【正文】 單片機(jī)為控制的核心，再加上輔助電路；時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生模塊：用24MHZ的石英晶體作為整個(gè)系統(tǒng)的晶振發(fā)生器，給電路提供時(shí)鐘信號(hào)；立體的顯示模塊：通過(guò)對(duì)單片機(jī)輸入不同的代碼使其通過(guò)控制LED的亮暗達(dá)到顯示的作用；本文的結(jié)構(gòu)安排如下：第二章：主要敘述了系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)不同方案的選擇和優(yōu)化，對(duì)各個(gè)模塊的詳細(xì)介紹。第4章 ：介紹了軟件調(diào)試的過(guò)程及遇到的問(wèn)題，軟件系統(tǒng)的整個(gè)架構(gòu)和邏輯關(guān)系。 第六章：主要敘述了在光立方制作和設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到什么困難和如何解決，并在此次設(shè)計(jì)中的心得體會(huì)和得到什么收獲。方案二：采用與89C51有相同功能的STC12C5A60S2單片機(jī)，此單片機(jī)具有60K的存儲(chǔ)空間，足夠應(yīng)付光立方復(fù)雜的圖像顯示程序代碼存儲(chǔ)，此單片機(jī)還有運(yùn)行速度快，加密安全，抗干擾能力強(qiáng)，內(nèi)部還有集成復(fù)位電路等特點(diǎn)，比較適合此設(shè)計(jì)的要求，所以可采用此方案。方案二：采用與八個(gè)三極管功能一樣的集成芯片ULN2803，此芯片18端口輸入，1811端口輸出，驅(qū)動(dòng)能力為500MA\50V，大大滿足了512個(gè)LED燈的電流，用一個(gè)芯片替代八個(gè)三極管，不僅體積變小了，功能還更強(qiáng)大了，所以采用此方案。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的LED燈的發(fā)光散比較厲害，而且燈彼此之間的距離比較近，互相之間干擾大，影響視覺(jué)效果，顯示的圖像不清晰，所以不可采用此方案。 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是指能夠讓單片機(jī)工作并發(fā)揮其作用的必要組成部分，就STC12C5A60S2單片機(jī)來(lái)說(shuō)，其一般包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、輸入/ 輸出設(shè)備等（見(jiàn)圖31）。XTAL2（AT89C51中18 腳） ：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部振蕩電路的輸出端口。 內(nèi)部方式的的時(shí)鐘電路就是如圖33所示，只要在XTALXTAL2上接一個(gè)石英晶體并在兩端接兩個(gè)電容，這樣就可以產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部激蕩電路，這里需要注意的是此實(shí)驗(yàn)用的晶振是12MHZ的，和晶振相連的電容一般選用33PF的陶瓷電容。外部振蕩信號(hào)要求采用頻率低于12MHZ的方波。也可以通過(guò)電壓表來(lái)測(cè)量，側(cè)量XTAL2 輸出端與地的電壓，要是2V則正常工作。作為一般的I/O口時(shí)，當(dāng)P0口用來(lái)驅(qū)動(dòng)NPN管子的時(shí)候，就需要上拉電阻的，因?yàn)榇藭r(shí)只有當(dāng)P0為1時(shí)候，才能夠使后端導(dǎo)通。圖36 P0端口的1位結(jié)構(gòu) 在這里我們用的是ULN2803達(dá)林頓管來(lái)做系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)，ULN2803采用AP=DIP18,AFW=SOL18封裝方式。所有設(shè)備功能由集電極輸出和鉗位二極管瞬態(tài)抑制。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。 光立方整體設(shè)計(jì)思路 LED燈排序方式設(shè)計(jì)如圖為光立方的主視圖，分別是光立方的八個(gè)豎面，而陰極則每層相連。 x軸y軸第一個(gè)74HC595八個(gè)口第八個(gè)74HC595八個(gè)口8到………1從z軸x軸ULN2803的八個(gè)口 圖39 LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 　準(zhǔn)備材料首先要找一塊萬(wàn)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(zhǎng)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(lái)選好的孔內(nèi)，兩個(gè)燈之間的距離是23mm，然后把八個(gè)這樣的燈焊接好如圖314所示 ，注意：彎折陰極腳時(shí)彎曲處盡量靠近燈體不要留太長(zhǎng)，這樣焊接陽(yáng)極時(shí)不容易造成短路。圖315焊接好的8個(gè)LED燈鏈接下把焊好的64個(gè)共陰的LED燈的陽(yáng)極相連如圖316所示，相連后就得到一個(gè)8*8的燈面如圖317所示，注意：在焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生靜電，所以要求電焊鐵要接地，焊接完后要用萬(wàn)用表測(cè)量每個(gè)燈是否正常，是否存在虛焊和擊穿。 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(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)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。首先要用到DXP進(jìn)行電路板的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和仿真測(cè)試，當(dāng)仿真沒(méi)有錯(cuò)誤后，就可以自動(dòng)布線，手動(dòng)布局，生成3D的PCB版圖，把生成的PCB版圖文件拿去制作PCB板。 單片機(jī)的焊接是個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)橛玫氖琴N片的單片機(jī)焊腳很小，焊錫一多就容易混成一團(tuán)，對(duì)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(gè)腳，把四個(gè)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(guò)，這時(shí)焊錫在焊錫膏的作用下就會(huì)彼此分離就剛好把單片機(jī)的引腳焊住了，以此類(lèi)推其它邊也焊完了，這樣焊接的單片機(jī)既美觀又簡(jiǎn)單，如果你按傳統(tǒng)辦法焊接，很容易兩個(gè)引腳短接還不美觀。 圖32 自鎖開(kāi)關(guān)圖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(shí)候排插會(huì)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(jiǎn)單了，對(duì)于晶振的焊接要迅速，晶振比較脆弱，盡量快點(diǎn)焊接。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(guò)程如下圖31所示。圖41 軟件執(zhí)行圖 主程序的設(shè)計(jì)一般編寫(xiě)程序都是從功能出發(fā)，要求怎么的功能就寫(xiě)怎么的代碼，本系統(tǒng)都是采用C語(yǔ)言的編碼格式編寫(xiě)的代碼，、分別是主菜單、確定和退出，主菜單里有自動(dòng)模式、頻譜模式、測(cè)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(kāi)始之前必須要寫(xiě)好各個(gè)模塊的初始化定義，初始化的內(nèi)容有中斷初始化，定時(shí)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。要使靜態(tài)的畫(huà)面動(dòng)起來(lái)就需要對(duì)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(lái)的效果才是流暢的動(dòng)畫(huà)，掃描是把光立方分成很多的部分，一個(gè)部分一個(gè)部分的掃描顯示，當(dāng)掃描到最后一部分時(shí)又開(kāi)始從第一部分循環(huán)掃描，其實(shí)每一個(gè)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(jué)的延時(shí)，刷新速度太快亮滅的效果就看不出來(lái)，在人眼里看到的就是一直亮著，而且亮度還會(huì)疊加，實(shí)際的燈的亮度比看到的燈的亮度暗很多。單片機(jī)高速的輸出數(shù)據(jù)，通過(guò)綜合選通端口選通一個(gè)74HC595輸出，通過(guò)改變選通端口輸入到另一個(gè)寄存器中再顯示，其實(shí)這些數(shù)據(jù)都有一個(gè)字模，通過(guò)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(gè)字庫(kù)就可以動(dòng)起來(lái)，再加上延時(shí)程序這樣程序就可以完美的顯示。在程序的編寫(xiě)中用keil編寫(xiě)，因?yàn)槲覀冇玫降南螺d軟件時(shí)專(zhuān)業(yè)的STC—。第五章 成品測(cè)試和問(wèn)題分析 成品測(cè)試. 硬件調(diào)試本設(shè)計(jì)因?yàn)橛玫降腖ED燈比較多，必須確保每個(gè)燈都正常工作，如果512個(gè)LED燈有一個(gè)出現(xiàn)擊穿或者不亮就必須把八層LED都拆開(kāi)，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(duì)齊，這樣顯示的效果就會(huì)比較好。 解決方法：這里我們采用STC12C5A60S2 單片機(jī)，它比89C51有更大的存儲(chǔ)，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。解決方法：這里我把八層LED燈從電路板上分別取下，單個(gè)燈用萬(wàn)用表的測(cè)燈功能測(cè)量，發(fā)現(xiàn)不亮的LED燈時(shí)，我就給單個(gè)替換。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。系統(tǒng)焊接完成上電后發(fā)現(xiàn)沒(méi)有反應(yīng)，燈不亮，系統(tǒng)不工作。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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生靜電，靜電可以把LED燈給損壞。 . 軟件系統(tǒng)光立方程序比較多，需要的存儲(chǔ)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(xiě)難度大，要有很強(qiáng)的空間思維意識(shí)，想像力要很豐富，程序變化大，編譯中存在很多問(wèn)題，所以需要精心的調(diào)試很改進(jìn)，優(yōu)化出最簡(jiǎn)單效果最好的程序。 解決方法：檢查元器件是否有虛焊和漏焊，調(diào)整延時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短，調(diào)試出效果最佳的延時(shí)時(shí)間，用keil編寫(xiě)完軟件發(fā)現(xiàn)無(wú)法編譯通過(guò)，顯示程序P3無(wú)定義。程序編譯完成后，