【正文】 sign Toolbar 中的圖標(biāo)或通過 Tools 菜單的 Netlist to ARES 命令打開 ARES 6 Professional 窗口如圖 所示。 版層設(shè)置圖見 圖 。 我 采用手 動(dòng)布局的方式，則在左下角的元件選擇窗口中選中元件，在 PCB 板邊框中適當(dāng)位置單擊左鍵，就可以把 元件放入。先單擊 Output 選項(xiàng)中的 Set Output Area 選項(xiàng)，按住鼠標(biāo)左鍵并拖動(dòng)，選中要輸出的版圖。目前單 面板 和 雙面板 的應(yīng)用最為廣泛 。 本次設(shè)計(jì)制作 PCB 版采用的是單層剛性印制板。設(shè)置好以后就可以打印了，布線層的打印效果圖 見 。自動(dòng)布線版圖 見圖 ，調(diào)整 布線 覆銅 見 圖 。 圖 設(shè)置板層參數(shù) 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 36 元件布局及調(diào)整 電路板的規(guī)則設(shè)計(jì)好以后，就可導(dǎo)入元件并布局。邊框的大小就是 PCB 板的大小，所以在畫邊框時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際，用測量工具 來確定尺寸大小， 本設(shè)計(jì)電路板采用 150mm*200mm 的單層覆銅 版 。 繪制電路原理圖并仿真測試 在 Proteus 6 Professional 中用 ISIS 6 Professional 設(shè)計(jì)好電路原理圖，并結(jié)合 WAVE 進(jìn)行軟件編程和硬件的仿真測試。 ISP 軟件程序下載 ISP（ InSystem Programming）是當(dāng)今流行的單片機(jī)編程模式。 51 單片機(jī)的中斷向量區(qū)為 0003H～ 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 31 002FH，在剩余的中斷向量區(qū)安排“軟件陷阱”，以便能捕 捉到錯(cuò)誤的中斷。 采用“指令冗余”是使“跑飛”的程序恢復(fù)正常的一種措施。 把 顯示的數(shù)據(jù)送到 P0 口，相應(yīng)的鎖存器接收數(shù)據(jù)，再把 片選 鎖存器的數(shù)據(jù)送到端口，相應(yīng)鎖存器接收數(shù)據(jù)并鎖存輸出顯示，接著把下一組數(shù)據(jù)送到 P0 口，改變片選鎖存器的數(shù)據(jù)，送到相應(yīng)鎖存器輸出顯示，直到把所有的數(shù)據(jù)局輸出傳送完畢后，顯示完成后，退出 顯示程序，等待指令。 也就是說采用動(dòng)態(tài)掃描顯示需要不斷進(jìn)行畫面的刷新 。首先分析程序所要實(shí)現(xiàn)的功能，程序要實(shí)現(xiàn) 可 靜態(tài)顯示 、 動(dòng)態(tài)顯示 、三維立體顯示 。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(gè)完整的，相對靜止的畫面?？紤]到P0 口必需設(shè)置上拉電阻，我們采用 kΩ 排電阻作為上拉電阻 。其中最頂層的對應(yīng)最靠近 DC 電源插座的陽極座。 進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)線行內(nèi)共陽的操作。 （ 2） LED 亮度測試方法 1）可使用兩節(jié)常見的 的干電池判斷 LED 的陽極陰極。本系統(tǒng)軟件編寫的程序可直接通過 PC 機(jī)的串行口，再經(jīng)過 MAX232 電平轉(zhuǎn)換下載到單片機(jī)中，從而去執(zhí)行相應(yīng)的功能。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與 RS232C 制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用 [12]。 74LS574 的邏輯功能見表。引腳排布圖見 。整個(gè)繼電器由塑料或有機(jī)玻璃防塵罩保護(hù)著，有的還是全密封的，以防觸電氧化 [11]。當(dāng)上電時(shí)， C1 相當(dāng)于短路，有時(shí)碰到干擾時(shí)會(huì)造成錯(cuò)誤復(fù)位，可在復(fù)位端加個(gè)去耦電容，可以 復(fù)位電路更加可靠 。 時(shí)鐘 頻率 fosc采用 12MHZ， C C2的電容值取 30pF，電容的大小起頻率微測的作用。 只要單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 上的 復(fù)位信號要持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)時(shí)鐘周 期）以上， 就可以 使 AT89S52 單片機(jī)復(fù)位。 該 穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路或單片機(jī)電路的電源。由 單片機(jī) 給出的行選通信號，從第一 列 開始，按順序依次對各 列 進(jìn)行掃描 選通，根據(jù)鎖存器的特性可以把數(shù)據(jù)鎖存輸出。 這樣就在你保存那個(gè) *.ASM 文件的目錄編譯生成了相關(guān)的 *.BIN、 *.HEX 文件，此時(shí)你只要連接好編程器，打開編程器的操作軟件。 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 12 基于以上 分析 決定采用 匯編 語言為該顯示系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 的編程語言。與匯編相比 ， C 的編譯效率低，硬件可操控性比較差，目標(biāo)代碼體積大 。最后還要選擇一款與所選單片機(jī)的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機(jī)中執(zhí) 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 11 行。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等測試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和測試環(huán)境，如 Keil C51 uVision WAVE 偉福 等軟件。 基于以上分析結(jié)果，加上由于成本和控制的難易程度，決定選取 單色藍(lán)光 LED 作為 本次設(shè)計(jì) 顯示色彩 ，亮 度高，顯示效果 很 好 [7]。 1） 按顏色分類 單基色顯示屏 ： 單一顏色（紅色、 綠色 、黃色、藍(lán)色等等 ）。 方案二：采用單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232，電源與單片機(jī)供電相同，外圍電路簡單、 可靠 。否則顯示會(huì)出現(xiàn)不亮、半亮的現(xiàn)象 ，影響顯示效果。 基于以上分析，決定 選取 LM7805 三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路作為系統(tǒng)供電 電源?，F(xiàn)在市場上常用的單片機(jī)主要有 MCS5 AVR、ARM、 PIC 等。 DSP 區(qū)別于一般微處理器的另一重要標(biāo)志是硬件乘法器以及特殊指令，一般微處理器用軟件實(shí)現(xiàn) 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 6 乘法，逐條執(zhí)行指令，速度慢。它有很強(qiáng)的接口性能，非常適合于工業(yè)控制，因此又叫微控制器 (MCU)。在軟件測試中出現(xiàn)程序整合工作不協(xié)測等問題。 （ 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選擇和論證。按照圖文運(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。基礎(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 。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，人們對 LED 顯示器的認(rèn)識不斷加深，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。 關(guān)鍵詞 51單片機(jī) /74LS574鎖存器 /8*8*8/LED顯示 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) II 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。 ： 電子 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，數(shù)字圖書萬方數(shù)據(jù)庫。與指導(dǎo)老師共同來完成軟件的編寫 第四階段：第 8 學(xué)期 89 周 依據(jù)電路原理圖焊接實(shí)際電路，經(jīng)檢查電路沒有虛焊、漏接、錯(cuò)接等問題后， 下載程序調(diào)試電路達(dá)3D 光立方顯示的預(yù)期成果。 四、設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)根據(jù)二極管點(diǎn)陣的原理由單片機(jī) I/O 口控制點(diǎn)亮不同的二極管 從而 組成 出 不同的畫面，根據(jù)人眼的視覺暫留現(xiàn)象即當(dāng)物體移去時(shí)視覺神經(jīng)對物體的印象不會(huì)立即消失而是要延續(xù) 秒的時(shí)間 ，來設(shè)置每幅畫面的延遲時(shí)間使連續(xù)的一系列畫面呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)。 二、設(shè)計(jì)目的 在當(dāng)今現(xiàn)代信息化社會(huì)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(fèi)類多媒體應(yīng)用滲透。加上《模電》《數(shù)電》的學(xué)習(xí)，理解了 LED 共陰和共陽接法不同的驅(qū)動(dòng)方法。通過學(xué)習(xí)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》一書， 知道 LED 顯示分靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，以及兩種顯示的控制方法。于是我最終確定也制作一個(gè)藍(lán)色 LED 顯示 8X8X8 的光立方。 3．通過大量編寫程序調(diào)試實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)果分析研究數(shù)據(jù)形成規(guī)律，對規(guī)律總結(jié)得出結(jié)論并初步確定算法。 第三階段：第 8 學(xué)期 57 周 編寫硬件電路的軟件程序部分，利用仿真軟件對程序進(jìn)行調(diào)試修改。 ：烙鐵，萬用表，電腦， Proteus、 protel 軟件等等。軟件采用自上而下的模塊化設(shè)計(jì)思想，使系統(tǒng)朝著分布式、小型化方向發(fā)展，增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和運(yùn)行的穩(wěn)定性。 而且顯示 畫面色彩鮮艷，立體感強(qiáng)，靜如油畫，動(dòng)如電影，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)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 [1]。 （ 2） LED 顯示屏的發(fā)展趨勢 二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時(shí)代。與靜態(tài)顯示模式相對應(yīng)，就有各種動(dòng)態(tài)顯示模式，它們所顯示的圖文都是能夠變化的。最終選定了以 8 位 51 系列 單片機(jī)為核心控制器件，外加 I/O 擴(kuò)展電路和層驅(qū)動(dòng)電路 來 設(shè)計(jì)方案 滿足設(shè)計(jì)要求 。在硬件測試中發(fā)現(xiàn)有單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)能力不足、驅(qū)動(dòng)電路工作不穩(wěn)定 、LED 顯示不正常 等 問題。 方案一： 單片機(jī) 單片機(jī)是集成了 CPU， ROM， RAM 和 I/ O 口的微型計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、便攜式計(jì)算機(jī)和便攜式儀表、雷達(dá)、圖像、航 空、家用電器、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。 基于以上分析，三種 設(shè)計(jì)方式相比較各有優(yōu)點(diǎn)且都能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能，但單片機(jī)的技術(shù)門檻較低開發(fā)成本也較低非常適合初學(xué)者進(jìn)行學(xué)習(xí)和鍛煉使用。不僅功率上可以滿足系統(tǒng)需要，不需要更換電源，并且比較輕便，使用更加安全可靠。 層面 控制 驅(qū)動(dòng)電路 由于當(dāng) 512 個(gè) LED 同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r，層面積 聚電流大，需要把電流放大才能驅(qū)動(dòng)。 方案一：采用 1488 或 1489 芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，但在使用中發(fā)現(xiàn)這兩種芯片可靠性不高，且需要正負(fù) 12V 電源，電路搭建 麻煩。簡述其分類方法如下。 室外屏：Φ 10mm、Φ 12mm、Φ 16mm、Φ 19mm、Φ 21mm、Φ 26mm。 3）提供軟件測 試功能。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。 C 語言是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生壓縮代碼。 6) 能夠最大限度地發(fā) 揮硬件的功能。 2） 執(zhí)行主菜單中的項(xiàng)目 編譯 。 顯示電路采用 動(dòng)態(tài) 掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每 列 有一個(gè) 列 驅(qū)動(dòng)器，各 列 的同名 行 共用一個(gè) 行 驅(qū)動(dòng)器。此直流電壓經(jīng)過 LM7805 的穩(wěn)壓和 電容 的 濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。復(fù)位電路是為單片機(jī)初始化操作準(zhǔn)備的。系統(tǒng)采用的定時(shí)元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的， 復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號（高電平有效）由 RST 通過一個(gè)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲干擾，在每一個(gè)機(jī)器周期的 S5P2，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才 能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號 對 AT89S52 單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位 。 因此，可以用很小的電流去控制其他電路的開關(guān)。 圖 電磁繼 控制電路 圖 列驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 鎖存器 74L5747 是一個(gè) 八 D 邊沿觸發(fā)觸發(fā)器 (三態(tài) )。輸出控制不影響觸發(fā)器的內(nèi)部工作，既老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。 該電路 用于測試程