【正文】 ........................................................................22 第六章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結果 .......................................................................................................24 軟件調(diào)試 ........................................................................................................................24 3 光立方初步調(diào)試 ..............................................................................................................25 檢查電源 ...............................................................................................................25 光立方最終調(diào)試 ..............................................................................................................26 光立方測試遇到的問題 ...................................................................................................26 結論 ............................................................................................................................................27 致謝語 .........................................................................................................................................27 參考文獻 .....................................................................................................................................28 附錄 ............................................................................................................................................29 附錄 1：實物圖 .....................................................................................................................29 附錄 2：系統(tǒng)總原理圖 ..........................................................................................................30 附錄 3：呼吸燈 PCB .............................................................................................................31 附錄 4：光立方主程序 ..........................................................................................................31 1 第一章 引言 本章簡要介紹了光立方的研究意義、發(fā)展和現(xiàn)狀，以及所設計光立方的功能特點，光立方的優(yōu)越性，并依此提出了本論文研究的主要內(nèi)容。 光立方的研究意義 LED 點陣顯示屏已經(jīng)應用到了我們生活中的方方面面，科技發(fā)展的腳步一直向前，3D 電影給人帶來了震撼的視覺體驗，于是想設計出一種 3D 顯示屏。通過學習《單片機原理與應用（第二版）》一書，知道 LED 靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，以及兩種顯示的控制方法。 LED 點陣顯示屏的特點有比數(shù)碼管實用、 便宜、亮度高等優(yōu)點，而且做出來的LED 顯示很耐用。具有亮度高、工作電壓低、功耗低、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點。 LED 顯示屏發(fā)展前景極為廣闊，利用 LED 做成 3D顯示屏， 3D LED 顯示不僅可以像 LED 點陣一樣顯示平面動態(tài)或靜態(tài)圖案，同時還可以立體顯示動態(tài)或靜態(tài)圖案，打破了傳統(tǒng)平面顯示的方式。更是給人不同視覺盛宴。 發(fā)展歷程和現(xiàn)狀 二十一世紀將是平板顯示的時代，基礎材料產(chǎn)業(yè)化，使 LED 燈生產(chǎn)工藝更加完善，成本更低，應用加快發(fā)展。 LED 產(chǎn)品性能的提高，使全彩顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達到了比 較理想的效果，完全可以滿足各種相對復雜的壞境條件要求。同時，由于全彩色顯示屏價格性能比的優(yōu)勢，預計在未來幾年中的發(fā)展中，全彩 LED 3D 顯示屏在戶外廣告媒體中越來越多的代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磁翻板、燈箱、霓虹燈等產(chǎn)品，體育場館、舞臺的顯示方面全彩 LED 3D 顯示屏更會成為主流產(chǎn)品 1。全彩色 LED 3D 顯示屏的廣泛應用會是 LED 3D 顯示產(chǎn)業(yè)如發(fā)展的一個新的增長點。未來 LED 3D 顯示屏會向著規(guī)范化、標準化、產(chǎn)品結構多樣化等方向發(fā)展。 目前，我國主要的 LED 廣告大屏幕制造廠商主要集中在華北、華東、華南區(qū)域，大型制造商的市 場范圍幾乎覆蓋了整個中國市場。國產(chǎn) LED 大屏幕性價比比較高，以其獨有的優(yōu)勢占據(jù)了很大一部分市場份額。我國 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，逐步形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)，而且產(chǎn)品不斷推陳出新，使 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)成為我國電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是平板顯示領域唯一立足國內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。 光立方的功能和特點 8*8*8 的 LED 陣列立體顯示器。 連貫圖形顯示效果，渾然一體，一氣呵成，能給觀賞者帶來立體的可視的震撼視覺效果。 超炫的立體動態(tài)顯示，多種顯示樣式，如面平移、數(shù)字 倒計時、方框伸縮、心跳動、雨滴等十多種動畫。 具有音頻頻譜顯示模式，可隨音頻同步顯示，給觀賞者視覺和聽覺雙重體驗。 2 全開放式用戶自定義操控，用戶可根據(jù)自己的喜好自行編寫對應的程序。 光立方內(nèi)置兩種模式：圖形自動播放模式、音頻顯示模式， K2 選擇音頻模式，K3 選擇圖形自動播放模式。 光立體的優(yōu)越性以及主要應用 1. 3D 以其亮度高，功耗低，視角大，壽命長，可視距離遠等優(yōu)點而具有極為廣闊的發(fā)展前景。隨著人們生活水平的提高， 3D LED 逐漸應用于各行各業(yè) 。人們對其的要求也越來越高，已經(jīng)不再滿足于二維平面，進而轉向三維平面。 3D LED 的出現(xiàn)是一個很好的契機。 2. LED 光立體極具觀賞性，人們可以根據(jù)自己的要求，設計不同的圖案， 展現(xiàn)不同的立體效果?？梢哉f它是變幻無窮的。因其極大地觀賞性，使人們在接受信息，數(shù)據(jù)的同時更加印象深刻，使信息的傳輸更有效率。 3. 隨著 3D 技術的逐步發(fā)展， 3D LED 被廣泛應用于現(xiàn)實生活中，比如 LED 顯示屏， LED 圖像， LED 立體攝影。這些技術在我們的生活中隨處可見，電影院，會議場合，舞臺設計，以及各種 娛樂場所。 3 第二章 控制模塊設計 系統(tǒng)總框圖 光立方系統(tǒng)主要框圖如圖 21 所示，主要包括主控部分、 LED 顯示部分、電源模塊、功放模塊、以及呼吸指示燈模塊五部分。電源開關打開后，呼吸指示燈工作，系統(tǒng)初始化完成后，等待選擇音頻顯示還是動畫自動播放模式，進入音頻模式后可伴隨音頻顯示“跳舞”動畫。 圖 21圖系統(tǒng)方框圖 總體方案的選擇 主控 光立方系統(tǒng)主要框圖如圖 21，主要包括主控部分、 LED 顯示部分、電源模塊、運放模塊、以及呼吸指示燈模塊五部分。整個系統(tǒng)又分軟件部分和硬件部分，良好的硬件設計為軟件的執(zhí)行提供支撐，為系統(tǒng)工作提供硬件實體；軟件為系統(tǒng)的工作提供各種算法，軟件與硬件的的結合，是系統(tǒng)高效工作的基礎。 總體方案的選擇 主控芯片 本次設計首先要實現(xiàn)光立方的立體掃描，產(chǎn)生出特定的顯示效果。 通過設計多種多樣的動態(tài)圖畫，給人一種絢麗多彩的效果。此外還要求顯示效果能依音樂節(jié)奏而跳動，這就要求對音樂進行采集。對音樂采集可以采用獨立 AD 芯片，或者選用內(nèi)帶 AD 轉換功能的 MCU。為此，有三種選擇。 選擇一：采用 STC89C52 單片機作為主控，獨立 AD0808 或者 AD0804 芯片用做音頻采集。 選擇二：采用紅晶科技公司的 STC12C5A60S2 芯片作為主控。 4 STC12C5A60S2 芯片有以下幾個特點： （ 1）其和 8051 指令、管腳完全兼容。 （ 2） 片內(nèi)的具有大容量 程序存儲器 且是 FLASH 工藝的。 （ 3） 低功耗設計，擦寫次數(shù) 10 萬次以上。 （ 4） 自帶高達 60K 字節(jié) FLASHROM， 這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，具有串口燒寫編程功能。 （ 5） I/O 口驅(qū)動電流均可達到 20mA，但整個芯片最大不得超過 100mA。 （ 6） 另外同樣晶振的情況下，速度是普通 51 單片機的 8~12 倍，有 8 路 10 位 ADC，采樣速度可達到 25 萬次 /秒，且 超強抗干擾。 選擇三 ：采用 DSP芯片作為主控。 DSP 又叫數(shù)字信號處理器。顧名思義， DSP 主要用于數(shù)字信號處理領域，非常適合重復運算，高密度及大數(shù)據(jù)容量的信號處理 2?，F(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用于通信、便攜式儀表、便攜式計算機和雷達、圖像、家用電器、醫(yī)療設備等領域 3。其優(yōu)點有： （ 1） DSP 具有硬件乘法器以及特殊指令，依靠硬件乘法器單周期完成乘法運算。 （ 2） 具有專門的信號處理指令 ,相對于其他微處理器用軟件實現(xiàn)各種算法速度快好多倍。 （ 3） 芯片內(nèi)置 544 字的高速 SRAM。 通過分析以上三種方案，都有其各自優(yōu)點而且都可以實現(xiàn)控制過程。 DSP 的 強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色，價格較高，本次設計也沒必要那么高的處理速度。 單片機的技術門檻較低，開發(fā)成本也較低。 STC89C52 芯片成本很低，在處理速度上較 STC12C5A60S2 慢的多，容量也小。同時為實現(xiàn)本次設計，還需外加AD 采集芯片，加大硬件設計難度。 由于光立方的動畫效果和程序量比較大，而且要求相對比較高。 考慮到價格，性能方面因素， 最終選取處理速度較快、存儲較大且價格適中的 STC12C5A60S2 芯片作為核心控制芯片。 電源選擇 直接采用 5V移動電源。 元件選擇 （ 1） 由于燈的個數(shù)比較多，每層 64 個 LED 并聯(lián)共陰，這樣分流到每個 LED 的電流會變得非常小，會造成無法點亮或者半亮，影響顯示效果。因此所需要的電流相對也比較大，可以選擇 ULN2020 或者 ULN2803，兩者都是反向輸出，輸出 能 力可達 500mA /50V，可用來做光立方共陰層驅(qū)動 。 但前者只能驅(qū)動七位，而后者可以驅(qū)動八位，所以選擇ULN2803 驅(qū)動。 ULN2803 是八重達林頓 晶體管陣列 ， 1 腳 至 8 腳為 8 路輸入， 11 到 18腳為 8 路輸出 ， 應用時 9 腳接地，要是驅(qū)動感性負載， 10 腳接負載電源 V+。 其內(nèi)部結構如圖 22。其特點有： 可直接驅(qū)動繼電器。 可用于電平轉換。 輸入的電平信號為 高低電平（ 5V或 0V）， 輸 入低電平時， 輸出達林頓管截止。輸入為 高 電平時，輸出達林頓飽和。 5 圖 22 ULN2803 內(nèi)部結構 （ 2）要做到光立方每一個 LED 可以自由控制，就需要 64 列共陽腳都要控制，而STC12C5A60S2 單片機 I/O 顯然不夠，為了單片機送出下一組顯示數(shù)據(jù)時不會立刻丟掉前一次顯示數(shù)據(jù)而造成圖像不完整，本人選用帶有數(shù)據(jù)鎖存功能的 74HC573 芯片， 如圖 23所示 74HC 引腳圖 。 八 個 鎖存器都是透明