【正文】 單片機課程設(shè)計報告 題 目 基于單片機的 4*4*4 光立方設(shè)計 系 別 計 算 機 科 學 系 專 業(yè) 計算機科學與技術(shù) 班 級 學 號 姓 名 指導教師 日 期 【 摘要 】 當今社會，隨著電子行業(yè)的不斷發(fā)展， 單片機的應(yīng)用從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法， 已廣泛的應(yīng)用在工業(yè)自動化、通信、自動檢測、信息家電、電力電子航空航天等各個方面。成為現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中不可缺少的一部分。 我們 學習單片 機也一個學期了，此次單片機課程設(shè)計，我 采用的是 STC12C5A60S2 系列的單片機， 設(shè)計一個 4*4*4模式的 “光立方”。將 LED 燈分成 4 層，利用程序來編寫各種不同的效果來控制 LED 的亮滅，最終使得整個立方體展現(xiàn)不同的 變換， 美輪美奐，絢麗多彩。 【 關(guān)鍵詞 】單片機 課程設(shè)計 光立方 1 緒論 課題研究的背景 “ 光立方 ” 一詞正逐漸引起了 全國人民的關(guān)注 ，并得到了全球的高度肯定 。 所謂“光立方”：就是在平面 LED 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的顯示技術(shù)，通過復雜的程序控制，在三維空間能夠顯示具有立體感的圖形、動畫等 。 由此，也掀起了光立方的設(shè)計與學習熱潮，在原有的基礎(chǔ)上不斷增加難度，增加變換花樣，吸引電子愛好者對其研究、創(chuàng)新。 光立方是由 LED燈組成，由于發(fā)光二級管質(zhì)量比較穩(wěn)定，使用壽命長，不用頻繁地去更換，能減少成本，更節(jié)能。光立方作為一種特殊的顯示資源，已用于一些廣告行業(yè)、家庭、娛樂廳、會議室、大型演唱會、城市地標廣場等場所的布置和裝飾，還可以用于更廣泛方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。 課題研究的意義 本次畢業(yè)設(shè)計 一改傳統(tǒng)的平面流水燈的風格，而是從平面向立體發(fā)展，通過更寬廣的三維空間呈現(xiàn)出更加絢麗的效果，直接沖擊著人們審美視覺，不在停留在乏味的平面成像。光立方主體部分由 64個 LED燈組成，在制作過程中鍛煉學習動手焊接能力，并以低成本，智能化產(chǎn)品對實現(xiàn)經(jīng)濟利益、商業(yè)價值的形成具有積極的推動作用。 光立方的研究極具創(chuàng)意和啟發(fā)，而且可以低成本、高效益的研究未來的 3D技術(shù)。 2 總體設(shè)計 設(shè)計目的 1． 進一步掌握單片機的原理及其功能。學會利用單片機做一些課外電子設(shè)計與制作。 LED 點亮條件及其工作原理。 。 。 工作原理 光立方其功能相當于三維顯示器，只不過光立方是由 LED 燈組成的三維的立方體。光立方顯示的原理簡單的說就是用單片機控制 64 個 LED 燈，在不同時刻點亮要顯示圖案位置所在的燈，利用人眼余輝效應(yīng)，可以看到比較完整的顯示圖案或動畫了。其原理如下： 光立方從下到上共 4 層，每一層 16 個 LED 的負極接到一起，第一層 16 個藍色正極和 16個紅色正極分別單獨引出，第二層的每個正極分別接到它對應(yīng)第一層正極，第三層的正極接第二層的正極。就是豎著看是 8 個接到一個正極上。連在一起的是陰極，這樣焊接起來。光立方引出 4 層引出線加上 16 個正極引出線。 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與實現(xiàn) 元件清單 PCB板 *1， 紅藍雙色超高亮長腳 LED*70， 40P圓排母 *4， 5MMLED 間隔柱 *5， 5MM七彩 LED*5， 15MM銅柱 *5， DC005線 *1， DC005座 *1， 25V470UF電解電容 *1， 1K電阻 *4， 40P芯片底座 *4， 22P 瓷片電容 *1， STC12C5A60S2 芯片 *1， *1， 單芯導線 *1 硬件電路設(shè)計 本電路是由單片機 STC12C5A60S2為控制核心，具有大容量程序存儲器且是 FLASH工藝的，具有串口燒寫編程功能，低功耗；時鐘源電路有很多種，比如阻容低速時鐘源、普通晶體時鐘源、帶緩沖放大的晶體時鐘源等等，考慮到電路穩(wěn)定及材料選購等方面，決定采用普通晶體時鐘源，其中晶體用 的石英晶振。顯示部份由顯示部份由 64個 LED 燈組成來進行顯示。 單片機最小系統(tǒng) 單片機的最小系統(tǒng)就是讓單片機能正常工作并發(fā)揮其功能時所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對 89C51單片機來說， 最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括： 單片機、時鐘電路、復位電路、輸入 / 輸出設(shè)備等 。 單片機的最小系統(tǒng)如下圖所示 : 電路圖設(shè)計 通過電路圖設(shè)計，方便搭建起光立方的架構(gòu) 。 1. 電源 設(shè)計 電路圖 2. 時鐘電路圖 3. 整體電路圖 光立方搭建方法 將 LED從點到線的搭建 首先 接線下燈座的制作方法： 把 40P圓排母用水口鉗或者斜口鉗剪成單針 如下圖所示 把其余元器件焊接好后圖： 將 LED從線到面的搭建 進行八次上訴焊接后接下來就是將 4束的 LED焊接起來。在從點到線時是將所有 LED 的陰極連在一起，而這次則是將所有 LED 陽極彎折并依次連接，如 圖 所示 。注意：由于焊接過程中將產(chǎn)生靜電容易將 LED燒壞，因此本項工作完成后請認真檢查每個燈的好壞，可以用萬用筆等工具檢測。同時檢測燈與燈之間有沒虛焊情況。 將 LED從面到體的搭建 最后一個步驟是將已焊好的 4個面進行焊接，其方法是將之前 8個面上的陰極對應(yīng)位置依次焊接，最后留出的 4個陰極與輸出端進行連接。 實物圖 如下圖所示。 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計 主程序設(shè)計 程序主函數(shù)運行流程框圖如 下 圖 所示 。 軟件測試 光立方主要是通過程序來控制光立方體從而達到多種動畫變化的效果。由于要形成多樣的 3D 動畫，在變成過程中也出現(xiàn)了不少的問題。最后經(jīng)過多次的細心修改，順利的完成了編程工作。 結(jié)果分析 本設(shè)計通過硬件設(shè)備和軟件完美配合，總共呈現(xiàn)十一個連續(xù)的動畫效果。經(jīng)過多次的反復測試與分析 ,所呈現(xiàn)的動畫與程序中預(yù)期的效果吻合，符合設(shè)計要求。在軟硬件測試過程中讓我們對原先設(shè)計的電路的原理及功能進一步熟悉 ,并對各電路模塊和相關(guān)的芯片聯(lián)合工作更加了解。在這個調(diào)試的過程中雖然挺枯燥無味，但鍛煉我們發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力，對我們的專業(yè)知識起到了溫故知新的作用。 5 課程設(shè)計心得體會 此次為期兩個禮拜的課程設(shè)計，讓我感受頗深。最終看到了絢麗多姿，變化多端的 LED光立方的圖案。在中，在很大程度上培養(yǎng)了自己的獨立思考及其動手能力。學會了自己獨立的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題。老師在實驗室指導我們的設(shè)計，在查閱資料仍找不到但答案的還可以請教老師。盡管此次設(shè)計過程中遇到些問題，但最終還是一步一個腳印過來了。此次設(shè)計在丁老師的指導下完成 的，老師扎實的專業(yè)知識，讓我覺得自己還有好多的知識需要去學習。在這大學的時間，要好好的提升自己的相關(guān)技能。 程序代碼 include include define uint unsigned int define uchar unsigned char define MAX_Delay 8 define MIN_Delay 1 sbit S_1 = P1 ^ 1。 sbit S_2 = P1 ^ 2。 unsigned int pwm。 unsigned char TimeDelay = 10。 unsigned char Mode = 1。 unsigned char code tabP2[]={0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F}。 //掃描 uchar s=0。 void DELAY_MS (uchar i){ // unsigned int i。 // while( a != 0){ // for(i = 0。 i 600。 i++)。 // } uchar x,j。 for(j=0。ji。j++) for(x=0。x=148。x++)。 } void Adc_Delay (uint a){ uint i。 while( a != 0){ for(i = 0。 i 600。 i++)。 } } void Delay(uint z) { uint x,y。 for(x=80。x0。x) for(y=z。y0。y)。 } void timer1_init() { TMOD |= 0x10。 TH1 = 0。 TL1 = 0。 ET1 = 1。 TR1 = 1。 EA = 1。 } /******************************************************************************* ********************** AD 轉(zhuǎn)換函數(shù) **************/ /******************************************************************************/ unsigned char Read (unsigned char CHA) { unsigned char AD_FIN=0。 //存儲 A/D 轉(zhuǎn)換標志 CHA amp。= 0x07。 //選擇 ADC 的 8 個接口中的一個（ 0000 0111 清 0 高 5 位） ADC_CONTR = 0x00。 //ADC 轉(zhuǎn)換的速 度（ 0XX0 0000 其中 XX 控制速度，請根據(jù)數(shù)據(jù)手冊設(shè)置） _nop_()。 ADC_CONTR |= CHA。 //選擇 A/D 當前通道 _nop_()。 ADC_CONTR |= 0x80。 //啟動 A/D 電源 Adc_Delay(1)。 //使輸入電壓達到穩(wěn)定（ 1ms 即可） ADC_CONTR |= 0x08。 //啟動 A/D 轉(zhuǎn)換（ 0000 1000 令 ADCS = 1） _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 while (AD_FIN ==0) { //等待 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束 AD_FIN = (ADC_CONTR amp。 0x10)。 //0001 0000 測試 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束否 } ADC_CONTR amp。= 0xE7。 //1111 0111 清 ADC_FLAG 位 , 關(guān)閉 A/D 轉(zhuǎn)換 , return (ADC_RES)。 //返回 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果（ 8 位） } /******************************************************************************* ************* AD 電容式觸摸按鍵檢測程序 ******************/ /*********************************************************************************************/ //bit 1 表示有感應(yīng)物， 0 表示沒有 感應(yīng)物 S1 /**********************************************************************************************/ bit S1(void) { unsigned char R,mm=0,i,j,k。 bit aa。 j=0。k=0。 for(i=0。i10。i++) { //一次采集數(shù)據(jù)的數(shù)量 Adc_Delay(3)。 R=Read(1)。 //讀對應(yīng)的口，觸發(fā)對應(yīng)的觸摸按鍵 if(R0x2f) { //此參數(shù)可調(diào)整感應(yīng)靈敏度值在 0x01 到 0x2F k++。 } if(R == 0xFF) { j++。 } } if(k1