【正文】 XXXX 大學 本科課程設(shè)計 題 目 : 基于單片機的光立方 設(shè)計 姓 名 : 學 號 : 院（系） : 專業(yè)、年級 : 指導(dǎo)教師 : 二○ XX 年 X 月 基于單片機的 4*4*4光立方設(shè)計 1 在當今信息化社會的高速發(fā)展過程中，大屏幕顯示已經(jīng)從公共信息展示等商業(yè)應(yīng)用向 消費類多媒體應(yīng)用滲透。新型的大屏幕要求顯示畫面色彩鮮艷，立體感強，靜如油畫，動如電影，這些設(shè)計廣泛應(yīng)用于交通運輸、車站、商場、醫(yī)院、賓館、證券市場、工業(yè)企業(yè)管理等公共場所。 本設(shè)計旨在利用人眼視覺暫留的特點，通過 AT89C52單片機控制一個 由 64盞 LED燈組成的四層 光立方 模擬 3D顯示效果，實 現(xiàn)三維顯示 。 該光立方具有以下功能： 1）能單獨點亮每一個 LED燈； 2）能點亮任意一條線上的 LED燈； 3）能同時點亮任意一個面上的 LED燈； 4）能同時點亮所有的 LED燈； 5）能讓 LED燈自由亮滅，產(chǎn)生不同的顯示效果 。 單片機資源分配情況 將 LED光立方分成 4層，分別由單片機的 ， ， ， ，四個 IO口來控制每一層， 由于采用的是共陽極所以當層電位為高電平有效 ， 由 P0 口和P1 的總共 16個 IO口來控制 每層的 16盞燈， 低電平有效， P0 口加上拉排阻。這樣就可以通過控制 IO口的輸出電平來控制每盞燈 的亮滅。 系統(tǒng)框圖 本系統(tǒng)主要由時鐘電路、復(fù)位電路、 LED光立方 電路 組成；時鐘電路和復(fù)位電路作為單片機輸入， LED光立方電路作為單片機輸出，顯示出控制結(jié)果 如 圖 2 1所示 。 時鐘電路： 單片機的各個功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，一拍一拍的工作。因此時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。常用的時鐘電路設(shè)計為內(nèi)部時鐘方式，單片機內(nèi)部有一個由反向放大器構(gòu)成的 振蕩 電路，芯片上的 XTAL1和 XTAL2分別為 振蕩 電路的輸入和輸出端。只要在這兩個引腳上接一個石英晶體振蕩器和兩個微調(diào)電容就構(gòu)成內(nèi)部方式的振蕩器電路， 由 振蕩器產(chǎn)生自激振蕩，便構(gòu)成一個完整的 振蕩信號發(fā)生器。 復(fù)位電路：通過某種方式， 使 單片機內(nèi)部各類寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位，復(fù)位主要通過外部電路實現(xiàn)。常見的復(fù)位電路包括 上電復(fù)位、手動一、 設(shè)計任務(wù) 二、 設(shè)計方案 基于單片機的 4*4*4光立方設(shè)計 2 按鍵復(fù)位和看門狗復(fù)位三種方式，本次設(shè)計綜合采用上電復(fù)位方式和按鍵復(fù)位方式。 復(fù)位電路STC 89 C 52 4 * 4 * 4 LED 點陣時鐘電路 圖 2 2系統(tǒng)框圖 程序流程 本項目的程序設(shè)計主要包括延時程序、顯示程序兩個子程序。 顯示程序：主要是在得到當前控制燈的位置后，通過控制與它相連的陰陽兩端的引腳電平，從而 實現(xiàn)對 燈的亮滅 進行控制 。 延時程序：由于顯示程序不能控制燈持續(xù)點亮，達不到顯示效果，我們需要增加延時程序來延長顯示時間從而達到顯示效果。 如圖 22所示 單片機 復(fù)位以后，程序開始運行，獲取到要顯示的 LED所在的層和列然后調(diào)用顯示子程序點亮 LED燈，通過延時程序進行短暫延時后繼續(xù)獲取下一個要顯示的 LED燈的所在的層和列。 開 始取 層 和 列 的 數(shù)調(diào) 用 顯 示 子 程 序調(diào) 用 延 時 程 序 圖 2 3程序流程圖基于單片機的 4*4*4光立方設(shè)計 3 利用單片控制 LED點陣顯示的原理和控制技術(shù)，來 控制光立方顯示。 即 通過編寫程序控制不同 LED的 亮滅，來 顯示 不同 的內(nèi)容。 由于 人眼的 具有視覺暫留的特性，設(shè)置每幅畫面的延遲時間可以使 連續(xù)的一系列畫面呈現(xiàn)動態(tài)。最終達到所要顯示的內(nèi)容。每個燈都是由層控制端（共陽極）和列控制端決定亮或滅。 如 圖 31 a 所示，將光立方分成四層，每一層有一個單片機引腳作為層控制端與之相連，設(shè)計成共陽極。 如圖 31 b 所示每層光立方有 16盞燈，而這 16盞燈又分別 與單片機的 P0、 P1 兩個 IO口組 共 16個 IO口 相連，這樣就能很好地控制每一盞燈的亮滅。 XYZ XYab 圖 31 光立方結(jié)構(gòu)示意圖： a 四層光立方分布結(jié)構(gòu)， b 光立方每層的 LED分布 在三維光立方中采用動態(tài)掃描顯示，這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于 24幀 /秒，人眼看起來就是一個完整的，相對靜止的畫面。最典型的例子就是電影放映機。在電子領(lǐng)域中，因為這種動態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號線 數(shù)量，因此在 LED顯示技術(shù)中被廣泛使用。 圖 32描述了將光立方某個側(cè)面對角線點亮 的過程 三、 工作原理 基于單片機的 4*4*4光立方設(shè)計 4 第 一 幀 第 四 幀第 三 幀第 二 幀 圖 32光立方某個側(cè)面對角線點亮 的 過程 本次設(shè)計完成了對光立方的 系統(tǒng)框架和基本電路的 設(shè)計，最終通過編寫代碼使光立方產(chǎn)生了不錯的顯示效果，基本完成了設(shè)計任務(wù)中的不同要求，但是仍然存在單獨點亮一盞燈亮度不夠等等問題。 經(jīng)過與老師和同學針對這些問題的探討我們得出了與這些問題相關(guān)的一些分析： 1）實際做成的光立方單獨一盞燈點亮時，亮度很高，而點亮一個面時亮度明顯 不夠 分析：這主要是因為這次設(shè)計對于 LED燈采取的是共陽極的方式，所以用單片機一個引腳的電壓帶動一個面進行顯示肯定是遠遠不夠的，經(jīng)過思考，我覺得將設(shè)計改為共陰極的可能會顯示效果更好。 2）光立方有一盞燈總是與設(shè)計程序不符合（該亮的時候是滅的，而該滅的時候又是亮的） 分析：這可能是由于在焊接過程中，將這個 LED燈的陰極和陽極剛好接反了，于是顯示結(jié)果剛好相反。 3）點亮側(cè)面的燈時，出現(xiàn)的是該面的燈按層輪換 分析：這可能是由于延時程序設(shè)計的不合理，導(dǎo)致畫面顯示不流暢，修改延時程序，再進行調(diào)試后正常顯示。 四、 結(jié)果分析 基于單片機的 4*4*4光立方設(shè)計 5 如圖 51所示是光立方設(shè)計底座，其中藍色方框 中 為單片機的最小系統(tǒng)，包括單片機和晶振電路以及復(fù)位電路，紅色方框 中 為 LED列控制端 ，燈座的 引腳分別與單片機的 P0、 P1 的 16個 IO口相連。 圖 52展示的是最終的 顯示效果。 圖 5 1光立方底座 圖 5 2最終顯示效果 五、 實物照 片 基于單片機的 4*4*4光立方設(shè)計 6 元件清單 表 1元件清單 名稱 數(shù)量 LED燈 70個 AT89C52 1片 按鍵 1個 102排阻 1個 100歐電阻 16個 20pF瓷片電容 2個 12MHz 晶振 1個 10uF電容 1個 10K電阻 1個 1K電阻 1個 六、 附： 基于單片機的 4*4*4光立方設(shè)計 7 電路圖 X L A T 1X L A T 2RS TX T A L 1X T A L 2RS TP 2 .0P 2 .1P 2 .2P 2 .3P 1 .0P 1 .1P 1 .2P 1 .3P 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .71 2 3 4876591310111216151421 3 45 6 7 89 10111213141516P2.216151412111091315 62 3 4871 2 3 45 7 8P2.39 10111213141516P2.0 P2.1P 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .712345678P 1 .0P 1 .1P 1 .2P 1 .3P 1 .4P 1 .5P 1 .6P 1 .7 1615141312111096P 1 .4P 1 .5P 1 .6P 1 .7X T A L 218X T A L 119A L E30