【文章內(nèi)容簡介】 16個 I/O接口，通過擴(kuò)展得到了 64+8個接口，這樣就可以把 512個 LED燈給控制好了 ，原理圖如圖 39所示。 x軸 ULN2803 的八個口 x軸 y 軸 第一個 74HC595 八個口 第八個 74HC595 八個口 8到………1從 圖 39 LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 將 LED從點(diǎn)到線的搭建 準(zhǔn)備材料首先要找一塊萬用板如圖 311，這樣就可以保持燈與燈之間的距離保持相等，在這里我們用的是白發(fā)藍(lán)的 LED 燈如圖 312所示，長正短負(fù)，我們采用的是共陰的連接方法，所以要把燈的形狀折成如圖 313的樣子，必須要折成 90度，把燈插在原來選好的孔內(nèi)，兩個燈之間的距離是 23mm，然后把八個這樣的燈焊接好如圖 314所示 ，注意：彎折陰極腳時彎曲處盡量靠近燈體不要留太長，這樣焊接陽極時不容易造成短路。 圖 311 萬能板 圖 312 LED 燈的正負(fù)極 圖 313 LED 燈的形狀 圖 314 已搭好的 8 個 LED 燈 這樣做出一條有八個 LED 燈組成的共陰極的燈鏈如圖 315所示，這里要注意焊接的時間和焊錫的用量，要是焊接時間太長就會把 LED 燈燙壞，用焊錫要均勻，不能太多也不能太少，太少連接不牢固，太多不美觀。 圖 315焊接好的 8個 LED 燈鏈 將 LED從線到面的搭建 接下把焊好的 64個共陰的 LED 燈的陽極相連如圖 316所示，相連后就得到一個 8*8的燈面如圖 317所示 ，注意：在焊接過程中會產(chǎn)生靜電，所以要求電焊鐵要接地，焊接完后要用萬用表測量每個燈是否正常，是否存在虛焊和擊穿。 圖 316 陽極相連 圖 317 64 個 LED焊接圖 將 LED從面到體的搭建 最后把焊好的八個面分別接在做好的電路板上，陽極對應(yīng)接在八個 74HC573的八個引腳上，陰極每一層給連接起來接在 ULN2803的輸出端口上，這樣硬件模塊的顯示部分就算做好了，如圖 318所示。 圖 318 已搭好的 8 層 LED 燈 PCB 板的焊接 PCB 板的制作 PCB 板制作分 為 制作印制電路板、清洗與打孔和檢修三個環(huán)節(jié) ， 對于 PCB 板 印刷 的制作 環(huán)節(jié)大致分為 印制底圖圖樣描繪、底圖掩膜層制作和蝕刻加工 等 。 對于主板的大小選擇上，主板是整個光立方的底座，大小要合適，不宜過大也不宜太小，太大不好看，太小放不下，一般設(shè)計(jì)的和焊的 LED 燈的尺寸差不多，剛好放的下還有點(diǎn)剩余最好，這樣既美觀又節(jié)省資源。 首先要用 到 DXP 進(jìn)行電路板的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和仿真測試，當(dāng)仿真沒有錯誤后，就可以自動布線，手動布局，生成 3D的 PCB版圖 ，把生成的 PCB 版圖文件拿去制作 PCB板。 主板的焊接 在焊接主板之前必須保證主板清潔干凈，檢查是否有破損有裂縫，各個元器件的符號是否清晰，所要焊接的元器件是否齊全， 焊各種元器件的準(zhǔn)備工作是否都做好了，元器件是否都是完好的功能是否正常都要先檢測好，這些都確定沒有問題后，就開始按原理圖上的位置焊接元器件，焊接時用錫不要太多，那樣會很不好看，而且有可能會和附近的元器件發(fā)生短路，焊接時間不能太久，很多元器件受不了電烙鐵的高溫，還要避免靜電干擾，焊點(diǎn)要小要均勻，剛好焊住而且焊點(diǎn)光滑明亮。 主芯片的 焊接 單片機(jī)的焊接是個難點(diǎn)，因?yàn)?用的是貼片的單片機(jī)焊腳很小，焊錫一多就容易混成一團(tuán)，對于貼片單片機(jī)的焊接和其它元器件的焊接不同，它的焊接首先是要固定四個腳，把四個角用焊錫固定好了，就一條邊一條邊的焊，先是在一條邊上用很多的焊錫，再用焊錫膏弄在焊錫上，然后烙鐵從一條邊上劃過，這時焊錫在焊錫膏的作用下就會彼此分離就剛好把單片機(jī)的引腳焊住了，以此類推其它邊也焊完了，這樣焊接的單片機(jī)既美觀又簡單，如果你按傳統(tǒng)辦法焊接，很容易兩個引腳短接還不美觀。 圖 31 單片機(jī)焊接 開關(guān)及 按鍵的焊接 按鍵的焊接是最簡單 的，四個引腳分別插在四個孔中，要注意的是按鍵的四個腳是兩兩一對的，不要認(rèn)為他們都是一樣的，要是焊錯了就沒有按鍵的功能了，就成了一根導(dǎo)線了， 自鎖 開關(guān)的焊接比較復(fù)雜，特別是六根引腳的開關(guān)，它的按下和 彈回來接通的引腳是不同的引腳，自鎖開關(guān)的原理圖如下圖 42所示。 圖 32 自鎖開關(guān) 圖 排 插及 晶振 的焊接 排插 的焊接需要把針和板子貼緊，不能留下空隙，而且 排插 短的那頭接板子， 在焊接的 時候排插會比較熱，不能用手直接接觸，先焊排插的兩端，焊完兩端排插就固定了，再焊剩下的就簡單了，對于晶振的焊接要迅速，晶振比較脆弱，盡量快點(diǎn)焊接。 圖 33 PCB 板的正反面 第 四 章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的組成有兩各個部分一個是硬件一個則是軟件，軟件的伸縮性很大，編寫的好的程序?qū)崿F(xiàn)起來簡單不易出錯， 編的不好的數(shù)據(jù)會出現(xiàn)很多問題，本系統(tǒng)采用的是模塊化的設(shè)計(jì)方案，減少軟件出錯的概率，在軟件的設(shè)計(jì)過程中需要用到了軟件編輯器，軟件可以使單片機(jī)上電初始化，也可以是單片機(jī)實(shí)現(xiàn)特定的功能效果。 本系 統(tǒng)程序主要由三大塊組成，分別是主程序、按鍵程序和顯示程序，軟件的執(zhí)行過程 如 下圖 31所示 。 首先程序執(zhí)行主程序，在主程序中判斷按鍵程序，當(dāng)接收到按鍵程序 時，主程序調(diào)用顯示程序，把顯示程序發(fā)給硬件，硬件顯示出來。 圖 41 軟件執(zhí)行圖 主程序的設(shè)計(jì) 一般編寫程序都是從功能出發(fā)，要求怎么的功能就寫怎么的代碼，本系統(tǒng)都是采用 C語言的編碼格式編寫的代碼，設(shè)計(jì)了三個外接按鍵 、 、 ， 分別是主菜單、確定和退出，主菜單里有自動模式、頻譜模式、測試模式，系統(tǒng)還設(shè)置了呼吸待機(jī)燈，流程 圖 如 32所 示 ： 圖 42 主程序流程圖 程序的開始之前必須要寫好各個模塊的初始化定義，初始化的內(nèi)容有中斷初始化，定時器的初始化，串口的 通信方式和波特率的選定 ,I/O 口的設(shè)定等等。 顯示程序的設(shè)計(jì) 顯示程序一般由字庫代碼和執(zhí)行程序構(gòu)成，字庫代碼可以借助取模軟件，由靜態(tài)的畫面通過像素點(diǎn)的移動，利用人眼的視覺 延時 效果，產(chǎn)生動的效果，這就要求對掃描時間的控制 和頻率的的快慢決定的很好。 顯示模塊的原理 要使靜態(tài)的畫面動起來就需要對靜態(tài)圖像不斷的刷新，圖像與圖形之間切換的速度很快，這樣人眼看出來的效果才是 流暢的動畫， 掃描是把光立方分成很多的部分，一個部分一個部分的掃描顯示，當(dāng)掃描到最后一部分時又開始從第一部分循環(huán)掃描，其實(shí)每一個 LED 燈的亮度都是由刷新的速度決定的，刷新速度快燈的亮度就亮，這是因?yàn)槿说囊曈X的延時，刷新速度太快亮滅的效果就看不出來，在人眼里看到的就是一直亮著，而且 亮度還會疊加，實(shí)際的燈的亮度比看到的燈的亮度暗很多。 顯示程序的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的程序采用的是動態(tài)的掃描顯示， 通過選通一列的方式 ， 這時程序里的一行數(shù)組就按照由低位到高位的方式依次從單片機(jī)的 I/O口輸出到驅(qū)動 74HC595移位寄 存器中從寄存器中輸出到 LED 的陽極控制燈的亮暗， 這樣一次一次的循環(huán)就可以產(chǎn)生一個動態(tài)的畫面，整個流程圖如下 33所示。 單片機(jī)高速的輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過 74HC595，通過綜合選通端口選通一個74HC595輸出，緊接著單片機(jī)又通過 ，通過改變選通端口輸入到另一 個 寄存器中再顯示，其實(shí)這些數(shù)據(jù)都有一個字模，通過調(diào)用這些字模，再配合數(shù)據(jù)的左移右移，或者加一減一，這樣一個字庫就可以動起來，再加上延時程序這樣程序就可以完美的顯示。 圖 33 顯示程序流程圖 軟件 調(diào)試 單片機(jī) 是這個設(shè)計(jì)的 核心，在硬件正常工作的情況下檢測軟件才是正確的 ， 要是硬件都存在問題去檢測軟件完全沒有意義，對于硬件的檢測，可以對單片機(jī)的時鐘引腳 18和 19檢測，引腳 18對地的電壓在 ，而引腳 19是 ，對于復(fù)位電路的檢測則是用5v 的電源短接下引腳 9，模擬復(fù)位電路，如果單片機(jī)復(fù)位正常則不存在問題。在程序的編寫中用 keil 編寫， keil 軟件可以生成 .HEX 文件，因?yàn)槲覀冇玫降南螺d軟件時專業(yè)的STC— 軟件，這個軟件只能識別 .HEX 文件，只有 .HEX 文件才能寫入單片機(jī)。在程序的編 寫中全部都是采用 C語言編寫， C 語言簡潔靈活，兼容性高，編譯簡單，執(zhí)行效率高，對于循環(huán)的使用方便。 第五章 成品測試和問題分析 成品測試 . 硬件調(diào)試 本設(shè)計(jì)因?yàn)橛玫降?LED 燈比較多，必須確保每個燈都正常工作，如果 512個 LED燈有一個出現(xiàn)擊穿或者不亮就必須把八層 LED 都拆開，取下壞掉的燈換上好的再焊上，而且要保持結(jié)構(gòu)的整齊度行列對齊，這樣顯示的效果就會比較好。 在測試過程中發(fā)現(xiàn)一些問題，以下是問題及問題的解決方法： 這個系統(tǒng)功能比較強(qiáng)大，所以需要的驅(qū)動程序和程序量比較多 8k的 89C51完全不夠代碼的存儲會出現(xiàn)程序的溢出和無法編譯的情況。 解決方法：這里我們采用 STC12C5A60S2 單片機(jī)，它比 89C51有更大的存儲，STC12C5A60S2單片機(jī)有 60K FLASH ROM,而且還自帶 AD功能，適應(yīng)高速掃描的光立方。 本系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)部分 LED 燈的亮滅沒有規(guī)律，有些燈甚至都不亮，還有些燈閃爍不定。 解決方法：這里我把八層 LED 燈從電路板上分別取下，單個燈用萬用表的測燈功能測量，發(fā)現(xiàn)不亮的 LED 燈時，我就給 單個替換。 在單個燈的替換過程中居然發(fā)現(xiàn)我測量的單個燈亮了，可是我沒測量的 LED燈也同時亮了 解決方法：這里我們知道可能是 LED 燈在焊接過程中被擊穿了，我采用的是反接正負(fù)橫豎排的方法，當(dāng)我們反接時壞掉的 LED 燈就會點(diǎn)亮，還有一種方法就是萬用表的正負(fù)兩極都接在橫排或者豎排，這時被點(diǎn)亮的 LED 燈就是被損壞的，取下替換了就可以了。 在光立方的顯示中有某一層始終是亮的，不該點(diǎn)亮?xí)r是亮的，當(dāng)應(yīng)該點(diǎn)亮?xí)r又特別亮，而且把負(fù)極的引線去掉依然點(diǎn)亮。 解決方法：這種情況就是整層中有一盞燈壞了，當(dāng)我們把負(fù)極的引線去掉后整 層依然點(diǎn)亮，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)這一層會有一盞燈不亮，壞的燈就是它了，把他取下替換就可以了。 系統(tǒng)焊接完成上電后發(fā)現(xiàn)沒有反應(yīng)，燈不亮，系統(tǒng)不工作。 解決方法：這里我們用萬用表對電路板個部分檢查，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)沒有供電，檢查電源模塊發(fā)現(xiàn)電源焊接口虛焊，電路板的焊點(diǎn)脫落，這里我們采用外部備用口送電。 本系統(tǒng)由于焊接點(diǎn)比較多，而且焊接的點(diǎn)離燈頭很近，所以很容易把燈燒壞，焊烙鐵在焊接過程中會產(chǎn)生靜電，靜電可以把 LED 燈給損壞。 解決問題：在這里我們考慮把焊烙鐵接地，如果焊烙鐵沒有接地線我們可以在焊烙鐵中部加一根引線接在暖 氣片上或者直接接地，焊完一行檢查一次，焊完一個面再檢查一次，最后全部焊完再檢查，確保 LED 燈全部正常工作。 . 軟件系統(tǒng) 光立方程序比較多，需要的存儲空間要比常規(guī)的 51系列單片機(jī)的大，而且刷新率非常的高，要求的性能很高，軟件編寫難度大，要有很強(qiáng)的空間思維意識，想像力要很豐富，程序變化大，編譯中存在很多問題，所以需要精心的調(diào)試很改進(jìn)，優(yōu)化出最簡單效果最好的 程序。 燒入程序后， LED 燈的亮度很不均勻，明亮閃爍 。 解決方法： 檢查元器件是否有虛焊和漏焊，調(diào)整延時的時間長短，調(diào)試出效果最佳的延時 時間， 用 kei