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基于单片机的光立方设计-优秀论文报告

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摘要本文详细的介绍了光立方的搭建过程，以51系列的单片机STC12C5A60S2为主要的控制芯片，由512个LED通过共阴的形式连接起来，由74HC595为扩展单片机的I/O口，用ULN2803为驱动电路，形成一个规格为8*8*8(长，宽，高)立方体,还介绍了这款芯片的特点和使用方法及在调试过程中遇到的软件和硬件方面的问题及解决方法，详细的阐述了光立方的设计原理和架构方法，对光立方目前存在的意义也进行了详细的介绍。

关键词：光立方；74HC573；单片机；ULN2803；LED目录1 引言 (1)2 总体设计 (1)2.1 光立方的基本原理 (2)2.2 光立方设计分析 (2)2.3 系统的结构框图 (2)3 详细设计 (3)3.1 硬件设计 (3)3.1.1 单片机 (3)3.1.2 移位寄存器 (3)3.1.3 端口驱动 (4)3.1.4 时钟电路 (4)3.2 软件设计 (5)3.2.1 程序流程图 (5)3.2.2 主要程序 (6)4 实验结果及分析 (12)4.1 硬件实物图 (12)4.2 实验结果分析 (12)5 心得体会 (13)参考文献 (14)1 引言自从国庆60周年联欢晚会开始演练后一个全新的名词——光立方，吸引了全国人民的关注。

光立方是由四千多棵光艺高科技“发光树”组成的，在2009年10月1日天安门广场举行的国庆联欢晚会上面世。

国庆联欢晚会三样法宝，光立方为最。

“光立方”在气势和整体感觉上，融合了北京奥运会开幕式“击缶而歌”和“活字印刷”的风格，而各种图案则与贯穿奥运会开幕式的“画卷”有异曲同工之妙。

“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。

光立方顾名思义是一个立方体，我采用的是8*8*8的模式，主要分为三个模块主控模块、驱动模块、显示模块。

我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STC15F2K60S2芯片，驱动电路是采用我们常用的74HC573数字芯片。

利用512个LED组成的8x8x8的立方体结构，每层共64个LED采用共阴的接法，一共8层，利用锁存器74HC573与驱动器ULN2803的硬件组合而成。

基于STC 15F2K60S2单片机系统硬件组成的光立方,利用单片机控制LED的亮灭，并利用延时控制LED亮灭时间，最终使得整个立方体展现美轮美奂绚丽多彩造型和图案。

我们永远会记得2009年的庆祝60周年纪念日的那个晚上，由4028名表演者组成的光立方的图案，让世界人民感到耳目一新的感觉。

光立方的出现使得整个晚会上升到一个很高的高度。

那光立方的作用是很明显的，应用于现代的各种晚会的场合，会使得晚会变得有意义而精彩。

视觉上的冲击让人们会感到眼前一亮的感觉，相对于传统形式的晚会，带有高新科技的产品助阵会使得人们在精神上的生活变的精彩而又充足。

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。

2 总体设计2.1 光立方的基本原理本系统设计主要以STC12C5A60S2单片机为核心，并以512个蓝色LED灯做为显示模块组成的光立方，主要有主控模块、驱动模块、显示模块构成，2.2 光立方设计分析本次设计使用STC12C5A60S2比普通单片机速度高出几倍的单片机实现一基于单片机的光立方的设计，主要由三部分组成：主控模块、驱动模块、显示模块。

本光立方可以实现显示各种图案、显示时长约为7分钟2.3 系统的结构框图图2.1 电路的总体设计框架3 详细设计3.1 硬件设计3.1.1 单片机的简单介绍采用单片机STC12C5A60s2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%。

，5MHz—35MHz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MCS—8051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3.1.2 移位寄存器的简单介绍74HC573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。

3.1.3 端口驱动的简单介绍NPN八达林顿连接晶体管是低逻辑电平数字电路(如TTL，CNOS或PMOS/NMOS)和大电流高电压要求的灯、继电器、打印机锤和其它类似负载间的接口的理想器件。

广泛用于计算机，工业和消费类产品中。

所有器件有集电极开路输出和用于瞬变抑制的续流二极管。

ULN2803的设计与标准TTL系列兼容,而ULN2804可使6至15伏高电平CMOS或PMOS优化。

控制系统模块由STC12C5A60S2单片机，电源模块及指示系统组成。

系统由4节CR2032纽扣电池组成6V的电池组供电，单片机P0口与8个74HC573的输入端相连，P1口与ULN2803的输入端连接，P2口与74HC573的使能端相连，将单片机的两个外部中断P3.2、P3.3用作按钮。

将二极管IN4007串接于单片机的40脚VCC端与电池正极之间，使的单片机两端的电压处于额定电压范围内。

3.1.4 时钟电路设计时钟电路时，我们首先必须先了解单片机时钟端口的使用和特点：XTAL1（AT89C51中19 脚）：单片机内部振荡电路的输入端口。

XTAL2（AT89C51中18 脚）：单片机内部振荡电路的输出端口。

XTAL1 与XTAL2其实就是一个反向的放大器，它可以与石英晶振连接作为一个时钟振荡电路。

内部方式的的时钟电路就是如图3-3所示，只要在XTAL1、XTAL2上接一个石英晶体并在两端接两个电容，这样就可以产生一个内部激荡电路，这里需要注意的是此实验用的晶振是12MHZ的，和晶振相连的电容一般选用33PF的陶瓷电容。

外部方式的时钟电路就是如图3-4所示，RXD直接接地，TXD再接外部振荡器。

外部振荡信号要求采用频率低于12MHZ的方波。

图3.1 内部方式时钟电路图3.2 外部方式时钟电路要检测晶振是不是正常工作可以通过示波器来检查，方法是在XTAL2 输出端接示波器并观察波形是不是正弦波，要是是正弦波则正常工作，反之则不正常工作。

也可以通过电压表来测量，侧量XTAL2 输出端与地的电压，要是2V则正常工作。

3.2软件设计3.2.1 程序流程图一般编写程序都是从功能出发，要求怎么的功能就写怎么的代码，本系统都是采用C语言的编码格式编写的代码。

流程图如3-3所示：图3.3 主程序流程图程序的开始之前必须要写好各个模块的初始化定义，初始化的内容有中断初始化，定时器的初始化，串口的通信方式和波特率的选定,I/O口的设定等等。

3.2.2 主要程序#include<STC12C5A60S2.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit keyamenu=P4^4; //按键sbit keyout=P4^5;sbit keymenu=P4^6;uint code tab_water[]={0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0080,0x0140,0x0080,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000, };char code tab00[]={7,7,7,7,7,7,7,7,6,5,4,3,2,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,2,3,4,5,6}char code tab_mian[]={4,3,7,2,0,6,1,5};char code tab_xian[]={5,0,3,6,1,7,4,2};char code tab_dian[]={};uchar code tab_shandian[]={uchar code tuku1[]={0x01,0x03,0x07,0x0f,0x1f,0x3f,0x7f,0xff,0xff};uchar codetable1[]={0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff/*0X1C,0X3E,0X7E,0XFC,0XFC,0X7E,0X3 E,0X1C*/};uchar code table2[]={0Xe0,0Xe0,0Xe0,0xe0,0Xe0,0Xe0,0Xe0,0Xe0,0X07,0X07,0X07,0X07,0X07,0X07,0X07,0X07 };char num;char c[6];//用于存储5个不同频率的幅值char b[6];//用于使音谱柱形显示的平滑char amenu,menu,out;int xdata Real[64]; //实部int xdata Image[64]; //虚部void delay(int t){ int i;while(t--)for(i=0;i<700;i++); }void delay1(int t){ char i;while(t--)for(i=0;i<20;i++); }void clc()//全局清屏{ P3=0;P2=0xff;P0=0;P2=0; }uchar daoxu(uchar x) //一字节倒序{ uchar k=0;char i;for(i=0;i<8;i++){ if((x>>(7-i))&0x01)k|=0x01<<i; }return k; }void key_menu_scan(){ if(!keymenu){ delay(30);//按键驱抖if(!keymenu){ P3=0; menu++;if(menu==4)menu=1; }while(!keymenu); //释放判断} }void xuanzhuantiao(char kind,char num,char v) //空心旋转,kind=1实心,否则空心{ uchar a[64]={0}; char i,j,k;while(num--){ for(i=0;i<14;i++){ for(j=0;j<8;j++){ for(k=0;k<8;k++){ if(k>1&&k<6&&j>1&&j<6&&kind!=1)a[k+j*8]=tab_xuanzhuantiao[i*8+k]&0xc3;elsea[k+j*8]=tab_xuanzhuantiao[i*8+k]; } } zhen(a,v); } } }void qumianxuanzhuan(char kind,char num,char v)//曲面旋转{ uchar a[64]={0};char i,j,k;for(j=0;j<8;j++)for(i=0;i<8;i++)a[i+j*8]=tab_xuanzhuantiao[i];zhen(a,v);if(kind==1){ for(j=1;j<8;j++)//顺时针初形变换{ for(i=0;i<j;i++)for(k=0;k<8;k++)a[k+i*8]=tab_xuanzhuantiao[(j-i)*8+k];zhen(a,v); }for(i=8;i<14;i++){ move(a,2,1,1);for(j=0;j<8;j++)a[j]=tab_xuanzhuantiao[i*8+j];zhen(a,v); } }else{ for(j=1;j<8;j++)//逆时针初形变换{ for(i=0;i<j;i++)for(k=0;k<8;k++)a[k+i*8]=tab_xuanzhuantiao[(14-j+i)*8+k];zhen(a,v); }for(i=7;i>=0;i--){ move(a,2,1,1);for(j=0;j<8;j++)a[j]=tab_xuanzhuantiao[i*8+j];zhen(a,v); } }while(num--)//主循环{ if(kind==1)for(i=0;i<14;i++){ move(a,2,1,1);for(j=0;j<8;j++)a[j]=tab_xuanzhuantiao[i*8+j];zhen(a,v); }elsefor(i=13;i>=0;i--){ move(a,2,1,1);for(j=0;j<8;j++)a[j]=tab_xuanzhuantiao[i*8+j];zhen(a,v); } }if(kind==1)for(j=0;j<7;j++){ for(i=7;i>=j;i--){ if(i>j)for(k=0;k<8;k++)a[k+i*8]=tab_xuanzhuantiao[(14-i+j)*8+k];elsefor(k=0;k<8;k++)a[k+i*8]=tab_xuanzhuantiao[k]; }zhen(a,v); }elsefor(j=1;j<7;j++){ for(i=7;i>=j;i--){ if(i>j)for(k=0;k<8;k++)a[k+i*8]=tab_xuanzhuantiao[(i-j)*8+k];elsefor(k=0;k<8;k++)a[k+i*8]=tab_xuanzhuantiao[k]; }zhen(a,v); } }void xzcube(){ char i;donghua(y_table,6,8,8);for(i=0;i<26;i++){ if(i==12||i==13||i==14)zhen(yx_table+i*64,30);elsezhen(yx_table+i*64,14); }donghua(x_table,6,8,8);for(i=0;i<26;i++){ if(i==12||i==13||i==14)zhen(xz_table+i*64,30);elsezhen(xz_table+i*64,14); }donghua(z_table,6,8,8) }/**********初始化函数*****************/void init(){/***********I/O口初始化*************/P1M1=1; P1ASF=1; P3M0=0xff;P2M0=0xff; P0M0=0xff; P4SW = 0x31;TMOD=0x01;TH0=(65536-4000)/256;TL0=(65536-4000)%256;EA=1; ET0=1; TR0=0;menu=0; out=0; amenu=0; num=0; }/*************主函数******************/void main(){ int i,j; char go;delay(800);init();delay(400);while(1){ donghua(sin_cube_table,14,22,5); //波浪denghuo(3);szfc0(10); //字幕，兼有计时zimu(number,19,12,1); //字幕，cube滑动linkpc1(10); //字幕，l love youpc1(4,3);leitu(yc_table,5,2)clc(); //一面转动link_jb0(1);jb0(10,3);for(i=0;i<7;i++) //字幕，顶层亮，往下学字print(tab_print+i*8,1);for(i=7;i<11;i++)print(tab_print+i*8,0); } }4 实验结果及分析4.1 硬件实物图焊接好的电路实物图如图所示；接入电源光立方开始显示各种图案，时长约为7分钟。

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基于单片机的光立方系统设计

基于单片机的光立方系统设计

基于单片机的光立方系统设计虞沧【摘要】This paper mainly describes a by leds and 8 * 8 * 8 glow 3 d cube.Cube by the underlying hardware to control state of destroy the light of leds,so that the cube shows rich and colorful patterns.This cube selection STC12C5A60S2 MCU as the core controller of the underlying hardware,choose the extension 74 hc573 chip microcontroller I/Oport,choose ULN2803 as drive chip set drive circuit.Programming by PC and download the data to the microcontroller to control state ofleds,which shows the corresponding design.%本文主要描述一种由发光二极管制作而成的8*8*8三维发光立方体。

立方体通过底层硬件对发光二级管的亮灭状态进行控制，从而使立方体显示丰富多彩的图案。

本立方体选择STC12C5A60S2单片机作为底层硬件的核心控制器，选择74HC573芯片扩展单片机的I/O口，选择ULN2803作为驱动芯片搭建驱动电路。

通过PC机进行程序编程并将数据下载到单片机实现对发光二级管状态进行控制，从而显示相应的图案。

【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】3页(P28-30)【关键词】STC12C5A60S2;74HC573;ULN2803;光立方【作者】虞沧【作者单位】武汉职业技术学院，湖北武汉【正文语种】中文0 引言随着科学技术的日益进步和发展，LED点阵已经广泛使用于日常生活中。

基于单片机的光立方课程设计报告

基于单片机的光立方课程设计报告

单片机课程设计报告题目基于单片机的4*4*4光立方设计系别计算机科学系专业计算机科学与技术班级学号姓名指导教师日期【摘要】当今社会，随着电子行业的不断开展，单片机的应用从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法，已广泛的应用在工业自动化、通信、自动检测、信息家电、电力电子航空航天等各个方面。

成为现代生产和生活中不可缺少的一局部。

我们学习单片机也一个学期了，此次单片机课程设计，我采用的是STC12C5A60S2系列的单片机，设计一个4*4*4模式的"光立方〞。

将LED灯分成4层，利用程序来编写各种不同的效果来控制LED的亮灭，最终使得整个立方体展现不同的变换，美轮美奂，绚丽多彩。

【关键词】单片机课程设计光立方1绪论1.1课题研究的背景"光立方〞一词正逐渐引起了全国人民的关注，并得到了全球的高度肯定。

所谓"光立方〞：就是在平面LED根底上开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。

由此，也掀起了光立方的设计与学习热潮，在原有的根底上不断增加难度，增加变换把戏，吸引电子爱好者对其研究、创新。

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，能减少本钱，更节能。

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。

1.2课题研究的意义本次毕业设计一改传统的平面流水灯的风格，而是从平面向立体开展，通过更宽广的三维空间呈现出更加绚丽的效果，直接冲击着人们审美视觉，不在停留在乏味的平面成像。

光立方主体局部由64个LED灯组成，在制作过程中锻炼学习动手焊接能力，并以低本钱，智能化产品对实现经济利益、商业价值的形成具有积极的推动作用。

光立方的研究极具创意和启发，而且可以低本钱、高效益的研究未来的3D技术。

毕业论文- 基于STC12C5A60S2单片机的LED光立方设计

毕业论文- 基于STC12C5A60S2单片机的LED光立方设计

毕业论文- 基于STC12C5A60S2单片机的LED光立方设计基于STC12C5A60S2单片机的LED光立方设计【摘要】本次设计使用512个LED灯制作8*8*8的LED立方体，命名为光立方。

采用STC12C5A60S2芯片作为主控，8个74HC573锁存器和一个ULN2803芯片扩展I/O口，作为外围控制。

通过编程控制I/O口，点亮指定的LED灯，使得显示不同的画面。

8*8*8光立方因点亮LED灯将会形成各种图形，如爱心、数字、雨滴、正方体等十几种画面。

整个立体呈现不同的造型和图案，动画衔接完美，使其变得美轮美奂、绚丽多彩，立体感十足。

此外，我们还可以外接音频输入，通过AD采样，快速傅里叶变换FFT，可以让光立方显示音频频谱。

经过系统测试，最终达到设计要求。

【关键词】光立方 STC12C5A60S2 74HC573 ULN28031Based on STC12C5A60S2 of the Light Cube Design【Abstract】:The 8*8*8 LED cube is made of 512 LED lights，named Light Cube whichused STC12C5A60S2 as main control chip，it has 8 74HC573 latches extended I/O ports,anda ULN2803 chip as out control. Through programming control I/O port, the LED light. 8 * 8 * 8 cubic light for light leds will form a variety of graphics, such as loveheart,numbers,rain,cube and so on. animation, cohesion is perfect, stereo sense isdye-in-the-wood. In addition, we also can external audio input, through the AD sampling, fast Fourier transform FFT, can let light cube display audio spectrum. After the system test, finally to meet thedesign requirements.【Keywords】: The Light Cube STC12C5A60S2 74HC573 ULN2803目录【摘要】 ................................................................... (1)【Abstract】 ....................................................... ........................................................................2目录...................................................................... . (2)第一章引言 ..................................................................... (1)1.1光立方的研究意义 ..................................................................... (1)1.2发展历程和现状...................................................................... (1)1.3 光立方的功能和特点...................................................................... . (1)1.4 光立体的优越性以及主要应用 ..................................................................... .................... 2 第二章控制模块设计 ..................................................................... . (3)2.1 系统总框图...................................................................... (3)2.2 总体方案的选择...................................................................... .. (3)2.2.1主控芯片 ..................................................................... . (3)2.2 总体方案的选择...................................................................... .. (3)22.2.1主控芯片 ..................................................................... . (3)2.2.2 电源选择...................................................................... (4)2.3 元件选择...................................................................... .......................................... 4 2.第三章光立方显示部分概述...................................................................... .. (7)3.1 光立方的制作 ..................................................................... (7)3.1.1 光立方的原理...................................................................... .. (7)3.1.2 LED灯的选用 ..................................................................... (7)3.1.3 LED灯的焊接 ..................................................................... (9)3.2显示部分检测 ..................................................................... .............................................10 第四章硬件设计 ..................................................................... . (13)4.1最小系统 ..................................................................... . (13)4.2 按键模块 ..................................................................... (13)4.3功放模块 ..................................................................... . (14)4.3.1 功放原理图 ..................................................................... .. (14)4.4呼吸指示灯...................................................................... (15)4.5 竖排控制电路 ..................................................................... .. (15)4.6 光立方层控制电路 ..................................................................... . (16)4.7 硬件电路焊接 ..................................................................... .. (17)4.8 元件清单 ..................................................................... ...................... 错误～未定义书签。

基于单片机的光立方系统设计

基于单片机的光立方系统设计

基于单片机的光立方系统设计【摘要】随着人们生活水平的不断提高，3D效果的欣赏已经成了人们的追求，美轮美奂的观赏让人醉心不已，给人带来无比宽松舒适的美感。

本文主要研究基于STC12C5A60S2单片机对立体发光二极管LED灯进行控制，使其显示出不同的花样，带给未来3D技术的科技体验与视觉盛宴。

【关键词】3D；光立方；STC12C5A60S2；LED显示1.引言本次设计制作一个三维的发光二极管LED灯立方显示体，能够通过编写程序来实现对每一个发光二级管的亮灭控制，从而可以显示多种多样的图案。

为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式。

最简单的显示模式是静态显示。

与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文都是能够变化的。

按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式。

2.主要元器件介绍2.1 STC12C5A60S2STC12C5A60S2/AD/PWM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单片机，但速度比传统8051单片机快8-12倍。

内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM输出口，8路高速10位A/D转换，特别是针对电机控制，强干扰场合比传统8051单片机优势明显。

2.2 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。

因此芯片非常适合用于大规模立体LED 灯的控制。

2.3 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。