3D光立方的制作

本 科 毕 业 论 文3D光立方的制作 系 别：物理与电子科学系目 录摘要ABSTRACTII引言11设计方案论证21.1并行I/O口扩展方案一31.2并行I/O口扩展方案二32. 使用元器件及电路设计与制作32.1使用元器件52.2 原理图设计52.3硬件电路制作53.程序代码编写及调试5 3.16 3.26 3.37结论8注释（可选用）9参考文献10附录（可选用）11致谢12 摘 要本设计采用8*8*8 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数字芯片和ULN2803八重达林顿管,显示模块用512颗LED组建而成的光立方体。用8个引脚来控制各个8*8点阵的阴极，将每层灯的阴极全连接在一起接入ULN2803，由ULN2803控制的每一层灯。数组 top代表光立方从第一层 top0 到第八层 top7 的数据，以此类推数 组 Y表光立方从第一束led1 到第六十四束led64的数据。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。关键词：光立方 STC89C52 74HC573 ULN2803ABSTRACTThis design uses 8 * 8 * 8 mode, the hardware is divided into three modules: control module, driver module, display module. The master chip using STC89C52 chip driver circuit is the use of digital chips and we used 74HC573 ULN2803 eight weighing Linton tube, LED display module 512 formed from a light cube. With eight pins to control each 8 * 8 matrix cathode, the cathode of each lamp are connected together full access ULN2803, ULN2803 controlled by the light of each layer. Array top represents light cube from the first layer to the eighth floor top7 top0 data, so the array Y Table Light Cube from the first to the sixty-fourth beam bunch led1 led64 data. This design uses the C programming language, using SCM control LED light off, the use of LED light off time delay control, and ultimately makes the entire three-dimensional display of different shapes and patterns.Keywords: light cube STC89C52 74HC573 ULN2803- 9 -引言“光立方”一词来源于2009年国庆，光立方是由四千多棵光艺高科技“发光树”组成的，光立方在2009年10月1日天安门广场举行的国庆联欢晚会上面世。光立方由许多电子爱好者突发异想，使09年国庆联欢晚会上的场景在较小的放光体内展现出来。在诸多电子爱好者设计的光立方中大量的都是静态字符的展现。本设计将在8*8*8 的LED立方体内展现出更多动态的字符画面。本设计的意义：提高电子制作能力、了解当代电子制作的发展及更新、加深对单片机的了解及应用。本设计通过查阅文献及相关书籍选择出最佳的设计方案完成设计原理图、硬件电路制作及相关字符动画程序代码的编写及调试。1.设计方案论证1.1并行I/O口扩展方案一选用STC89C52单片机作为主要的控制模块，由于一块MCU(MicrocontrollerUnit单片机)仅有40个引脚，在整个设计中对光立方的控制所需I/O口为72个，所以需对I/O进行扩展采用两块MCU联合通信实现，基本原理图如图1.1。MCU1MCU2LED立方体图1.1该方案的缺点是制作费用较大，联机通信不易控制。1.2并行I/O口扩展方案二选用STC89C52单片机作为主要的控制模块，采用锁存器74HC573最为I/O口的扩展芯片，采用ULN2803为LED提供电压。该方案制作经济成本较低，易控制易操作。所以本设计选择方案二作为设计方案。基本原理图如图1.2。ULN2803MCU7片74HC573LED立方体图1.22. 使用元器件及电路设计与制作2.1使用元器件74HC573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。5ULN2803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 500MA 50V。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。5STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。22.2原理图设计本设计原理图在Proteus软件上制作，电路原理图如图2.2。图2.2 光立方主控及驱动原理图2.3硬件电路制作为了使主控电路更加稳定可靠，主控模块才用购买的单片机开发板的最小系统。驱动模块采用洞洞板焊接。为了方便制作使用插针与杜邦线实现各个模块之间的链接驱动模块的制作：采用74HC573三态锁存器进行I/O口的并行宽展。单片机最小系统的I/O口引脚是用插针引出来的，所以在引脚的链接上，采用插针和杜邦线来完成引脚与引脚之间的链接。在驱动模块需串联八个八枚一排的插针与MCU的I/O口链接作为数据的输入端口，别与八片74HC573链接。再用八枚针分别与八片驱动芯片的控制端口（LE端口）链接。采用ULN2803为显示模块供电，所以同样需要两排八枚的插针引出引脚输入端与I/O口P1口链接，输出端与显示模块的八个层面链接。光立方体的焊接：采用塑料泡沫板作为焊接光立方的模板，在泡沫板上画上8*8的LED平面图如图2.3.1，并且每个LED相距2cm。在每个LED塑料平面点烙出一个小孔足够放下LED灯头即可。将LED焊接为八个8*8的水平矩阵，把每一个平面的接地端用一个引脚输出，然后再将每个矩阵从下至上的焊接每一个引脚。光立方体如图2.3.2。76543210 图2.3.1光立方平面图 图2.3.2光立方体3. 程序代码编写及调试3.13.23.3结论：参考文献：1姜志海,赵艳雷,单片机C语言程序设计与应用M.北京：电子工业出版社，2008.52王守中，赵朋朋，索世文.51单片机应用开发速查手册指令，模块M.北京:人民邮电出