【文章內(nèi)容簡介】 的，當(dāng)在單片機(jī)的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。 實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種 基本的形式：一種是上電復(fù)位，另一種是按鍵復(fù)位。由于本次設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位，所以這里只介紹按鍵復(fù)位，如圖 24 所示。 圖 24 按鍵復(fù)位電路 按鍵復(fù)位要求按下按鍵后，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。按下按鍵瞬間 RST 引腳獲得高電平，隨著電容 C1的充電， RST 引腳的高電平將逐漸下降。 RST 引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（ 2 個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。該電路典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振為 12MHz 時(shí)， C1為 10uF， R1為 ，晶振為 6MHz 時(shí)， C1為 22uF， R1為 1kΩ。 單片機(jī)的復(fù)位操作使單 片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC=0000H 所以程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)啟動(dòng)后，片內(nèi) RAM 為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi) RAM 的內(nèi)容。 特殊功能寄存器復(fù)位后狀態(tài)使確定的。 P0～ P3 為 FFH， SP 為 07H， SBUF 不定，IP、 IE 和 PCON 的有效值為 0，其余的特殊功能寄存器的狀態(tài)均為 00H。 驅(qū)動(dòng)模塊 為節(jié)約成本，本光立方設(shè)計(jì)沒有選擇硬件電路集成設(shè)計(jì)，把驅(qū)動(dòng)電路與控制電路合 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 8 頁 為一體。而是選擇用常用的芯片做為光立方的驅(qū)動(dòng)。由于 LED 燈比較多，需要的電流相對(duì)比較大，所以采用 74HC595 和 ULN2803 組成來組成驅(qū)動(dòng)電路。采用 74HC595 移位暫存的方法，來分別把 8 個(gè)燈的亮滅信息儲(chǔ)存， 74HC595 的 64 個(gè)輸出引腳控制前面所述每一個(gè)面的 8 個(gè)燈；而 ULN2803 控制燈的每一個(gè)層。驅(qū)動(dòng)電路由陰極驅(qū)動(dòng)電路（圖25）和陽極驅(qū)動(dòng)電路（圖 25）組成。 圖 25 陰極驅(qū)動(dòng)電路 圖 26 陽極驅(qū)動(dòng)電路 陰極驅(qū)動(dòng)電路 陰極驅(qū)動(dòng)電路由一個(gè) ULN2803 達(dá)林頓管組成。從單片機(jī) P1 口出來的信號(hào)送到ULN2803 進(jìn)行處理放大，再輸出到每一層 LED 燈的陰極。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 9 頁 ULN2803 是 個(gè) NPN 達(dá)林頓晶體管，連接在陣列非常適合邏輯接口電平數(shù)字電路（例如 TTL， CMOS 或 PMOS 上 / NMOS）和較高的電流 /電壓，如電燈，電磁閥，繼電器，打印錘或其他類似的負(fù)載。該 ULN2803 是專為符合標(biāo)準(zhǔn) TTL，而制造 ULN2804 適合 6 至 15V 的高級(jí)別 CMOS 或 PMOS 上。該電路為反向輸出型，即輸入低電平電壓，輸出端才能導(dǎo)通工作。芯片引腳圖如下頁圖 27 所示： 圖 27 ULN2803芯片 引腳圖說明： 18 引腳：輸入端 1118 引腳：輸出端 9 引腳：地端 10(COM)引腳：電源 +COM 腳的作用是當(dāng)你使用 ULN2803(2020)來驅(qū)動(dòng)繼電器時(shí)，可以將 COM 腳接到繼電器的 VCC 端，利用 ULN2803(2020)內(nèi)部的反向二極管作保護(hù)繼電器，消除繼電器閉合時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。 陽極驅(qū)動(dòng)電路 陽極驅(qū)動(dòng)電路由八個(gè) 74HC595 芯片組成，在本光立方系統(tǒng)中用來每一面 LED 燈的陽極。即對(duì)從單片機(jī) 、 、 輸出的信息進(jìn)行移位存儲(chǔ)，然后再由八個(gè) 74HC595輸出給每一面 LED 燈。 74HC595 是硅結(jié)構(gòu)的 CMOS 器件，是具有 8 位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器， 三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 10 頁 數(shù)據(jù)在 SCHcp 的上升沿輸入，在 STcp 的上升沿進(jìn)入的存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（ Ds），和一個(gè)串行輸出（ Q7’） ,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行 8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能 OE 時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。芯片引腳圖如圖 28 所示： 圖 28 74HC595芯片 引腳圖說明： Q0到 Q7 引腳： 8位并行數(shù)據(jù)輸出，其中 Q0為第 15腳 GND 第 8腳：接地 Q7 第 9腳：串行數(shù)據(jù)輸出 MR 第 10腳：主復(fù)位（低電平） SHCP 第 11腳：移位寄存器時(shí)鐘輸入 STCP 第 12腳：存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘輸入 OE 第 13腳：輸出有效（低電平） DS 第 14腳：串行數(shù)據(jù)輸入 VCC 第 16腳：電源 在本光立方系統(tǒng)中使用 74HC595，因?yàn)樗?具有一個(gè) 8 位串入并出的移位寄存器和一個(gè) 8 位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達(dá)到重疊處理的目的。 引腳 DS 為串行數(shù)據(jù)輸入端，與單片機(jī) 相連，用來傳送數(shù)據(jù)；引腳 SHCP 為移位寄存器的移位時(shí)鐘脈沖，與單片機(jī) 相連； STCP 是輸出寄存器的打入信號(hào)，與單片機(jī) 口相接。再從 Q0 到 Q7 輸出到每一面 LED 燈的陽極，從而達(dá)到控制每一面 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 11 頁 上的每個(gè) LED 燈。 顯示模塊 顯示電路模塊是由 8 面 88 的霧狀藍(lán)光 LED 面組成，每一面都 是由一個(gè)移位寄存器來控制。 LED 的選擇 選擇霧狀藍(lán)光 LED 燈的原因是它具有非常高的亮度， 發(fā)光強(qiáng)度 為 800~1200MCD，且散光的特性使得從各個(gè)方位看起來亮度一致性好，強(qiáng)有力的保證了 LED 立方體的炫目效果與眾不同。加之，本光立方系統(tǒng)在電路上的優(yōu)良設(shè)計(jì)，即使把 LED 立方體放在太陽下，效果依然清晰可見，不像其他的，只能在關(guān)了燈的黑暗房間才看見。 再者，霧狀藍(lán)光 LED 燈燈珠腳長約為 26mm，這使得 折角和焊接變得更加容易、方便。 更重要的一點(diǎn)是 霧狀藍(lán)光 LED沒有像其他高亮 LED燈那樣刺眼 ,而且藍(lán)光給人一種夢幻般的視覺沖擊。所以現(xiàn)在霧狀藍(lán)光 LED 燈做為本光立方顯示的元件。 顯示電路 顯示電路具體元器件是由 512 個(gè)霧狀藍(lán)光 LED 燈組成，把 512 個(gè)霧狀藍(lán)光 LED 燈焊接成 8面 88的小模塊，最后把每一面組裝到 PCB電路板上，這樣就構(gòu)成了一個(gè) 888的 LED 光立方體；每一面由一個(gè)移位寄存器來控制，每一層由驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2803 來控制，就完成了對(duì)整個(gè)顯示電路上每一個(gè)燈的控制。 下面以一面顯示電路圖來 舉例。 一面 LED 顯示電路由 64 個(gè)霧狀藍(lán)光 LED 燈組成，把八列 LED 燈的陰極全部焊接在一起接到驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2803，而每八行的陽極分別接到一個(gè)移位寄存器 74HC595 上。在電路圖上八行陽極 U1U8 接到同一個(gè) 74HC595 上，和對(duì)應(yīng)的引腳連接；而八列陰極一起由 1C 接到 ULN2803 上。具體電路圖如下頁圖 29 所示： 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 12 頁 圖 29 一面顯示電路 整機(jī)工作原理 通過對(duì)主控芯片 STC125A60S2 進(jìn)行編程， 采用 74HC595 移位暫存的方法，來分別把每一面 64 個(gè) LED 燈的亮滅信息存到這個(gè)上面，然后由輸出 引腳控制每一面的 64 個(gè)LED 燈；而每層燈的陰極全連接在一起接入 ULN2803，由 ULN2803 來驅(qū)動(dòng)每一層 LED燈。通過這個(gè)設(shè)計(jì)， 512 個(gè) LED 燈每一個(gè)都有單獨(dú)的位置編碼，每個(gè) LED 燈的亮滅就可以由自由地控制； 從而實(shí)現(xiàn)我們所需要顯示的 圖 象。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 13 頁 第三章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。因此，軟件是本系統(tǒng)的靈魂，軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。 程序的編寫需要借助軟件編輯器；程序是使單片機(jī)系統(tǒng) 按預(yù)定的操作方式運(yùn)行，它是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架；在系統(tǒng)上電后，要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。 軟件設(shè)計(jì)包括按鍵程序、主程序、顯示程序三大部分，軟件功能結(jié)構(gòu)框圖如 31 所示。主程序通過調(diào)用按鍵查詢程序來判斷待顯示的圖案及花樣，主程序則調(diào)用相對(duì)應(yīng)的顯示程序送到控制端口。 圖 31 軟件功能結(jié)構(gòu)框圖 主程序的設(shè)計(jì) 本光立方 系統(tǒng)軟件采用 C 語言編寫，按照模塊化的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)程序。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。通過按鍵控制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示。 本系統(tǒng)設(shè)置有三個(gè)獨(dú)立按鍵，分別是 ， ， ， 3個(gè)按鍵分別控制三種不同的動(dòng)畫顯示模式；為了增加炫目的效果，本光立方在四個(gè)底座設(shè)得有四個(gè)呼吸燈。 主程序流程圖如下頁圖 32所示： 主程序 顯示程序 按鍵程序 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 14 頁 圖 32 主程序流程圖 程序開始時(shí)首先必須對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置，其中初始化設(shè)置的內(nèi)容包括：中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)定，中斷初始化，定時(shí)器初始化，串行通信時(shí)通信方式的選擇和波特率的設(shè)定，各 I/O 口功能的設(shè)定等。 顯示程序的設(shè)計(jì) 顯示程序的設(shè)計(jì)是整個(gè)光立方系統(tǒng)顯示的核心思想，它包括 LED 的數(shù)據(jù)傳送思路和掃描方式的選擇。 LED 顯示的數(shù)據(jù)傳送 動(dòng)態(tài)掃描顯示是把整個(gè)光立方分成若干部分，每一幅畫面顯示過程是顯示完一部分后，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)定的靜態(tài)畫面。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。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。先選通列然后再從行送入對(duì)應(yīng)列的數(shù)據(jù)，這樣從第 1 列到第 8 列循環(huán)往復(fù)，只要切換的速度足夠的快利用人眼的延 時(shí)特性就可以看見一幅穩(wěn)定的畫面，從而完成數(shù)據(jù)的傳送。 顯示程序的設(shè)計(jì) 顯示采用的是掃描顯示方式，選通一列后按照列對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)第 i 列對(duì)應(yīng)的 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 15 頁 列數(shù)據(jù)為數(shù)組中的第 i 和第 i+7 個(gè)元素。將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)由低至高位依次從控制端口輸出顯示。向右邏輯移位所得結(jié)果通過單片機(jī)端口輸出到移位寄存器 74HC595，然后輸出到LED 燈的陽極。如此依次循環(huán)選通各列來顯示所需畫面。 動(dòng)態(tài)顯示程序流程圖如 33 所示。把顯示的數(shù)據(jù)送到 P0 口，相應(yīng)的移位寄存器接收數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)送到端口并存儲(chǔ)輸出顯示，接著把下一組數(shù)據(jù)送到 P0 口，改變 片選移位寄存器的數(shù)據(jù)，送到相應(yīng)移位寄存器輸出顯示，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。輸出形式多種多樣，可以靜態(tài)輸出圖案，也可以動(dòng)態(tài)、左移、右移、循環(huán)等花樣顯示。 圖 33 顯示程序流程圖 軟件調(diào)試 單片機(jī)是本設(shè)計(jì)的核心控制器，只有保證單片機(jī)的正常工作才能完成程序的運(yùn)行及顯示的控制。保證單片機(jī)最小系統(tǒng)能夠正常工作是前提。判斷辦法就是用萬用表測量單片機(jī)時(shí)鐘引腳（ 1 19 腳）的對(duì)地電壓，以正常工作的單片機(jī)用數(shù)字萬用表測量為例：18 腳對(duì)地約 ， 19 腳對(duì)地約 。對(duì)于懷疑是復(fù)位電路故障而不能正常工作的單片機(jī)也可以采用模擬復(fù)位的方法來判斷，單片機(jī)正常工作時(shí)第 9 腳對(duì)地電壓為零，可以用導(dǎo)線短時(shí)間和＋ 5V 連接一下，模擬一下上電復(fù)位，如果單片機(jī)能正常工作了，說明這個(gè)復(fù)位電路沒問題。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 16 頁