【正文】 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)3D光立方畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)摘要光立方是一個(gè)長(zhǎng)、寬、高由888 個(gè)LED 燈組成的真實(shí)3D 立方體顯示器。其最大的特點(diǎn)，就是帶給觀賞者立體的超酷的3D視覺(jué)體驗(yàn)。因此各大網(wǎng)站也充斥著各種各樣的光立方版本。但是這各種版本的光立方的制作方法都很復(fù)雜，而且成本也很高，而本設(shè)計(jì)與之相比則制作簡(jiǎn)單精美，成本低廉。為保證光立方精美的外形，本設(shè)計(jì)還提供了一種光立方的制作模板，以確保將動(dòng)手能力導(dǎo)致的美觀差異降到最低。為降低其成本，本設(shè)計(jì)采用了STC12C5A60S2單片機(jī)，這種單片機(jī)自帶有A/D轉(zhuǎn)換模塊；使用的鎖存器是常用的SN74HC573。這樣可以保證在降低制作成本的情況下，毫不影響作品的美觀；再加上顯示效果極佳的高亮霧面的藍(lán)色方形LED，硬件電路無(wú)需添加額外的驅(qū)動(dòng)和上拉電阻，即可實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大的功能：除了能顯示3D 圖形，還可以支持多級(jí)亮度和速度調(diào)整，允許用戶(hù)自拓展音頻顯示功能，就像音樂(lè)顯示器一樣。用戶(hù)還可以在不改動(dòng)硬件電路的情況下設(shè)計(jì)出自己喜歡的的自定義圖形。這些充分體現(xiàn)了制作成本低、顯示效果好、功能完善的特點(diǎn)。最后，經(jīng)過(guò)軟硬件調(diào)試，解決了一些硬件電路短路，程序報(bào)錯(cuò)的問(wèn)題，完美地實(shí)現(xiàn)了多種圖形動(dòng)態(tài)顯示，流暢的圖形變換和音頻顯示的多種功能。關(guān)鍵詞： 光立方 制作模板 音頻顯示 A/D轉(zhuǎn)換ABSTRACTLightcube is a long, wide, high is posed of 8 x 8 x 8 leds true 3 d volumetric display. Its biggest characteristic, is to bring the viewer stereo cool 3 d visual experience. So each big web site is filled with all kinds of cubic light version.But all versions of this light cubic method is very plex, and the cost is also high, and pared with this design is beautifully simple and low cost.In order to ensure the exquisite cubic shape, this design also provides a light cube production template, to ensure that the ability to appearance difference to a minimum.To reduce its cost, this design USES STC12C5A60S2 MCU, the MCU builtin A/D conversion module。 Use the latch is SN74HC573 in mon use. So that in the case of lower production costs, not effect the beauty of the works。 Plus showed excellent results highlighted square LED fog below in blue, don39。t need to add additional hardware circuit drive pull up resistance, and its powerful functions can be realized: in addition to display 3 d graphics, can support multiple levels of brightness and speed adjustment, allows the user to expand the audio display function, like music display. Users can also in the case of do not change the hardware circuit design their own custom graphics. These fully reflect the production of low cost, good effect of display, the characteristics of the function is perfect.Finally, after the hardware and software debugging, solve some of the short circuit hardware circuit, program error, perfect the dynamic variety of graphic display, smooth graphics transform and audio display a variety of functions.Key words: lightcube making stencil audiodisplay A/D conversion目錄引言 1 1 2 2光立方的設(shè)計(jì)方案 3 3 3 3硬件設(shè)計(jì) 4 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 4 4 7 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 7 負(fù)極驅(qū)動(dòng)芯片 8 正極驅(qū)動(dòng)芯片 10 11 11 LED地址對(duì)照表 11 12軟件設(shè)計(jì) 14 自定義頭文件 14 17 18 LED顯示核心思想 19 21硬件焊接與調(diào)試 21 本設(shè)計(jì)所需材料 21 21 74HC573芯片 22 22 其他材料 23 24 27 27 總結(jié) 29致謝 30參考文獻(xiàn) 31附錄 32引言LED射燈是指發(fā)出的光線是方向性的(directional)的LED燈泡,主要類(lèi)型有MR16,GU10,PARseries.LED球泡燈是指發(fā)出的光線為發(fā)散性的LED燈泡,主要類(lèi)型為:E27base.按照功率來(lái)分,LED燈泡可分為:小功率(主要為5mmLED生產(chǎn)的)和大功率(主要1 W,3 W ,甚至5 W LED生產(chǎn)的)。同時(shí),市場(chǎng)上也存在超大功率(比如,50W的LED射),但是這種未經(jīng)過(guò)市場(chǎng)檢驗(yàn),也未見(jiàn)得有很大市場(chǎng)。其中,小功率的LED射燈,球燈為最早設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的LED燈泡,已經(jīng)大規(guī)模采用,但是質(zhì)量良莠不齊。這燈泡主要是在國(guó)外的零售網(wǎng)站上進(jìn)行銷(xiāo)售,比如,,而大功率的LED射燈,球泡燈為最近23年才大規(guī)模使用和推廣的,總體來(lái)說(shuō)要比小功率的LED燈泡穩(wěn)定許多。隨著大功率LED的價(jià)格下降,大功率LED燈泡將會(huì)為市場(chǎng)主流。總體來(lái)說(shuō),目前LED燈的市場(chǎng)上,不論是生產(chǎn)商,采購(gòu)商還是終端客戶(hù),都不專(zhuān)業(yè),大多數(shù)還只是憑經(jīng)驗(yàn)或者外觀等主觀臆斷來(lái)判斷產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。在產(chǎn)品外觀雷同的情況下,讓人可以接受的價(jià)格和良好的銷(xiāo)售策略起主導(dǎo)作用。另一方面，從電子愛(ài)好者網(wǎng)站，《無(wú)線電》雜志等一些媒體可以看出，國(guó)內(nèi)越來(lái)越的的人正在加入電子愛(ài)好者的行列。伴隨著這樣的趨勢(shì)，作為常用的電子器件之一的LED，其使用量將會(huì)越來(lái)越大，普及速度也會(huì)越來(lái)越快。而作為一個(gè)忠實(shí)的電子愛(ài)好者，美觀時(shí)尚應(yīng)當(dāng)是我們的不懈追求，引領(lǐng)更多的初學(xué)者走上電子愛(ài)好者之路更是值得我們努力的。而3D光立方所能帶來(lái)的震撼力和吸引力是其他電子設(shè)計(jì)所不能動(dòng)搖的。其實(shí)光立方這個(gè)名字早已出現(xiàn)過(guò)，也有人嘗試制作過(guò)，每個(gè)制作過(guò)的人都會(huì)被其超酷的3D 顯示效果所震撼，我就是其中之一。然而在網(wǎng)上搜索了大量相關(guān)資料后，我發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)上各種版本的光立方的制作方法都很復(fù)雜，而且成本也很高，所以我想找出一種相對(duì)成本較低，制作方法簡(jiǎn)單，便于廣大電子愛(ài)好者學(xué)習(xí)制作的方法。這種方法如果實(shí)現(xiàn)，不僅會(huì)為L(zhǎng)ED市場(chǎng)帶去不少的盈利，同樣也能引領(lǐng)更多的人加入電子愛(ài)好者的隊(duì)伍中，可謂一舉兩得。　其實(shí)，對(duì)于許多電子愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，光立方并不陌生。它的功能也在許多人的開(kāi)發(fā)下越來(lái)越強(qiáng)大。每一個(gè)見(jiàn)過(guò)光立方效果的，都會(huì)被其超酷的3D顯示效果所震撼，我就是其中之一。但是，在搜索了大量相關(guān)資料后，我卻發(fā)現(xiàn)，各種版本的光立方的制作方法都很復(fù)雜，不僅需要很強(qiáng)的動(dòng)手能力來(lái)組裝512個(gè)排列整齊的LED和金屬支架，還需要有足夠的耐心設(shè)計(jì)一大堆單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片，最后還要為硬件成品設(shè)計(jì)顯示程序，好讓光立方動(dòng)起來(lái)。雖然市場(chǎng)上流通著的光立方中，有一種整機(jī)只有一個(gè)芯片的光立方，但是價(jià)格不菲。到目前為止，尚未出現(xiàn)過(guò)一套既制作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉又功能強(qiáng)大的光立方完整設(shè)計(jì)方案。開(kāi)篇引言主要介紹研究的意義和目前光立方的研究現(xiàn)狀。提出了光立方的基本功能和總體設(shè)計(jì)方案，使得讀者對(duì)整體設(shè)計(jì)有一個(gè)總體的了解。之后第三章開(kāi)始仔細(xì)介紹設(shè)計(jì)的各個(gè)部分。第三章先從硬件設(shè)計(jì)入手，可以給讀者對(duì)設(shè)計(jì)有一個(gè)具體的了解。硬件設(shè)計(jì)主要包括包括控制電路，驅(qū)動(dòng)電路和顯示部分。第四章是本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)部分，在熟悉硬件部分之后，軟件設(shè)計(jì)的具體闡述便于讀者深入理解該設(shè)計(jì)的核心思想，從而開(kāi)發(fā)出自己的程序。第五章主要對(duì)設(shè)計(jì)的材料選取和硬件焊接做了詳細(xì)的說(shuō)明，便于廣大電子愛(ài)好者自己動(dòng)手制作。最后，該論文對(duì)整體設(shè)計(jì)的軟硬件測(cè)試過(guò)程做出詳細(xì)的總結(jié)，以便讀者在遇到相似的問(wèn)題時(shí)，能夠更快的找到合適的解決方案。光立方的設(shè)計(jì)方案8*8*8LED陣列3D光立方體顯示器，設(shè)計(jì)方案精簡(jiǎn)，電路簡(jiǎn)潔，采用的材料是高亮藍(lán)色霧面LED燈，可以達(dá)到光立方最佳視覺(jué)效果。 連貫圖形顯示效果，渾然一體，一氣呵成。能給用戶(hù)帶來(lái)立體的可視的震撼視覺(jué)效果。 程序內(nèi)置壞點(diǎn)檢測(cè)部分，以及多種圖形顯示模塊。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的LED 陣列制作模板，讓LED 陣列制作簡(jiǎn)單快速。套件制作因此變得簡(jiǎn)單。初學(xué)者也可以制作出規(guī)范、美觀的成品。具有音頻顯示模式，可隨音頻同步顯示，給用戶(hù)和制作者超炫酷體驗(yàn)。全開(kāi)放式用戶(hù)自定義操控，用戶(hù)可根據(jù)自己的喜好自行編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的程序。光立方內(nèi)置三個(gè)模式：圖形顯示模式、音頻顯示模式、夜燈模式。該光立方設(shè)計(jì)方案，其核心分為三個(gè)部分：控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電路和顯示部分?？傮w設(shè)計(jì)圖如下頁(yè)圖（）：本設(shè)計(jì)是用STC125A60S2單片機(jī)做控制芯片的，由單片機(jī)上的P2口來(lái)控制8個(gè)鎖存器的鎖存端，以此決定數(shù)據(jù)的輸入和鎖存。其中這8個(gè)鎖存器每個(gè)鎖存器都各控制一層LED面（含64個(gè)LED）。P0口8個(gè)額引腳則對(duì)應(yīng)鎖存器上的8路輸入。這樣64個(gè)陽(yáng)極控制就設(shè)計(jì)完成了，P3口的8各引腳則負(fù)責(zé)8層LED的負(fù)極控制。這樣512個(gè)LED每一個(gè)都有單獨(dú)的位置編碼，燈的亮滅可以由自由控制。P4口的4,5,6引腳則用來(lái)接三個(gè)按鍵，分別控制：圖形顯示、音頻輸出、夜燈模式，這三個(gè)模式的選擇。，當(dāng)選擇音頻顯示模式時(shí)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)自帶A/D轉(zhuǎn)換所以只需要在程序里做FFT變換即可?？偟膩?lái)說(shuō)，本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心的集3D顯示，音頻顯示和用戶(hù)自定義功能為一體的強(qiáng)大光立方設(shè)計(jì)方案。硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)制作光立方使用的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板采用了宏晶科技新推出的1T 增強(qiáng)型51 單片機(jī)中功能較為強(qiáng)大的一款——STC12C5A60S2。此芯片集成了各種高性能工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，并且與傳統(tǒng)51 在資源布局上有完全的兼容性，大部分傳統(tǒng)51 的程序可以直接拿過(guò)來(lái)使用無(wú)需做修改。與傳統(tǒng)51 不同的是，STC12C5A60S2 是1T 內(nèi)核，速度是傳統(tǒng)51 單片機(jī)的12 倍，遇到對(duì)延時(shí)有要求的地方，延時(shí)時(shí)間會(huì)變成傳統(tǒng)51 的1/12。STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快812倍。內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S，即25萬(wàn)次/秒),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。以下是單片機(jī)管腳圖及功能介紹。單片機(jī)管腳圖，如下圖（）：：其單片機(jī)簡(jiǎn)介：1. 增強(qiáng)型 8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)80512. 工作電壓：STC12C5A60S2 系列工作電壓： （5V單片機(jī)）STC12LE5A60S2 系列工作電壓： （3V單片機(jī)）3. 工作頻率范圍：0～35MHz，相當(dāng)于普通8051的 0～420MHz4. 用戶(hù)應(yīng)用程序空間 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 64K 字節(jié)5. 片上集成1280字節(jié) RAM6. 通用I/O口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，??強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)120mA7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/ IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器可通過(guò)串口（）直接下載用戶(hù)程序，數(shù)秒即可完成一片8. 有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部EEPROM)9. 看門(mén)狗（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）11. 外部掉電檢測(cè)電路: ，誤差為177。5%, ，誤差為177。3%12. 時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為177。5% 到177。10% 以?xún)?nèi))用戶(hù)在下載用戶(hù)程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C 振蕩器還是外部晶體