基于STC89C52的4阶LED立方体设计_yb

1、 毕业设计说明书毕业设计说明书课题名称: 基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计 学生姓名 *yb 专 业 应用电子技术 班 级 应电 1102 班 时 间 2013.10-2013.12 指导教师 * *学院基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计1摘 要本设计采用 4*4*4 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 STC89C52 芯片，驱动电路是采用我们常用74HC573 数字芯片。数组 leg0代表光立方从第一层 D0 到第四层 D0 的数据，以此类推数组,leg 1 代表光立方从第一层 D1 到第四层 D1 的数据

2、。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，最终使得整个立体展现不同的造型和图案，使其变得美轮美奂、绚丽多彩。关键词关键词: : STC89C52单片机;74HC573锁存器;4*4*4 3DLED显示; ABSTRACTThis design uses the 4*4*4 model, the hardware is mainly divided into three modules: the main control module, driver module and display module. The main control chip

3、 is STC89C52 chip, the driver circuit is used by our 74HC573 digital chip. Array leg0 represents light cube to the fourth layer of the D0 data from the first layer to the fourth layer D0, D1 data from the first layer of D1 and so on several group, leg 1 represents the light cube. This design uses th

4、e C language programming, using SCM control LED brightness, the delay control LED light off time, finally make the stereoscopic display of different shapes and patterns, make it become magnificent, ornate, and fascinating.KEY WORDS:STC89c52single-chip;74HC573latch;4*4*4 3DLED;基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立

5、方体设计2目录摘 要 .1ABSTRACT .11、设计要求与方案 .31.1 设计目的 .31.2 设计要求 .31.3 设计思路 .32、工作原理 .42.1 模块的简介 .43、方案选择 .53.1 电源的选择 .53.2 I/O 口扩展芯片的选择.53.3 LED 发光显示二级管.54、硬件整体设计概述及功能分析 .54.1 系统概述 .64.2 系列单片机简介 .64.2.1 时钟电路设计 .74.2.2 复位电路设计 .84.3 74HC573 芯片介绍与连接电路图.95、硬件电路搭建与连接 .105.1 单片机与 74HC573 连接线路图.115.2 LED 灯焊接方法.115

6、.2.1 焊接前准备工作 .115.2.2 焊接 .126、主程序设计思路 .136.1 程序流程框图 .136.2 显示程序的设计 .146.2.1 LED 显示屏的数据传送.146.2.2 显示程序的设计 没有做成标题 .147 程序设计的选择与分析 .158 程序设计(见附录).159 设计结果分析 .15致 谢 .16参考文献 .18附录 .19基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计31、设计要求与方案1.1 设计目的 在当今现代信息化社会的高速发展过程中，大屏幕显示已经从公共信息展示等商业应用向消费类多媒体应用渗透。随着宽带网络的发展，数字化的多媒体内容将在信息世界中

7、占据主流，新型的大屏幕显示设备将代替传统电视机成为人们享受信息和多媒体内容的中心。1.2 设计要求 设计制作一个 4*4*4 的三维的发光二极管显示方阵，能够通过编写程序来实现对每一个发光二级管控制，从而来显示多种多样的图案。1.3 设计思路 本设计根据二极管点阵的原理由单片机 I/O 口控制点亮不同的二极管从而组成出不同的画面，根据人眼的视觉暂留现象即当物体移去时视觉神经对物体的印象不会立即消失而是要延续 0.1-0.4 秒的时间 ，来设置每幅画面的延迟时间使连续的一系列画面呈现动态。每一个层面的二极管阳极接在一起受一路 I/O 口控制，实际电路中该路 I/O 口输出的控制信号通过 5V 继

8、电器的吸合和断开来控制的，再输入发光二极管的阳极使其驱动。每个二极管的阴极分别受单片机扩展后的 I/O 控制。每个灯都是由片选端口和控制端口共同决定亮或灭。基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计4 2、工作原理2.1 模块的简介 有 4 个 4*4 点阵，再用 4 个引脚来当充当各个 4*4 点阵的“开关” 。只要将 16 个灯阳极连在一起，在连到这个引脚上。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，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单片机，由单片机控制的每一个层

9、灯。通过单片机主控芯片 AT89S52 来控制所有灯的亮灭，从而控制 P0、P1、P2、P3 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。如图 2.1 和 2.2 所示。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. 2.2 3DLED 光立方工作原理图 1.1 层面图 1.2 16 个灯孔基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计5设计原理：利用单片控制 LED 点阵显示的原理和控制技术，来制作控制光立方显示。通过编写程序控制不同 LED 的显示，显示所要显示的内容。根据人眼的视觉暂留效应，设置每幅画面的延迟时间使连续的一系列画面呈现动态。最终达到

10、所要显示的内容。每个灯都是由层控制端和列控制端共同决定亮或灭。 3、方案选择3.1 电源的选择由于采用普通干电池作为 LED 系统的电源，点阵系统耗电量较大，使用干电池需经常换电池。LM7805 三端集成稳压器不便于移动携带。基于以上分析，决定选取 5V 电源的移动充电宝供电电源。3.2 I/O 口扩展芯片的选择74HC573 跟 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，他们能和 HC/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。4 块 74H

11、C573 共用 16 个 I/O 口，数据可以并行写入芯片，延迟时间少，满足设计要求。综合以上比较，决定选取 74HC573 作为列线驱动 IO 口扩展芯片。 3.3 LED 发光显示二级管LED 灯的选择，出于外观和整体的形状美观，采用的是雾状蓝单片机层驱动器LED 光立方列驱动器基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计6光的 LED 灯 ，由于高亮灯比雾状灯刺眼，所以选择雾状灯。2*5*7 白发蓝雾状长脚 方块形散光磨砂用光立方 LED 发光管，白色蓝雾给人若隐若现的感觉 ， 长脚便于焊接。这对实现效果非常有利。4、硬件整体设计概述及功能分析4.1 系统概述 3D LED 光

12、立方总体框图如图 3.1 所示。电路大体上可以分成核心控制电路、显示驱动电路、串信通信电路三部分。核心控制电路部分包括一个 52 系统 CUP 和一些外围电路。在整个电路当中此电路部分可以相当于一个上位机，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与 PC 机的串行通讯、以及给显示屏部分发送命令。单片机根据编写好的内容和指令通过 I/O 口扩展后驱动 4*4*4LED 光立方显示屏。本次设计将以此方案为指导思想展开具体的硬件电路设计。 显示电路采用动态扫描方式进行显示时，每列有一个列驱动器，各列的同名行共用一个行驱动器。由单片机给出的行选通信号，从第一列开始，按顺序依次对各列进行扫描选通，根据锁

13、存器的特性可以把数据锁存输出。这样就可以把四列的数据输出显示，完成列线数据的传送。另一方而，根据各列层面要显示的数据，通过三极管驱动继电器来控制相应层面的电平，列与层面的数据结合共同来显示图案。 行驱动器列驱动器 8*8*8LED 点阵 显示屏电源复位电路时钟电路图 4.1 系统结构设计总图STC89C52基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计74.2 系列单片机简介 单片机（又称微处理器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型机，这些部件包括中央处理器 CPU、数据存储器 RAM、程序存储器 ROM、定时器/计数器和多种 I/O 接口电路。单片机最小系统包括时钟电路和复位电路。时

14、钟电路用于产生 AT89S52 单片机工作时必需的控制信号。单片机的内部电路正是在时钟信号的控制下，严格地按照时序执行指令进行工作。复位电路是为单片机初始化操作准备的。只要单片机的复位引脚 RST 上的复位信号要持续两个机器周期（24 个时钟周期）以上，就可以使 AT89S52 单片机复位。如图 4.1 所示。 图 4.1 单片机最小系统电路图基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计84.2 最小系统实物图4.2.1 时钟电路设计时钟电路设计AT89S52 单片机各功能部件的运行都以时钟信号为基准，有条不紊、一拍一拍地工作。因此时钟频率直接影响单片机的处理速度，时钟电路的质量也是

15、直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。本次采用外部时钟方式。AT89S52 单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1 和 XTAL2 分别为振荡电路的的输入端和输出端，时钟可有内部或外部生成，在 XTAL1 和 XTAL2 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。时钟频率 fosc 采用 12MHZ，C1、C2 的电容值取 30pF，电容的大小起频率微测的作用。如 3.3 图所示。基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计9图 4.3 时钟电路

16、图4.2.2 复位电路设计复位电路设计 STC89C52 单片机在启动运行时或者出现死机时需要复位，使CPU 以及其他功能部件处于一个确定的初始状态，PC 初始化为0000H。单片机从这个状态开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序行出错(如程序“跑飞”)或操作错误使系统处于 “死锁”状态时，也需要按复位键即 RST 脚为高电平，使 STC89C52摆脱“跑飞” “死锁”状态而重新启动程序。 单片机有多种复位方式，常用的复位操作有上电复位和手动按键电平复位方式。本设计采用手动按键电平复位方式，电路搭建图见图 4.4。上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，复位电路产生的复位信号

17、（高电平有效）由 RST 通过复位电路相连，手动输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号对 AT89S52 单片机进行复位。当上电时，C3 相当于短路，有时碰到干扰时会造成错误复位，可在复位端加个去耦电容，可以复位电路更加可靠。基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计10 图 4.4 按键电平复位电路图4.3 74HC573 芯片介绍与连接电路图 74HC573 跟 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，他们能和 HC/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）

18、 。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。输出能直接接到 CMOS，NMOS 和 TTL 接口上操作电压范围：2.0V6.0V，低输入电流：1.0uA，CMOS 器件的高噪声抵抗特性。 74HC573 管脚功能图基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计1174HC573 功能表INPUTS 输入Outputs 输出OE LE D Q (HC573) HXXZLLXNO CHANGE *LHLLLHHH图 4.5 74HC573 芯片连接电路图5、硬件电路搭建与连接5.1 单片机与 74HC573 连接线路图 首先在 porter 平台里画出单片机 AT89S52

19、 与芯片 74HC573 的连接图，变换成 PCB 图，转印在 PCB 板上面，然后再根据图把各个元器件焊接上去。但考虑到 PCB 板制作太复杂，故使用洞洞板制作。基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计125.1 单片机与 74HC573 连接线路图5.2 LED 灯焊接方法 5.2.1 焊接前准备工作焊接前准备工作 准备好烙铁、焊锡丝、钳子等工具，以及 LED。LED 的正负极很好判别，长的引脚为+，短的为-。LED 最好选用直径 3mm 的LED， 。长脚的 LED 可以省很多工作量。实际测量长脚是 29mm，短脚为 27mm，由于 LED 光立方板子灯的间距决定了，每个

20、LED 的间距是20mm。这样长短引脚都符合这个尺寸。由于所有 LED 框架焊接好后，一旦有 LED 损坏更换难度很大，所以焊接前要测试所有 LED，用一般数字显示万用表打到二极管量程，用万用表红表笔接长引脚，黑的接短引脚。LED 正常发光并且亮度基本一致，这样的 LED 就是好的，否则是坏灯。如果为了确保可靠也可以焊接好一层后测试 LED是否能点亮。5.2.2 焊接焊接 将 4 个 LED 焊接为一组，需要用钳子将 LED 的正极扭弯，这个弯,一定要小，正好露出 LED 外围打弯正合适，LED 的正极折弯后留下的引脚长度必须大于 LED 的间距 20mm,以确保有足够的重合位基于 STC89

21、C52 的 4 阶 LED 立方体设计13LED 灯脚全部折好后，就可以焊接了，为了方便焊接可以在万能板上面钻几个 2mm 的孔，间距为 8 个洞洞置以便焊接。焊接细节，将一个 LED 正极的引脚靠近到另一个 LED 正极的打弯处，然后上焊锡焊接，焊接要光亮可靠，有一定机械强度。这样将全部 LED 焊接成 8 个一组的 LED 灯排待用。焊接时避免用过多助焊剂，要不会粘到 LED 表面，影响外观。焊机避免正负 2 极短路。注意每一层的二极管都是共阴的。5.3 整体实物图 整个光立方的连接是用排线和杜邦线连接而成，这样方便拆和安装，但过程比较繁琐，也很容易出错误，有事也会产生接触不良。整体图如图

22、 6.3.1 和图 6.3.2 所示。 5.3.1 整体实物图6、主程序设计思路基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计146.1 程序流程框图系统软件采用汇编语言编写，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。通过按键控制程序选择不同的显示程序进行显示。程序开始时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，串行通信时通信方式的选择和波特率的设定，各 IO 口功能的设定等。把各子程序写为一个可单独执行的完整子程序段。各子程序编译没有错误后再下载到单片机进行仿真验

23、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。图 6.1 程序流程图6.2 显示程序的设计YN显示数据送 0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显示完成后程序初始化 开始子程序返回基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计156.2.1 LED 显示屏的数据传送 动态扫描显示是把整个 LED 屏幕分成若干部分，每一幅画错错误！未找到索引项。误！未找到索引项。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，我们看到的就是一幅稳定的静态画面。也就是

24、说采用动态扫描显示需要不断进行画面的刷新。动态扫描分为行扫描和列扫描，两种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的快利用人眼的延时特性就可以看见一幅稳定的画面。6.2.2 显示程序的设计显示程序的设计 没有做成标题没有做成标题 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中的第 i 和第 i+7 个元素。将对应数据由低至高位依次从控制端口输出显示。向右逻辑移位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在输出显示。如此依次循环选通各

25、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。输出形式多种多样，可以静态输出图案，也可以动态、左移、右移、循环等花样显示。7 程序设计的选择与分析 在实际单片机程序设计中，程序结构一般均采用如下结构：#include /*头文件说明部份*/unsigned char x1，x2； /*全局变量声明部份*/Function1( ) /*功能函数定义部份*/main(

26、)基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计16 inti,j; /*整型变量声明部份*/Function1(); /*功能函数说明部份*/8 程序设计(见附录) 9 设计结果分析 本次光立方的设计，主要控制电路是采用双面附铜板，灯座是用万能板焊接而成。因为考虑在作图是的方面，设想完全采用排线和杜邦线将整个电路连接。而事实在实际的操作过程中，产生很多的问题。最主要的问题，就是将已经连接好的电路运行时，只要光立方有触动，运行就会出现乱码。因为在连线的接触点有接触不良的问题产生，而这也是避免不了的。这就是用外界线连接电路的最大弊端。 采用排线和杜邦线连接整个电路有很大的弊端。但是，用p

27、orter99SE 作图时，简单方便很多，大大节省的作图时间。而且，在拆取过程和组装过程也很方便。基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计17致 谢在论文即将完成之际，我首先向关心、帮助、指导我的导师*老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意! 在这三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，这除了自身的努力外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！本课题在选题及设计过程中一直得到*老师的悉心指导。汪老师曾多次为我指点迷津，帮助我开拓设计思路，精心点拨、热忱鼓励。*老师以其渊博的学识、严谨

28、的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维、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，使我受益匪浅。*老师治学严谨、待人诚恳，他高屋建瓴的学术眼光、对事业孜孜不倦地追求和勤奋不辍的精神将使我终生受益，是我终生学习的榜样，在此向恩师致以最诚挚的谢意。在此，我还要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任何难题都给予热心、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、评议的老师表示感谢！基于 STC8

29、9C52 的 4 阶 LED 立方体设计18参考文献 1 关积珍.LED 显示屏发展状况及趋势J.世界电子元器件。2 关积珍，陆家和我国 LED 显示屏技术和产业发展及展望。 3 缪思恩 LED 大屏幕显示电路设计J.电子技术应用，1996，(08)：56-77.4 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，(05)：5-10.5 郑刚，李宇成.LED 大屏幕显示系统的设计J.北方工业大学学报，2001， （03）：43-47.6 李元生. LED 光柱专用驱动器J. 家庭电子，2005，(04)：1-7.7 陈新忠.基于 RS232 总线的单片机多机通信软件设计J.现代电子技术， 2002，(03) ：56-78.基于 STC89C52 的 4 阶 LED 立方体设计19附录#include #define uint unsigned int #define uchar unsign