1、本 科 毕 业 论 文3D 光立方的制作系 别：物理与电子科学系目 录摘要ABSTRACTII引言 11设计方案论证 21.1并行 I/O口扩展方案一 31.2并行 I/O口扩展方案二 32.使用元器件及电路设计与制作 32.1使用元器件 52.2 原理图设计 52.3硬件电路制作 53.程序代码编写及调试53.163.263.37结论8注释（可选用）9参考文献10附录（可选用）11致谢12I摘 要本设计采用 8*8*8 的模式，硬件主要分为三个模块：主控模块、驱动模块、显示模块。采用的主控芯片为 STC89C52芯片，驱动电路是采用我们常用 74HC573数字芯片和 ULN2803八重达林顿
2、管,显示模块用 512颗 LED组建而成的光立方体。用 8个引脚来控制各个 8*8点阵的阴极，将每层灯的阴极全连接在一起接入ULN2803，由 ULN2803控制的每一层灯。数组 top代表光立方从第一层 top0 到第八层 top7 的数据，以此类推数 组 Y表光立方从第一束 led1 到第六十四束 led64的数据。本设计采用 C语言编程，利用单片机控制 LED的亮灭，采用延时控制 LED亮灭时间，最终使得整个立体展现不同的造型和图案。关键词：光立方 STC89C52 74HC573 ULN2803IIABSTRACTThis design uses 8 * 8 * 8 mode, the
3、 hardware is divided into three modules: control module, driver module, display module. The master chip using STC89C52 chip driver circuit is the use of digital chips and we used 74HC573 ULN2803 eight weighing Linton tube, LED display module 512 formed from a light cube. With eight pins to control e
4、ach 8 * 8 matrix cathode, the cathode of each lamp are connected together full access ULN2803, ULN2803 controlled by the light of each layer. Array top represents light cube from the first layer to the eighth floor top7 top0 data, so the array Y Table Light Cube from the first to the sixty-fourth be
5、am bunch led1 led64 data. This design uses the C programming language, using SCM control LED light off, the use of LED light off time delay control, and ultimately makes the entire three-dimensional display of different shapes and patterns.Keywords: light cube STC89C52 74HC573 ULN2803- 1 -引言“光立方”一词来
6、源于 2009年国庆，光立方是由四千多棵光艺高科技“发光树”组成的，光立方在 2009年 10月 1日天安门广场举行的国庆联欢晚会上面世。光立方由许多电子爱好者突发异想，使 09年国庆联欢晚会上的场景在较小的放光体内展现出来。在诸多电子爱好者设计的光立方中大量的都是静态字符的展现。本设计将在 8*8*8 的 LED立方体内展现出更多动态的字符画面。本设计的意义：提高电子制作能力、了解当代电子制作的发展及更新、加深对单片机的了解及应用。本设计通过查阅文献及相关书籍选择出最佳的设计方案完成设计原理图、硬件电路制作及相关字符动画程序代码的编写及调试。- 2 -1.设计方案论证1.1并行 I/O口扩展
7、方案一选用 STC89C52单片机作为主要的控制模块，由于一块 MCU(MicrocontrollerUnit单片机)仅有 40个引脚，在整个设计中对光立方的控制所需 I/O口为 72个，所以需对 I/O进行扩展采用两块 MCU联合通信实现，基本原理图如图 1.1。图 1.1该方案的缺点是制作费用较大，联机通信不易控制。1.2并行 I/O口扩展方案二选用 STC89C52单片机作为主要的控制模块，采用锁存器 74HC573最为 I/O口的扩展芯片，采用 ULN2803为 LED提供电压。该方案制作经济成本较低，易控制易操作。所以本设计选择方案二作为设计方案。基本原理图如图 1.2。图 1.2M
8、CU1MCU2LED立方体ULN2803MCU7 片 74HC573LED 立方体- 3 -2.使用元器件及电路设计与制作2.1使用元器件74HC573是八进制 3 态非反转透明锁存器。器件的输入是和标准 CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和 LS/ALSTTL输出兼容。当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步） 。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。输出既不是高电平,也不是低电平,而是高阻抗的状态；在这种状态下,可以多个芯片并联输出，当输入的数据消失时,在芯片的输出端,数据仍然保持。 5ULN2803是八重达林顿管，1 至 8脚为 8路输
9、入,18 到 11脚为 8路输出。驱动能力为 500MA 50V。应用时 9脚接地,10 脚接负载电源 V+,输入的电平信号为 0或 5V。输入 0是输出达林顿管截止,输入为 5V电平时，输出达林顿饱和。输出负载加在电源 V+和输出口上，当输入为高电平时，输出负载工作，该电路为反向输出型，即输入低电平电压，输出端才能导通工作。 5STC89C52是 STC公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8位微控制器。具有以下标准功能： 8k字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，4
10、 个外部中断，一个 7向量 4级中断结构（兼容传统 51的 5向量 2级中断结构） ，全双工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选。 22.2原理图设计本设计原理图在 Proteus软件上制作，电路原理图如图 2.2。- 4 -图 2.2 光立方主控及驱动原理图2.3硬件电路制作为了使主控电路更加稳定可靠，主控模块才用购
11、买的单片机开发板的最小系统。驱动模块采用洞洞板焊接。为了方便制作使用插针与杜邦线实现各个模块之间的链接驱动模块的制作：采用 74HC573三态锁存器进行 I/O口的并行宽展。单片机最小系统的 I/O口引脚是用插针引出来的，所以在引脚的链接上，采用插针和杜邦线来完成引脚与引脚之间的链接。在驱动模块需串联八个八枚一排的插针与MCU的 I/O口链接作为数据的输入端口，别与八片 74HC573链接。再用八枚针分别与八片驱动芯片的控制端口（LE 端口）链接。采用 ULN2803为显示模块供电，所以同样需要两排八枚的插针引出引脚输入端与 I/O口 P1口链接，输出端与显示模块的八个层面链接。光立方体的焊接：采用塑料泡沫板作为焊接光立方的模板，在泡沫板上画上8*8的 LED平面图如图 2.3.1，并且每个 LED相距 2cm。在每个 LED塑料平面点烙出一个小孔足够放下 LED灯头即可。将 LED焊接为八个 8*8的水平矩阵，把每一个平面的接地端用一个引脚输出，然后再将每个矩阵从下至上的焊接每一个引脚。光立方体如图 2.3.2。- 5 -图 2.3.1 光立方平面图 图 2.3.2 光立方体3.程序代码编写及调试3.13.23.376543210- 6 -结论：
