【正文】 基本要求 1． 2．設(shè)計(jì)三、主要參考資料 1．：電子工業(yè)出版社， 20212．：高等教育出版社， 20213． 趙景波 .Prote199SE應(yīng)用與實(shí)例教程 .北京：人民郵電出版社， 20214．尹勇 .Multisim 電路仿真入門(mén)與進(jìn)階 .北京：科學(xué)出版社， 20215．：電子工業(yè)出版社， 20216．：高等教育出版社， 2021鄭州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 課題名稱 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 課題來(lái)源 教師命題 課題類型 EX 指導(dǎo)教師 朱小會(huì) 學(xué)生姓名 王德敏 學(xué) 號(hào) 202131011 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容：（調(diào)研資料的準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)的目的、要求、思路與預(yù)期成果；任務(wù)完成 的階段內(nèi)容及時(shí)間安排；完成設(shè)計(jì)（論文）所具備的條件因素等。加上《模電》《數(shù)電》的學(xué)習(xí)，理解了 LED 共陰和共陽(yáng)接法不同的驅(qū)動(dòng)方法。 LED 顯示屏顯示畫(huà)面色彩鮮艷，立體感強(qiáng)，靜如油畫(huà)，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、車(chē)站、商場(chǎng)、醫(yī)院、賓館、證券市場(chǎng)、工業(yè)企業(yè)管理公共場(chǎng)所。每個(gè)燈都是由片選端口和控制端口共同決定亮或滅。同時(shí)又增加了顯示的花樣和立體圖案顯示效果，可以廣泛用于傳媒信息顯示和各種裝飾顯示，為將來(lái)顯示技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展指導(dǎo)了方向，光立方顯示比發(fā)光二極管點(diǎn)陣更具有視覺(jué)效果，而且畫(huà)面圖案更加非富多彩。 關(guān)鍵詞 51 單片機(jī) /74LS574 鎖存器 /8*8*8/LED 顯示 the?design?of?LIGHT cube Based? on?the?microcontroller ABSTRACT This design produced a threedimensional pattern of the LED light cube. This product can not only like a lightemitting diode dot matrix display plane static or dynamic screen can also display threedimensional static or dynamic images， and to break the traditional increasing the display patterns and threedimensional effect can be widely used to display and decorative display for future progress and development to guide the direction， light cube display more visual effects than the lightemitting diode dot matrix， and the picture is more rich colorful. With a bination of graphics and characters more perfect display characteristics. The design is AT89S52 MCU core controller， eight D edge flipflop 74LS574 tristate expansion I / O port pletion of the hardware circuit design. Programmed by software to control the data is downloaded to the MCU to plete the designs of the show. This design software is a topdown modular design， the system moving in the direction of distributed， small development， enhance the stability of the system39。 LED 顯示屏一般分為圖文顯示屏和視頻顯示屏，均由 LED 矩陣塊組成。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì) LED 顯示器的認(rèn)識(shí)不斷加深，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣。我國(guó)的 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)?；A(chǔ)材料的產(chǎn)業(yè)化，使 LED全彩色顯示產(chǎn)品成本下降，應(yīng)用加快發(fā)展。 設(shè)計(jì)的總體要求及方案選擇 本次設(shè)計(jì)制作一個(gè) 8*8*8 的三維的發(fā)光二極管立方顯示體，能夠通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)發(fā)光二級(jí)管的亮滅控制，從而可以顯示多種多樣的圖案。按照?qǐng)D文運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)又可以分為閃爍、平移、旋轉(zhuǎn)、縮 放等多種顯示模式。編寫(xiě)硬件電路的相對(duì)應(yīng)軟件程序部分，利用仿真軟件對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試修改。 （ 2）方案實(shí)現(xiàn) 以設(shè)計(jì)要求為指導(dǎo)思想選擇合適的器件來(lái)實(shí)現(xiàn)這一思想，選擇器件時(shí)要從功能和電氣特性兩方面來(lái)選擇和論證。程序按功能分為靜態(tài)顯示、動(dòng)態(tài)顯示、通信等幾個(gè)功能上相對(duì)獨(dú)立的模塊。在軟件測(cè)試中出現(xiàn)程序整合工作不協(xié)測(cè)等問(wèn)題。 系統(tǒng)總體硬件方案選擇 3D 顯示屏控制器 單片機(jī) DSP 芯片 串口通訊芯片的選擇 AT89S52 串行口采 用的是 TTL 電平，與上位機(jī)通信時(shí)，必須要有電平轉(zhuǎn)換電路，可以選擇 1488， 1489， 232。 基于以上分析，決定選取 232 作為串行通信芯片。從而在各種各樣的傳媒信息的宣傳中得以體現(xiàn)。 全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色， 256 級(jí)灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬(wàn)種顏色。 75mm、Φ 5mm。整個(gè)過(guò)程包括以下幾個(gè)步驟： （ 1）構(gòu)想電路模型 （ 2）設(shè)計(jì)電路原理圖 （ 3）校對(duì)后輸出原理圖 （ 4）產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表 （ 5）設(shè)計(jì)印刷電路板 （ 6）檢查后輸出 PCB 板圖 方案二： PROTUES 是英國(guó) Labcenter 公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。目前支持的單片機(jī)類型有： ARM7 LPC21xx 、 8051/52 系列、 AVR 系列、 PIC10/12/16/18 系列、 HC11 系列以及多種外圍芯片。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。軟件的編寫(xiě)需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機(jī)中執(zhí)行。 C 語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，可產(chǎn)生壓縮代碼。 4 能夠?qū)﹃P(guān)鍵代碼進(jìn)行更準(zhǔn)確的控制，避免因線程共同訪問(wèn)或者硬件設(shè)備共享引起的死鎖。 系統(tǒng)軟件編譯器介紹 語(yǔ)言編寫(xiě)的程序并不能被單片機(jī)直接執(zhí)行還需要編譯為單片機(jī)可執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言。電路大體上可以分成控制、顯示驅(qū)動(dòng)電路、電路三部分。將以此方案為指導(dǎo)思想展開(kāi)具體的硬件電路設(shè)計(jì) 。單片機(jī)屬于數(shù)字電路中的器件，所以這里需要選擇 +5V 的直流電源。穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路或單片機(jī)電路的電源。 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生 AT89S52 單片機(jī)工作時(shí)必需的控制信號(hào)。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 圖 時(shí)鐘電路圖 復(fù)位電路設(shè)計(jì) AT89S52 單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)或者出現(xiàn)死機(jī)時(shí) 需要復(fù)位，使 CPU 以及其他功能部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始。上電復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)（高電平有效）由RST 對(duì) AT89S52 單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位 圖 按鍵電平復(fù)位電路圖 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)繼電器是本設(shè)計(jì)中的本設(shè)計(jì)中的繼電器采用，繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的繼電器就是電子機(jī)械開(kāi)關(guān)，它是用漆包銅線在一個(gè)圓鐵芯上繞幾百圈至幾千圈，當(dāng)線圈中流過(guò)電流時(shí)，圓鐵芯產(chǎn)生了磁場(chǎng)，把圓鐵芯上邊的帶有接觸片的吸住，使之?dāng)嚅_(kāi)第一個(gè)觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）而接通第二個(gè)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)），這一過(guò)程稱為電磁繼電器的啟動(dòng)，繼電器啟動(dòng)的結(jié)果是把常閉觸點(diǎn)所接的外電路斷開(kāi)和把常開(kāi)觸點(diǎn)所接的外電路接通。 圖 電磁繼電器的原理圖 當(dāng)控制的開(kāi)關(guān)閉合電磁鐵便具有磁性，將銜鐵吸下，使繼電器觸點(diǎn)接觸，與觸點(diǎn)相連接的電源電路便接通當(dāng)控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電磁鐵的磁性被撤消，繼電器觸點(diǎn)彈開(kāi)，電源電路亦隨之?dāng)嚅_(kāi)。緩沖輸出的控制輸入將使八個(gè)輸出處于正常狀態(tài)（高電平或低電平）或處于高阻狀態(tài)。 OE39。除了單片機(jī)要與 PC 機(jī)制定通信協(xié)議，確定發(fā)送速率外 還需要解決的問(wèn)題就是信號(hào)電平問(wèn)題。用于測(cè)試程序，以及系統(tǒng)軟件的?？紤]到 P0 口必需設(shè)置上拉電阻，我們采用 47 kΩ排電阻作為上拉電阻 LED 光立方整體顯示框圖 在三維光立方中采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，這種顯示方式巧妙 地利用了人眼的視覺(jué)暫留特性?，F(xiàn)描述一下用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方式，顯示字符“ B”的過(guò)程。通過(guò)控制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示。 顯示程序的設(shè)計(jì) 41 LED 顯示屏的 動(dòng)態(tài)掃描顯示是把整個(gè) LED 屏幕分成若干部分，每一幅畫(huà)面是顯示完一部分后，又顯示第二部分??直到顯示完最后一部分又重新開(kāi)始顯示第一部分，重復(fù)循環(huán)進(jìn)行在重復(fù)掃描速度足夠快的情況下，我們看到的就是一幅穩(wěn)定的畫(huà)面也就是說(shuō)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示需要不斷進(jìn)行畫(huà)面的刷新動(dòng)態(tài)掃描分為行掃描和列掃描兩種方式區(qū)別在于選通端和數(shù)據(jù)輸入端分別是行還是列。如此依次循環(huán)選通各列來(lái)顯示所需畫(huà)面。很多單片機(jī)控制的設(shè)備中都有設(shè)置人工復(fù)位電路。所謂“指令冗余”，就是在一些關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)的空操作指令 NOP?！败浖葳濉笔且粭l引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將捕獲的 程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專門(mén)處理錯(cuò)誤的程序。 （ 2）未使用的大片 EPROM 空間。由于 表格的內(nèi)容與檢索值有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此只能在表格的最后安排陷阱設(shè)置指令?？稍诰€系統(tǒng)編程的意思是指電路板上的可編程下載的空白元器件可以直接編程寫(xiě)入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下可重復(fù)編程邏輯器件。燒錄完成成功后會(huì)有提示。可以看到，在圖 2 中左下角的元器件選擇窗口中列出了從原理圖加載過(guò)來(lái)的所有元器件。 圖 四引腳開(kāi)關(guān)封裝 規(guī)劃電路板并設(shè)置相關(guān)參數(shù) （ 1）規(guī)劃電路板 在 ARES 6 Professional 窗口中選中 2D 畫(huà)圖工具欄的圖標(biāo)，在底部的電路層中選中 Board Edge 層（黃色），即可以單擊鼠標(biāo)左鍵拖畫(huà)出 PCB 板的邊框了。單擊 System 中的Set Default Rules 項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框中設(shè)置規(guī)則參數(shù)，有焊盤(pán)間距、線與焊盤(pán)間距、線與線間距等一些安全允許值。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，可以在 System和 Tools 中去設(shè)置完成。本設(shè)計(jì)線采用自動(dòng)布局然后手動(dòng)調(diào)整的方式。在布線時(shí)盡量要把焊盤(pán)測(cè)大一些以有利于后續(xù)的焊接工作。 然后是設(shè)置要打印的輸出電路層。因?yàn)椴季€是在底層進(jìn)行的，所以在打印布線層時(shí)，在 Bottom Copper 和 Board Edge 選項(xiàng)前打勾，表示選中要打印輸出；而在打印元件的布局層（絲印層）時(shí)，在 Top Silk 和 Board Edge 選項(xiàng)前打勾（這一層在打印時(shí)注意需要選擇鏡象打?。?； Scale 選項(xiàng)是打印輸出的圖紙比例，選 100%； Rotation 和 Reflection 選項(xiàng)分別是橫向 /縱向輸出和是否要鏡象的設(shè)置。單面板 單面 PCB ――絕緣基板上僅一面具有導(dǎo)電圖形的印制電路板 PCB。系統(tǒng)測(cè)試檢測(cè)可以分為硬件系統(tǒng)測(cè)試和軟件系統(tǒng)測(cè)試。 實(shí)驗(yàn)和測(cè)試常用的儀器有：萬(wàn)用 表、穩(wěn)壓電源、示波器、等。動(dòng)態(tài)檢測(cè)與測(cè)試動(dòng)態(tài)測(cè)試是在靜態(tài)測(cè)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，測(cè)試的方法地在電路的輸入端加上所需的信號(hào)源，并循著信號(hào)的注射逐級(jí)檢測(cè)各有關(guān)點(diǎn)的波形、參數(shù)和性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，如必要對(duì)電路參數(shù)作進(jìn)一步調(diào)整。 4）測(cè)量?jī)x器的帶寬必須大于被測(cè)量電路的帶寬。判斷辦法就是用萬(wàn)用表測(cè)量單片機(jī)時(shí)