唐佳恒-論文-444光立方的設(shè)計與實現(xiàn)

1、<p>　　南京理工大學紫金學院</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)</p><p>　　指導者： </p><p>　　(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務)</p><p>　　評閱者： &

2、lt;/p><p>　　(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務)</p><p>　　2015 年 6 月</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要</p><p>　　南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院</p><p>

3、;　　畢業(yè)設(shè)計（論文）評語</p><p>　　學生姓名： 唐佳恒 班級、學號： 110404333 </p><p>　　題 目： 4*4*4光立方的設(shè)計與實現(xiàn) </p><p>　　綜合成績： </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）評語</p><p><b>　　目

4、 次</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 光立方的發(fā)展背景1</p><p>　　1.2 研究意義1</p><p>　　1.3 章節(jié)安排1</p><p><b>　　2 總體設(shè)計3</b>

5、</p><p>　　2.1 光立方控制原理3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案3</p><p>　　2.3 各個模塊的方案比較4</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計6</p><p>　　3.1 單片機選型6</p><p>　　3.2 單片機總控制電路

6、8</p><p>　　3.3 光立方顯示電路12</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計13</p><p>　　4.1 軟件編譯13</p><p>　　4.2 流程設(shè)計15</p><p>　　4.3 顯示設(shè)計16</p><p>　　4.4 小結(jié)22</p&

7、gt;<p><b>　　結(jié)論與展望23</b></p><p><b>　　致 謝28</b></p><p>　　參 考 文 獻29</p><p><b>　　附錄：30</b></p><p><b>　　1 緒論</b>

8、</p><p>　　1.1 光立方的發(fā)展背景</p><p>　　光立方在我國的起步還是相對比較晚,直到2009年，在北京天安門廣場舉行的國慶晚會才與大家相見?！肮饬⒎健痹跉鈩莺驼w感覺上,融合了北京奧運會開幕式“擊缶而歌”和“活字印刷”的風格,而各種圖案則與貫穿奧運會開幕式的“畫卷”有異曲同工之妙[1]。光立方在國慶聯(lián)歡晚會上演習結(jié)束之后, “光立方”這一個新名詞在不知不覺之中吸引了

9、許多人的目光。之后以“光立方”制作而成的手電筒也被應用在2010年的世博會的主題館和中國館。</p><p>　　隨后“光立方”在中國被越來越多的人所留意，也有越來越多的人學習和制作光立方，他們在此基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新，開發(fā)出了更多的花樣。其實在我們的日常生活中，“光立方”的各種產(chǎn)品早就已經(jīng)存在了，只是我們沒有去關(guān)注它。例如照明類光立方，常見的是在景觀處所使用的裝飾燈；還有就是應用在各種活動中的大屏幕上，色彩斑斕的效果

10、非常絢麗。</p><p><b>　　1.2 研究意義</b></p><p>　　隨著人們生活水平的提高，3D效果的欣賞已經(jīng)成為了人們的追求，但是發(fā)展到現(xiàn)在3D還不能夠普及到人們的生活當中去，因此要更好地把3D推廣到日常生活中。在這一次的設(shè)計中，放棄了對平面LED燈的制作，而是轉(zhuǎn)向3D效果的設(shè)計，利用3D制作出來的效果更加豐富多彩，不但可以吸引人們的目光，還可以

11、提升人們的審美觀，不用把視線集中在平面成像上。3D光立方是一種新型的顯示資源，因此它所擁有的優(yōu)勢也是比較明顯的，在體積方面非常小、功率消耗方面相比同類也降低很多、功能強大、優(yōu)秀的拓展能力、微型化等。比起市面上使用的電子或數(shù)字電路的光照設(shè)備，在每一個方面都有顯著的優(yōu)勢。最重要的是它的研究極具創(chuàng)意和啟發(fā)，還可以應用于未來的3D手機、節(jié)能燈等產(chǎn)品，并且由于制作成本低廉，用3D所實現(xiàn)的智能產(chǎn)品對市場經(jīng)濟發(fā)展有很大的推動作用。</p>

12、<p><b>　　1.3 章節(jié)安排</b></p><p><b>　　具體安排如下：</b></p><p>　　第二章：主要說明了光立方的總體設(shè)計原理和各個結(jié)構(gòu)都有一些什么特點，并且對不同的方案都作了比較。</p><p>　　第三章：詳細說明了電路各個部分的排布、設(shè)計和功能，主要包括控制電路、驅(qū)動電

13、路還有顯示電路在光立方工作過程中的作用。</p><p>　　第四章：主要說明了軟件調(diào)試的過程，軟件設(shè)計的具體做法更加方便讀者理解設(shè)計的整個架構(gòu)和邏輯關(guān)系。</p><p>　　最后，對光立方的設(shè)計過程做出總結(jié)，并對光立方的發(fā)展前景進行描述。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計</b></p><p>　　2.1

14、 光立方控制原理</p><p>　　3D光立方看起來就像是一個三維的顯示器，只不過這個光立方是由發(fā)光二極管組成的一個立方體。光立方顯示的原理簡單來說就是用單片機控制64個發(fā)光二極管，在不同時間段點亮動畫效果所需要的發(fā)光二級管，然后便能看到圖案或動畫效果了。光立方的具體原理如下：</p><p>　　整個光立方由下到上一共分為4層，將每一層的總共16個發(fā)光二級管的負極焊接在一直線上，由于

15、是雙色的發(fā)光二極管，所以將32個正極分為兩路焊接，其他層都對應焊接，然后再曾與曾直接對應焊接起來。然后再根據(jù)所要實現(xiàn)的動畫效果，編寫相應的程序來控制發(fā)光二極管。根據(jù)人眼的視覺暫留效果，設(shè)置每幅畫面呈現(xiàn)動態(tài)，最終達到所要顯示的內(nèi)容。每一個發(fā)光二級管的點亮或者熄滅，都是由層控制端所決定的。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案</p><p>　　此次的光立方設(shè)計用的是層整體控制的

16、方法，每一層都要引出兩個正極引腳，然后將16個燈的陰極分為2路焊接起來，最后焊接到PCB板相對應引腳上就可以了。用64個雙色發(fā)光二級管燈作為顯示模塊來構(gòu)成光立方，再加上查詢芯片的功能和作用，就可以確定基本思路。系統(tǒng)模塊框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)模塊框</p><p>　　如上圖2.1所示，此次設(shè)計的系統(tǒng)整體模塊包括了以單片機為核心的控制模塊，驅(qū)動模塊、運放模

17、塊和顯示模塊。</p><p>　　2.3 各個模塊的方案比較</p><p>　　2.3.1 單片機模塊</p><p>　　方案一：采用常規(guī)的51單片機的作為光立方的主要控制芯片，存在兩個明顯的不足之處。第一，51單片機的內(nèi)存比較小，而相對的制作3D光立方的動畫所要的程序量比較大，會出現(xiàn)內(nèi)存不足的情況。第二，如果采用89c51單片機作為主要控制芯片，還需要添

18、加另外的芯片，這樣的話不僅制作的成本上來了，在這同時也增加了工作量。所以不采用此方案。</p><p>　　方案二：采用MCS-51系列的STC12C5A60S2芯片作為控制芯片，這個芯片具有60K的超大內(nèi)存，非常適合用來存儲光立方形成的多種動畫的程序量，并且此芯片完全兼容普通8051單片機，而且內(nèi)部集成度又非常高，具有超強的抗干擾能力，外部的復位可用可不用，運行的速度也比普通8051單片機快10倍左右。正是因為

19、內(nèi)部的高度集成，不需再添加其它的芯片，降低了成本，節(jié)約了時間，還在一定程度上減小了PCB板的面積，更加小巧。</p><p>　　2.3.2 驅(qū)動模塊</p><p>　　方案一：采用8個8050NPN三極管驅(qū)動。如果使用這一類驅(qū)動，就需要8個三極管對雙色LED進行控制，數(shù)量太多，影響整理的布局和美觀，最重要的是性價比不高，所以不建議使用此方案。</p><p>

20、　　方案二：采用達林頓ULN2803來驅(qū)動，如果使用這一類驅(qū)動，第1個引腳到第8個引腳作為輸入端，第11引腳到18作為輸出端，工作能力是500mA\50V。雖然在很大程度上縮小了元件占用的空間，但是64個LED燈所需的電流沒有那么大，因此性價比也不是很高，所以也不考慮此方案。</p><p>　　方案三：采用MCS-51系列的STC12C5A60S2芯片。由于此芯片的高度集成化，可以用I\O口直接驅(qū)動LED二極管

21、，功率消耗也不大，而且可以只用一個芯片就能驅(qū)動LED，所以直接采用此芯片直接驅(qū)動。</p><p>　　2.3.3 運放模塊</p><p>　　方案一：選用LM4562，這個芯片是高性能音頻專用雙運算放大器，這款芯片常用于制作專業(yè)級或者高端的音頻系統(tǒng)，在本次的設(shè)計中，由于性價比不高，所以不推薦使用。</p><p>　　方案二：選用LM358p，這個芯片內(nèi)部具備

22、兩個獨立的、高增益、頻率補償?shù)碾p運算放大器，功耗低，價格低廉，非常適合本次的設(shè)計。</p><p>　　2.3.4 顯示模塊</p><p>　　方案一：我們在生活中常用的LED不容易聚光，當LED被點亮的時候光發(fā)散比較厲害，燈與燈之間會相互影響，效果比較混亂，直接導致視覺效果達不到要求，而且在質(zhì)量方面也不過關(guān)。</p><p>　　方案二：我們選用方形或者草帽型

23、雙色霧狀LED發(fā)光二極管，此類二極管的工作電壓是3.5V左右，工作電流在6mA左右。這種二極管的特點是同時可以顯示兩種顏色，分別是紅色和藍色，在適當?shù)目刂葡?，可以變換更多的顏色，當64 個燈同時被點亮的時候效果更佳。效果如圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 方形雙色霧狀發(fā)光二極管</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p>

24、<p>　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計采用的方法很多，此次的設(shè)計在要求精簡的前提下，又保證了功能的正常運行。</p><p>　　3.1 單片機選型 </p><p>　　MCS-51系列的STC12C5A60S2單片機是宏晶科技生產(chǎn)的一款功能較為強大的單時鐘/機器周的單片機，它是MCS-51系列單片機衍生產(chǎn)品中代表。這個系列的單片機在指令代碼上可以完全兼容普通的8051單片機，而且這

25、個單片機的與傳統(tǒng)的單片機所不同的是它具有1T的內(nèi)核，所以在速度上比普通8051單片機快10倍左右。但是在碰到對延遲有特殊要求的時候，便會對應轉(zhuǎn)換成單片機的1/12。總的來說這款單片機是具有速度快，功率消耗低，抗干擾能力強等特點的新一代8051單片機。特別是在電機控制的方面，干擾信號比較強的情況下比傳統(tǒng)8051單片機優(yōu)勢明顯。</p><p><b>　　單片機特點</b></p>

26、<p>　　1） 屬于功能增強型51單片機，具有1T的內(nèi)核，內(nèi)部單時鐘/機器周期，傳統(tǒng)8051單片機的指令和代碼在這款單片機中都可以運行 </p><p>　　2） 工作電壓：STC12C5A60S2系列單片機工作的電壓為3.5V -5.5V</p><p>　　STC12LE5A60S2 系列單片機工作的電壓為2.2V -3.6V </p><p>

27、　　3） 工作頻率范圍：0～35MHZ，近似于普通8051單片機的0～420MHZ </p><p>　　4） 用戶可用的應用程序的空間大有8K / 16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60最大64k字節(jié) </p><p>　　5） 片上集成1280字節(jié)RAM </p><p>　　6） 通用I/O口（36/40/44個），復位后

28、為準雙向口/弱上拉（一般8051單片機I/O）可以設(shè)置成四種模式：準雙向口/弱上拉，強推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個I/O口驅(qū)動能力均可到達20mA，但是整個芯片最大不要超過120mA </p><p>　　7） ISP/IAP，ISP指的是直接將寫好的程序下載到芯片里面，而芯片不需要從PCB板上取出來，IAP指的是通過操作之后將程序下載到芯片，也不需要特定的仿真器，只要通過串口（P3.0/P3.1）

29、就可以下載已經(jīng)編寫好的程序代碼，幾秒內(nèi)就可以完成 </p><p>　　8） 具備EEPROM功能 ，但是要注意的是此款單片機內(nèi)部沒有這個功能 </p><p><b>　　9） 看門狗功能 </b></p><p>　　10）內(nèi)部集成MAX810復位電路，不用再設(shè)計外部的復位電路，而且這個復位是非常可靠的，如果需要的話只要在外部接一個復位按鍵

30、</p><p>　　11）外部掉電檢測電路：這個電路主要是在遇到突發(fā)情況的時候可以把數(shù)據(jù)保存在EEPROM當中 </p><p>　　12）時鐘源：在外面接一個高精度的晶振，設(shè)計者在下載已經(jīng)編寫完成的程序時，能選擇用外部高精度晶振/時鐘，3.3V單片機為10MHZ左右。在設(shè)計的精確度不需要非常高的情況下，也可以用單片機的內(nèi)部時鐘，只是每一個單片機都存在制造誤差，所以還是要根據(jù)實際測量的值

31、作為標準</p><p>　　13）共有4個16位定時器，兩個與傳統(tǒng)的8051單片機兼容的定時器/計數(shù)器，16位定時器T0和T1，沒有定時器2，但是有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上2路PCA模塊可以實現(xiàn)2個16位定時器 </p><p>　　14）3個時鐘輸出口，獨立波特率發(fā)生器可以在P1.0口輸出時鐘，其中選用這款單片機最主要的原因還是因為它本身具有A/D轉(zhuǎn)換功能，而不

32、需要外接其它A/D轉(zhuǎn)換模塊，這樣不但使電路看起來更加精致和簡單，與此同時也降低了制作成本，節(jié)約了時間，并且能夠存儲足夠多的動畫，達到非常好的效果 </p><p>　　15） 2路PWM/PCA</p><p>　　---可以用來當做2路D/A使用</p><p>　　---可以用來當做另外的兩個定時器</p><p>　　---可以用來再實

33、現(xiàn)2個外部中斷 </p><p>　　16） 通用全雙工異步串行口，由于此單片機是增強型MCS-51，可以再使用別的一些軟件來達成多串口的目的</p><p>　　17） 封裝：當I/O接口不夠用的時候，可以用2到3根普通I/O口外接來擴展I/O端口，還可以用A/D作為按鍵掃描來節(jié)省I/O/,或者用雙CPU，這樣做的話就可以實現(xiàn)多線通信，</p><p>　　STC

34、12C5A60S2單片機各個引腳功能不同，P0、P1、P2和P3口在常規(guī)狀態(tài)下是雙向I/O口，其余的有的引腳有雙功能。這里只對第二功能說明。P3口的第二功能如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 P3口的第二功能</p><p>　　3.2 單片機總控制電路</p><p>　　由于省略了其他的芯片，使得電路變得也更加簡潔，控制電路也都集中在主控制芯片上

35、了。如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 總控制電路原理圖</p><p>　　控制電路點亮二極管主要分為兩中情況，如下圖3.2所示，在這種情況下，被稱為弱上拉/準雙向口，它通過電壓直接給I/O端口供電，是用灌電流的方式控制的。</p><p>　　圖3.2 灌電流示意圖</p><p>　　另外一種情況是如圖3.3所示，叫做推

36、挽/強上拉口，由圖可以看見I/O端口的另一端連接的是地，是用拉電流控制發(fā)光二極管的。</p><p>　　圖3.3 拉電流示意圖</p><p>　　此次設(shè)計我們用的是第一種灌電流的方式，在發(fā)光二極管處于正向連接的時，在此狀態(tài)下，反相器大概可以輸出7 mA左右的電流，點亮二極管是綽綽有余的，所以采用灌電流這種方式來點亮發(fā)光二級光是非常適合的。</p><p>　　

37、3.2.1 驅(qū)動電路</p><p>　　為了節(jié)約成本，并且使得體積可以盡可能的小一些，此次的設(shè)計沒有選擇硬件電路的集成設(shè)計，而是直接把驅(qū)動電路連同控制電路設(shè)計在了一起，并且選用主控制芯片作為光立方的驅(qū)動，如圖3.4。</p><p>　　圖3.4 共陰極驅(qū)動電路圖</p><p>　　圖中左側(cè)上端的四個I/O端口連接的是共陰極發(fā)光二極管，下端的I/O端口連接的

38、是主控制芯片的8個端口，在接收到程序后，直接在I/O端口的驅(qū)動下，實現(xiàn)各式各樣的動畫。</p><p>　　3.2.2 時鐘電路</p><p>　　在設(shè)計中，我們設(shè)計時鐘電路的時候，我們要清楚的知道時鐘端口是怎么樣使用的，并且還要知道這個端口的特點：</p><p>　　XTAL1端口：內(nèi)部振蕩電路的輸入端口。</p><p>　　XTA

39、L2端口：內(nèi)部振蕩電路的輸出端口。</p><p>　　其實這兩個端口就是一個反向的放大器，它可以作為一個時鐘振蕩電路，但是必須要用石英晶振連接之后才可以實現(xiàn)。 </p><p>　　內(nèi)部方式的的時鐘電路就是如圖3.5所示，只要在XTAL1端口處、XTAL2端口處接一個石英晶體并在兩端接兩個電容，這樣就可以產(chǎn)生一個內(nèi)部激蕩電路，本次設(shè)計時鐘電路部分主要元器件包括2個30pF電容和1個11.

40、0592MHz晶振組成。</p><p>　　如果采用外部方式的時鐘電路信號，把RXD端接地，然后在TXD端接一個振蕩器。外部振蕩信號要求選取頻率低于11.0592 MHZ的方波。</p><p>　　時鐘電路用的是并聯(lián)諧振回路，這個回路是使用晶體與兩個電容構(gòu)建而成的。頻率微測則是根據(jù)電容的大小來實現(xiàn)的。</p><p>　　圖3.5 內(nèi)部方式時鐘電路圖

41、 </p><p>　　3.2.3 運放電路</p><p>　　此次光立方的設(shè)計最大的變化就是多了一個雙運算放大電路，這是為了能夠在接入音頻的時候來調(diào)節(jié)和放大模擬信號。</p><p>　　LM358P就是本次設(shè)計所用的一塊雙運算放大電路芯片，這個電路是由兩個獨立的高增益運算放大器所組成的，具有內(nèi)部頻率補償。該電路可以在較寬的電源電壓范圍內(nèi)單電源工作，也可以

42、在雙電源條件下工作，在各個領(lǐng)域中有廣泛的應用。芯片的內(nèi)部電路圖如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 LM358P內(nèi)部電路圖</p><p>　　由于負輸入端與輸出端直接相連，所以反饋信號直接取自輸出端的信號，實現(xiàn)電壓并聯(lián)負反饋。</p><p>　　NC器件選用的是0805規(guī)格貼片，這個貼片主要是保護電路的安全可以在上面連接，也可以不用連接。如圖3.7就

43、是雙運算放大電路原理圖。</p><p>　　圖3.7 雙運算放大電路原理圖</p><p>　　此運算放大器主要對輸入進來的弱信號進行放大，然后再把放大后的信號進行輸出。圖中5100歐姆的電阻為平衡電阻，這個電阻的阻值等于輸入信號為零時，各個反向輸入端總等效電阻。它是為了保證運放輸入級差分放大電路的對稱性。</p><p>　　3.2.4 顯示轉(zhuǎn)換電路<

44、/p><p>　　本次的設(shè)計沒有采用復位電路，而是將這一部分改為功能轉(zhuǎn)換，如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　一般作為復位電路都會連接在RST引腳，但是現(xiàn)在將電路接在P1.2引腳，由于整個P1引腳都可以當做A/D使用，在檢測到有模擬信號輸入時，按下按鈕就可以通過單片機就模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，顯示在光立方中。</p>

45、;<p>　　3. 3 光立方顯示電路</p><p>　　光立方顯示電路是由4層4*4的雙色發(fā)光二極管組成的，將它們焊接在一起之后，再連接到PCB板上，如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 PCB板對應引腳圖</p><p>　　圖中J1、J3、J4、J5有三個引腳，J8～J19只有兩個引腳，是由于已經(jīng)把每一豎列上二極管的陰極連接在一起

46、，只剩下兩個陽極引腳。J6和J7的三個引腳連接的是第二、第三和第四層的LED負極。各層的連接方式都和上圖一致，上面三層的陰極管腳可以通過導線連接到J6與J7的各引腳。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1 軟件編譯</b></p><p>　　此次設(shè)計在編譯方面用的是

47、Keil uVision4，使用Keil uVision4這個軟件能夠進行C語言編程，當然如果使用的是其他Keil uVision系列的軟件，也是可是進行編譯的。一開始先在Keil uVision4的工程菜單中新建一個工程，要注意的是keil里面沒有本次所用單片機的頭文件，所以頭文件需要設(shè)計者自行補充并插入到程序里面。示例如下：</p><p>　　新建了一個工程之后，先把它另存為文件夾中，文件夾的名字可以自己命

48、名，保存的類型為.c格式，并添加到組中。保存文件如圖4.1所示。</p><p><b>　　圖4.1　保存文件</b></p><p>　　在保持完成之后，我們就可以開始編寫程序了，編譯完之后，我們可以運行一下，看編譯有沒有錯誤如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 編譯沒有錯誤</p><p>　　緊接著下

49、一步要生成Hex文件，這一步步驟很重要，在菜單工程中選擇“為目標Target1 設(shè)置選項”這一個選項，然后選擇輸出菜單，在產(chǎn)生HEX文件前面的方框中打上勾，點擊確定，隨后只有將寫好的程序編譯，就會生成HEX文件。生成HEX文件如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3　生成hex文件</p><p>　　在所有的的程序都編譯結(jié)束之后，就要把HEX文件下載到芯片里面。運行STC-ISP這

50、一個軟件，選擇對應的單片機型號，接著打開HEX文件，選擇正確的COMS通道，就能下載了。燒錄程序?qū)υ捒蛉鐖D4.4所示。</p><p>　　圖4.4　燒錄程序?qū)υ捒?lt;/p><p>　　步驟1：選擇你所使用的單片機型號，如STC12C5A60S2 </p><p>　　步驟2：打開程序文件，選擇需要燒錄的程序 </p><p&

51、gt;　　步驟3：串口號的選擇，根據(jù)設(shè)計者自己所用的電腦的串口來選擇，有的最新生產(chǎn)的電腦可能沒有RS-232這個串口號，可以去網(wǎng)上或者店面買一條轉(zhuǎn)接器</p><p>　　步驟4：選擇“下載/編程”按鈕，這樣就開始把之前編譯好的程序下載到芯片中去，這一步步驟可以反復進行 </p><p>　　步驟5：如果根據(jù)設(shè)計者自己的要求，要進行重復的下載，也可以選擇“重復編程按鈕”，進行程序

52、的下載  </p><p>　　在下載的同時還需要留心一下提示，主要是看單片機需不需要上機或者是復位，程序在下載時的速度都要比普通的編譯器快。在下載程序之前，先要使單片機完全斷開與電源之間的連接，接著用鼠標點擊“下載/編程”這一個按鈕，這步完成之后，才能給單片機上單。如果是先上電的話，就會遇到查找不到正確的下載命令的情況，單片機就會連接到用戶程序那邊去了。</p><p&g

53、t;<b>　　4.2 流程設(shè)計</b></p><p>　　在程序運行之前，首先要對單片機的的各種設(shè)置進行初始化，這個過程包括了對定時器功能設(shè)置的初始化，對I/O端口各個功能設(shè)定的初始化等等。接著把每一個動畫的程序都編譯成一個可以獨自運行的程序段，下載到單片機里面進行驗證。如果動畫的效果都沒有錯誤，酒吧每一個動畫所編譯的程序都整合在一起，變成一個完整的程序，再對這整個程序進行編譯，看是不

54、是有錯誤，沒有的話把程序再一次下載到單片機里面，這樣就會得到一個完成的程序。</p><p>　　本次的設(shè)計在語言的編寫這一塊用的是Keil軟件，并且是采用模塊化設(shè)計程序的。初期要知道所編寫的程序具體實現(xiàn)的功能是什么，比如要實現(xiàn)動態(tài)效果，3D效果等等。然后才能利用軟件把所要實現(xiàn)的效果進行編譯。如圖4.5所示為主程序的流程圖。</p><p><b>　　否</b>&l

55、t;/p><p><b>　　是</b></p><p>　　圖4.5 主程序的流程圖</p><p><b>　　4.3 顯示設(shè)計</b></p><p>　　4.3.1　LED顯示的數(shù)據(jù)傳送</p><p>　　在LED顯示這個地方用的動態(tài)掃描顯示，顧名思義，就是把一整個

56、3D光立方分成幾個部分，這樣在第一個動畫顯示結(jié)束后，接下去顯示第二個動畫，直至最后一個動畫顯示完畢，然后又再次顯示第一個動畫，就這樣循環(huán)顯示?？偠灾@一種掃描方式要連續(xù)對LED進行刷新。</p><p>　　4.3.2　顯示程序設(shè)計</p><p>　　動態(tài)顯示程序流程圖如4.6：</p><p>　　圖4.6　LED顯示子程序流程圖</p><

57、;p>　　這種動態(tài)掃描顯示的方式主要分為兩種，一種是行掃描顯示，另一種是列掃描顯示，這兩種顯示的方式的區(qū)別是數(shù)據(jù)輸入端連接的是行或者列，如果先選的是列的話，就會從行輸入數(shù)據(jù)，顯示的效果就是從第一列顯示到第四列，然后重復循環(huán)。只要掃描的速度達到一定的程度，就可以在眼前呈現(xiàn)出一幅絢麗的動畫。</p><p>　　本次設(shè)計使用的動態(tài)掃描顯示采用的是列掃描，通過先選通了一列然后再依次選通第二行，第三、第四行。利用右

58、移的邏輯將數(shù)據(jù)輸出到鎖存器當中，然后再根據(jù)程序選擇相對應的鎖存器輸出動畫。</p><p>　　4.3.3　A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　本次單片機自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，P1的各個引腳都是A/D轉(zhuǎn)換口，可以將模擬量送入比較器，用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（DAC）的模擬量與本次輸入的模擬量通過比較器進行比較，并且將比較的結(jié)果保存到逐次比較器，再通過逐次比較寄存器輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，最終的結(jié)果保存到A

59、DC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES和ADC_RESL，同時置位ADC控制寄存器ADC_CONTR中的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標志位ADC_FLAG。先要設(shè)定一個輸入口，函數(shù)程序如下：</p><p>　　void Init()</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P1ASF = 0x02; // 將 P1.1

60、 置成模擬口 </p><p>　　AUXR1 &=0xFB; // 令 ADRJ=0</p><p>　　EADC=1;//AD中斷打開</p><p>　　ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDHH | ADC_START | channel;</p><p>　　//

61、1打開 A/D （ADC_POWER）轉(zhuǎn)換電源；11速度為70周期一次；</p><p>　　//0中斷標志清零；1啟動adc(ADC_START);001AD通道打開（這里為P1.1）;</p><p>　　在設(shè)定完了輸入口之后，就要開始進行AD采集，具體程序如下：</p><p>　　void Ad_Control() interrupt 1//控制采樣率&

62、lt;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDHH| ADC_START | channel; //開始AD采集</p><p>　　if(adwu>10) //任意采集點的值大于5就不計時</p><p><b>　

63、　{</b></p><p>　　time_ms=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　AD采集需要進行多次的比較，才可以是得到的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量的對應值。最后用完整的程序進行編譯。</p>&

64、lt;p>　　4.3.4　點亮方法</p><p>　　要實現(xiàn)發(fā)光二極管的亮與滅，此次的設(shè)計用的是一款3D光立方取模軟件，在這塊軟件的幫助下，可以更快的組織動畫，如圖4.7。</p><p>　　圖4.7　3D光立方取模軟件</p><p>　　然后將3D光立方的取模軟件的試圖分為正視圖，側(cè)視圖和俯視圖，取模是只需要在你想要的使徒上操作就可以了，不用管其他視圖

65、的變化。</p><p>　?。?）制作一個動畫，從側(cè)視圖看右邊第一列全亮，然后第二列亮，第一列熄滅到最后第四列列亮，第三列熄滅，只需要用鼠標點擊8*8的小方格，白色代表點亮，灰色代表熄滅，如圖4.8所示。相對應的數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)hex的區(qū)域內(nèi)。之后找到hex文本框里第一行的后面四個數(shù)據(jù)，這四個數(shù)據(jù)即為有效數(shù)據(jù)，根據(jù)圖形的的不同，獲得的數(shù)據(jù)大小也不同，總之除零以外的數(shù)據(jù)都是有效的。</p><p&

66、gt;　　圖4.8 取模過程</p><p>　　然后用keil打開軟件，將有效數(shù)據(jù)那一行復制到模板中。所示其他的三列也是按照這個方法取模，然后將這些數(shù)據(jù)復制到keil軟件中去，再加上時鐘電路的控制，如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 程序編寫</p><p>　　就可以把制作的動畫進行保存，并進行編譯，確定沒有編譯錯誤后，用stc下載軟件進行程序的

67、下載，這樣一個從右面平移到左面的動畫就完成了。</p><p>　　（2）制作一個動畫從右邊開始，第一列亮，然后第二列亮，直到最后整個光立方全亮，同樣要用到取模軟件，如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10 動畫取模</p><p>　　取模過程是一樣的，完成取模后要將對應的代碼復制到keil軟件中，加上時鐘電路進行編譯，如圖4.11所示。</p&

68、gt;<p>　　圖4.11 程序編寫</p><p>　　如果編譯沒有錯誤，就可以將程序下載到單片機，一個從右亮到左的動畫就完成了，以上是基本的動畫設(shè)計，同樣可以用這款軟件設(shè)計更華麗的動畫效果。</p><p><b>　　4.4 小結(jié)</b></p><p>　　通過以上的步驟操作之后，得到的動畫顯示效果如圖4.12所示。

69、</p><p>　　圖4.12 效果展示</p><p>　　還可以根據(jù)設(shè)計者的喜愛，按照以上的做法設(shè)計出更加多的動畫，總的來說整個過程比較簡單，只要注意在取模時要有順序的進行，否則最后顯示的動畫將沒有美感。</p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　這一次的設(shè)計用的MCS-51的的增強型S

70、TC12C5A60S2單片機對整個系統(tǒng)進行控制的，另外再添加64個發(fā)光二極管所組成顯示模塊，為了效果能夠更加的絢麗，選用了紅藍雙色的LED。此次光立方采用的是共陰層的接法。P2.0-P2.7端口是層制端口，先把整個3D光立方從中間分開，分為左右兩側(cè)，把左側(cè)的陰極都焊接在一起，這樣就有四層，再把右側(cè)的陰極也焊接在一起。然后將左側(cè)第四層的陰極接入P2.0這個端口，將左側(cè)第三層的陰極接入P2.1端口，再把左側(cè)第二層的陰極接入P2.2端口，最后

71、把最底層的陰極接入P2.3端口。右側(cè)也是按照這個方法，第四層的陰極接入P2.4端口，第三層的陰極接入P2.5端口，第二層的陰極接入P2.6端口，最低層的陰極接入P2.7端口。圖5.1所示：</p><p>　　圖5.1 光立方結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　接下來是束的焊接，如圖5.2所示，這種接法就比較簡單了，根據(jù)PCB板上面標的B+藍色正極焊接的藍色的發(fā)光二極管的管腳，R+紅色正極焊接的

72、是紅色的發(fā)光二極管的管腳，黑顏色的線指的是層控制線。</p><p>　　圖5.2 引腳連接圖</p><p>　　緊接著是有關(guān)于接線下燈座的加工方法，需要把40P圓排母用相應的工具制作成單針，這里可以用到水口鉗或斜口鉗，在這兩種工具都找不到的話，可以用老虎鉗代替一下，注意在剪的過程當中不要弄傷了手，剪完之后放在容器里面，以免會有掉落和遺失。結(jié)束了上一步之后還要再用水口鉗把針座周圍的塑料

73、去掉，，同樣的要注意安全。當然不見也是可以的，剪了之后在焊接的時候悔比較美觀一點。</p><p>　　然后我們要開始焊接LED了，在焊接之前，先要整形LED，每個LED都整形成如圖5.3的樣子，這樣就可以更好地區(qū)分中間的是負極，次長的一段為紅色正極，最短的那一根為藍色正極。同樣要整理好這些LED，不可隨意亂放。</p><p>　　圖5.3 二極管整形圖</p><

74、p>　　整形完成之后，我們要先搭建一個固定發(fā)光二極管的萬用板，這樣的話可以更加方便的焊接發(fā)光二極管支架，用這樣的方法焊接出來的LED陳列就比較整齊美觀。在搭建的過程中可以先用LED測量一下上下兩個LED之間的間距，還有PCB板上相鄰的兩個LED之間的距離。</p><p>　　搭建完成之后，我們而已先把這些排針焊接在萬用板上，再把之前整形好的LED夾在排針的中間，保持一定的距離，縱向焊接正極，橫向焊接負極，

75、如圖5.4這樣焊接。</p><p>　　圖5.4 二極管焊接圖</p><p>　　下來正好是16個LED，也就是1面，就用這樣的方法，把接下來的3面LED都焊接完成，然后吧單針套在最底層的引腳上面，再把單針焊接在對應的PCB板的對應端口處。最后第二層，第三層，第四層的負極管腳可以相接，再通過導線接到PCB板的對應端口處，最終我們得到了如圖5.5所示的成果。</p>&l

76、t;p>　　圖5.5 完整光立方圖</p><p>　　在制作完了之后，我們還可以再整理一下，這樣一個完整的光立方就制作完成。 </p><p><b>　　硬件測試問題：</b></p><p>　　問題一：最初測試不成功，有幾顆LED不亮，還有一排沒有亮的。</p><p>　　解決方法：換掉了那幾顆不亮的L

77、ED，估計是在我焊接的時候弄壞了，那一排沒有亮的是沒有焊接好，引腳處沒有搭上。</p><p><b>　　軟件測試問題：</b></p><p>　　問題一：剛開始我寫了一個程序是一排一排亮的，然后發(fā)現(xiàn)有LED串亮的現(xiàn)象發(fā)生。</p><p>　　解決方法：我以為是我的程序有錯誤，又看了一遍，結(jié)果沒有錯。然后我對串亮的發(fā)光二極管進行了檢測，在

78、萬用表的幫助下，發(fā)現(xiàn)原來是二極管燒壞了，直接使部分電路發(fā)生了短路的現(xiàn)象。最后在更換了新的二極管之后，問題得到了解決。</p><p>　　問題二：我寫了一個全亮的程序，然后有一排的LED都沒有亮。</p><p>　　解決方法：一開始，我以為是我程序的問題，然后又重新寫了一遍，再進行試驗，結(jié)果還是沒有點亮，后來我直接換了一個主控制芯片，發(fā)現(xiàn)可以正常工作了，可能是一個端口有問題，問題解決。&

79、lt;/p><p>　　問題三：在所有的代碼都編譯完之后，把程序下載到芯片里面，運行后發(fā)現(xiàn)其中的一層發(fā)光二極管會閃爍。</p><p>　　解決方法：經(jīng)過檢查，程序沒有問題，然后有匯過去檢查LED，是有一個點沒有連接好，然后我把虛焊的點銜接好了。</p><p>　　最終成果展示，如圖5.6：</p><p><b>　　圖5.6 展

80、示圖</b></p><p>　　回顧本次的畢業(yè)設(shè)計，發(fā)現(xiàn)光立方在目前的市場上具有良好的發(fā)展前景，雖然現(xiàn)在大多用于舞臺等大型場所，只是為了增加舞臺效果，但是經(jīng)過設(shè)計，小型的光立方同樣可以走進日常生活中，對緩解壓力有一定的幫助。所以如果對光立方加以推廣的話，此次的設(shè)計將會變得更有意義。</p><p><b>　　致 謝</b></p>&l

81、t;p>　　本論文是在指導老師武曉光教授悉心指導下完成的。武老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術(shù)目標、掌握了基本的研究方法。本論文從選題到完成，每一步都是在武老師的指導下完成的，傾注了武老師大量的心血。在此，謹向武老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！</p><p>　　此外，

82、本文最終得以順利完成，也離不開各位老師、同學和朋友的關(guān)心和幫助。在此感謝錢東寧老師和劉曦老師，雖然他們沒有直接參與我的論文指導，但在專業(yè)方面的指導和幫助，提出了一系列可行性的建議，在此向他們表示深深的感謝！</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 國慶亮點——光立方[J]. 老年教育(長者家園),2009,11:48. <

83、/p><p>　　[2] 楊永剛. 3D光立方的設(shè)計與制作[J]. 電子世界,2014,06:129.</p><p>　　[3] 韓鵬程,婁穎,池承選. 基于單片機的光立方系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子世界，2014,12:528.</p><p>　　[4] 劉建闖. 基于STC12C5616AD單片機的操作指示器設(shè)計[J]. 世界電子元器件,2012,10:50-53.&

84、lt;/p><p>　　[5] 劉文英．油井產(chǎn)液量自動計量裝置研究開發(fā)[D]．中國石油大學，2012．</p><p>　　[6] 艾學忠. 單片機原理及接口技術(shù)理及應用[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2012.</p><p>　　[7] 黃正瑾．電子設(shè)計競賽賽題解析[M]．南京：東南大學出版社，2003．</p><p>　　[8] 王毓銀．

85、數(shù)字電路邏輯設(shè)計[M]．北京：高等教育出版社，2007．</p><p>　　[9] 何立民．單片機應用程序設(shè)計[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2003．</p><p>　　[10] 李朝青．單片機原理及接13技術(shù)[M]．3版．北京：北京航空航天大學出版社，2005．</p><p>　　[11] 劉維恒．實用電子電路基礎(chǔ)[M]．北京．電子工業(yè)出版社，200

86、4．</p><p>　　[12] 何光明，楊靜宇．c語言程序設(shè)計與應用開發(fā)[M]．北京：清華大學出版社，2006．</p><p>　　[13] 李廣第．單片機基礎(chǔ)[M]．北京：北京航空航天大學出版社，1999.</p><p>　　[14] 付曉光.單片機原理與使用技術(shù)[M].清華大學出版社，ISBN7-81082-169-5TP.</p><

87、;p>　　[15] 胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù).(第2版).北京：清華大學出版社,2013.</p><p><b>　　附錄：</b></p><p>　　void DisplayMode2()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PwmAllon(1);<

88、/p><p>　　PwmOff(1);</p><p>　　P2 = 0XFF;</p><p>　　DELAY_MS(1000);</p><p>　　Any10(1,TimeDelay);</p><p>　　Any10(1,TimeDelay);</p><p>　　Allfalloff(

89、2,TimeDelay);</p><p>　　Allfalloff(3,TimeDelay);</p><p>　　Randomlight(1,TimeDelay);</p><p>　　Randomlight(3,TimeDelay);</p><p>　　Any10(2,TimeDelay);</p><p>　

90、　Rain(1,TimeDelay);</p><p>　　Righttoleft(1,TimeDelay);</p><p>　　Righttoleft(2,TimeDelay);</p><p>　　Righttoleft(3,TimeDelay);</p><p>　　Lefttoright(2,TimeDelay);</p&g

91、t;<p>　　Lefttoright(1,TimeDelay);</p><p>　　Any10(3,TimeDelay);</p><p>　　Lefttoright(3,TimeDelay); </p><p>　　turnD(1,TimeDelay);</p><p>　　Randomoff(2,TimeDelay);

92、</p><p>　　turnD(3,TimeDelay);</p><p>　　turnD(2,TimeDelay);</p><p>　　Randomoff(1,TimeDelay);</p><p>　　Spin(1,TimeDelay);</p><p>　　Spin(1,TimeDelay);</p

93、><p>　　Spin(1,TimeDelay);</p><p>　　Spin(1,TimeDelay);</p><p>　　Spin(1,TimeDelay);</p><p>　　Randomoff(3,TimeDelay);</p><p>　　Toptofollowing(1,TimeDelay);</

94、p><p>　　Toptofollowing(2,TimeDelay);</p><p>　　Toptofollowing(3,TimeDelay);</p><p>　　Followingtotop(1,TimeDelay);</p><p>　　Followingtotop(2,TimeDelay);</p><p>

95、　　Followingtotop(3,TimeDelay);</p><p>　　Alllight(1,TimeDelay);</p><p>　　Alllight(2,TimeDelay);</p><p>　　Alllight(3,TimeDelay);</p><p>　　Evel(1,TimeDelay);</p>&l

96、t;p>　　Evel(2,TimeDelay);</p><p>　　Evel(3,TimeDelay);</p><p>　　Followtotop(1,TimeDelay);</p><p>　　Followtotop(2,TimeDelay);</p><p>　　Followtotop(3,TimeDelay);</p&g

97、t;<p>　　Allfalloff(1,TimeDelay);</p><p>　　Spin(2,TimeDelay);</p><p>　　Spin(2,TimeDelay);</p><p>　　Spin(2,TimeDelay);</p><p>　　Spin(2,TimeDelay);</p><

98、p>　　Spin(2,TimeDelay); </p><p>　　Randomlight(2,TimeDelay);</p><p>　　Thenthelast(1,TimeDelay);</p><p>　　Thenthelast(2,TimeDelay);</p><p>　　Thenthelast(3,TimeDelay);&

99、lt;/p><p>　　Thelast(1,TimeDelay);</p><p>　　Thelast(2,TimeDelay);</p><p>　　Thelast(3,TimeDelay); </p><p>　　Twoidea(1,TimeDelay);</p><p>　　Twoidea(2,TimeDelay);

100、</p><p>　　Twoidea(3,TimeDelay);</p><p>　　Around2(1,TimeDelay);</p><p>　　Around2(2,TimeDelay);</p><p>　　Around2(3,TimeDelay);</p><p>　　Spin(3,TimeDelay); &l

101、t;/p><p>　　Spin(3,TimeDelay); </p><p>　　Spin(3,TimeDelay); </p><p>　　Spin(3,TimeDelay); </p><p>　　Spin(3,TimeDelay); </p><p>　　Spread(1,TimeDelay);</p>

102、<p>　　Spread(2,TimeDelay);</p><p>　　Spread(3,TimeDelay);</p><p>　　Framework(1,TimeDelay);</p><p>　　Framework(2,TimeDelay);</p><p>　　Framework(3,TimeDelay);</p&

103、gt;<p>　　Nextkj1(1,TimeDelay);</p><p>　　Nextkj1(2,TimeDelay);</p><p>　　Nextkj1(3,TimeDelay);</p><p>　　Nextkj2(1,TimeDelay);</p><p>　　Nextkj2(2,TimeDelay);</p&

104、gt;<p>　　Nextkj2(3,TimeDelay); </p><p>　　Drip(1,TimeDelay);</p><p>　　Drip(2,TimeDelay);</p><p>　　Drip(3,TimeDelay); </p><p>　　Around(1,TimeDelay);</p>&l

105、t;p>　　Around(2,TimeDelay);</p><p>　　Around(3,TimeDelay);</p><p>　　Aroundnext(1,TimeDelay);</p><p>　　Aroundnext(2,TimeDelay);</p><p>　　Aroundnext(3,TimeDelay);</p&

106、gt;<p>　　Rain(1,TimeDelay);</p><p>　　Rain(2,TimeDelay);</p><p>　　Rain(3,TimeDelay);</p><p>　　Nextfourspread(1,TimeDelay);</p><p>　　Nextfourspread(2,TimeDelay);&l

107、t;/p><p>　　Nextfourspread(3,TimeDelay);</p><p>　　Fourspread(1,TimeDelay);</p><p>　　Fourspread(2,TimeDelay);</p><p>　　Fourspread(3,TimeDelay);</p><p>　　Any1(1,

108、TimeDelay);</p><p>　　Any1(2,TimeDelay);</p><p>　　Any1(3,TimeDelay);</p><p>　　Any2(1,TimeDelay);</p><p>　　Any2(2,TimeDelay);</p><p>　　Any2(3,TimeDelay);<

109、/p><p>　　Any3(1,TimeDelay);</p><p>　　Any3(2,TimeDelay);</p><p>　　Any3(3,TimeDelay);</p><p>　　Any4(2,TimeDelay);</p><p>　　Any4(1,TimeDelay);</p><p&g

110、t;　　Any4(3,TimeDelay);</p><p>　　Any5(1,TimeDelay);</p><p>　　Any5(2,TimeDelay);</p><p>　　Any6(3,TimeDelay);</p><p>　　Any5(3,TimeDelay);</p><p>　　Any6(1,Tim

111、eDelay);</p><p>　　Any6(2,TimeDelay);</p><p>　　Any7(1,TimeDelay);</p><p>　　Any7(2,TimeDelay);</p><p>　　Any8(1,TimeDelay);</p><p>　　Any7(3,TimeDelay);</p&

112、gt;<p>　　Any8(2,TimeDelay);</p><p>　　Any9(2,TimeDelay);</p><p>　　Any8(3,TimeDelay);</p><p>　　Any9(1,TimeDelay);</p><p>　　Any9(3,TimeDelay);</p><p>

113、　　PwmAllon(0);</p><p>　　PwmOff(0); </p><p>　　P2 = 0XFF;</p><p>　　DELAY_MS(2000);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><

114、;b>　　{</b></p><p>　　P0M0 = 0xff;</p><p>　　P0M1 = 0x00;</p><p>　　P3M0 = 0xff;</p><p>　　P3M1 = 0x00;</p><p>　　P1M0|=0x06; </p><p>　　P1M

115、1|=0x06; </p><p>　　//timer1_init();</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　DisplayMode2();</p><p><b>　　} </b

116、></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer1() interrupt 3</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TH1 = 0;</b></p><p><b>

117、　　TL1 = 0;</b></p><p>　　if(S_1==1 && S1())</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TimeDelay++;</p><p>　　if(TimeDelay > MAX_Delay)</p><p>　

118、　TimeDelay = MIN_Delay;</p><p>　　while(S1());</p><p><b>　　} </b></p><p>　　if(S_2==1 && S2())</p><p><b>　　{</b></p><p><