0x3c;/*显示有关符号the ideasoft*/uchar code table_id40=0x81,0xff,0x81,0x00,0xff,0x81,0x81,0x7e,0x00,0xff,0x89,0x89,0x00,0xf8,0x27,0x27,0xf8,0x00,0x8f,0x89,0x89,0xf9,0x00,0xff,0x81,0x81,0xff,0x00,0xff,0x09,0x09,0x09,0x01,0x0,0x01,0x01,0xff,0x01,0x01,0x00;/*雨点效果railway*/uchar code dat128=0x0,0x20,0x40,0x60,0x80,0xa0,0xc0,0xe0,0xe4,0xe8,0xec,0xf0,0xf4,0xf8,0xfc,0xdc,0xbc,0x9c,0x7c,0x5c,0x3c,0x1c,0x18,0x14,0x10,0xc,0x8,0x4,0x25,0x45,0x65,0x85,0xa5,0xc5,0xc9,0xcd,0xd1,0xd5,0xd9,0xb9,0x99,0x79,0x59,0x39,0x35,0x31,0x2d,0x29,0x4a,0x6a,0x8a,0xaa,0xae,0xb2,0xb6,0x96,0x76,0x56,0x52,0x4e,0x6f,0x8f,0x93,0x73,0x6f,0x8f,0x93,0x73,0x4a,0x6a,0x8a,0xaa,0xae,0xb2,0xb6,0x96,0x76,0x56,0x52,0x4e,0x25,0x45,0x65,0x85,0xa5,0xc5,0xc9,0xcd,0xd1,0xd5,0xd9,0xb9,0x99,0x79,0x59,0x39,0x35,0x31,0x2d,0x29,0x0,0x20,0x40,0x60,0x80,0xa0,0xc0,0xe0,0xe4,0xe8,0xec,0xf0,0xf4,0xf8,0xfc,0xdc,0xbc,0x9c,0x7c,0x5c,0x3c,0x1c,0x18,0x14,0x10,0xc,0x8,0x4;/*雨点效果railway 2*/uchar code dat228=0x0,0x20,0x40,0x60,0x80,0xa0,0xc0,0xe0,0xe4,0xe8,0xec,0xf0,0xf4,0xf8,0xfc,0xdc,0xbc,0x9c,0x7c,0x5c,0x3c,0x1c,0x18,0x14,0x10,0xc,0x8,0x4;/*雨点效果railway 3*/uchar code dat324=0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x16,0x26,0x36,0x46,0x56,0x66,0x65,0x64,0x63,0x62,0x61,0x60,0x50,0x40,0x30,0x20,0x10;/*3p char*/uchar code table_3p38=0xff,0x89,0xf5,0x93,0x93,0xf5,0x89,0xff,0x0e,0x1f,0x3f,0x7e,0x7e,0x3f,0x1f,0x0e,0x18,0x3c,0x7e,0xff,0x18,0x18,0x18,0x18;/*initializtion初始化That is to initialize the program .It is write to set the timer in c52 mcu.So the program can renovate the led_3d_cube in fixed time use the interrupt function.*/void sinter() IE=0x82;/开T0中断 TCON=0x01;/置外中断0为边沿触发 TH0=0xc0;/设置定时器T0工作在方式0(默认初始值),计数初值6144,定时时间=(8192-6144)*机器周期=2048*0.5us=1ms?