1、本科毕业论文（20 届）LED 立方体显示器设计所在学院专业班级 电子信息科学与技术学生姓名指导教师完成日期ii目 录摘 要 . .1Abstract. .2前 言. .3第一章 绪 论 .41.1 开发背景 .41.2 所要完成的工作 .4第二章 光立方系统设计 .52.1 光立方整体结构 .52.2 显示程序的设计流程 .52.3 工作原理 .6第三章 元器件选择 .83.1 STC12C5A60S2 芯片 .83.2 74HC573 芯片 .83.3 ULN2803 芯片 .103.4 LED 灯 .10第四章 制作与调试 .114.1 主控电路 .114.2 驱动电路 .124.3 显
2、示模块 .134.4 调试 .144.5 效果展示 .14第五章 总结与展望 .165.1 总结 .165.2 展望 .17参考文献致谢附录（程序）1摘 要LED 是发光二极管( Light Emitting Diode)的简称。有它产生的 LED 显示屏，在高速发展的信息社会中，不再是公共信息展示的作用，也越来越贴近于商业化应用。例如，图形和文字的静态显示，实时信息的动态显示和处理，另外，不仅有二维显示，还有三维立体的展示，就像光立方。LED 具有的良好特性，使光立方的开发越来越完善。随着它的性能越来越好，其应用领域将会越来越广。本次研究课题：设计一个立方体显示器，主要任务及目标为：光立方的
3、比例是8*8*8，能显示圆锥体等立体结构，各面能显示基本字符。在此基础上的预期效果：光立方能显示更多的趣味图形，并能显示流动的文字和图案，最终组合成动画。如果想自定义图形和文字，可以通过编程去实现，最终能在光立方上得到完美的呈现。关键词：光立方；LED 立方体显示器； LED 动画2AbstractLED is short for light-emitting diodes. It produces the LED display. In the rapid development of the information society, the LED display is no longer
4、 the role of public information display, and get closer to commercial application.For example, image and texts static display,dynamic display and processing of real-time information. In addition, It is not only the two-dimensional display, as well as three-dimensional display, like light cube. LED h
5、as good characteristics and make the development of light cube become more perfect. With Its performance is getting better and better, and its applications will be more widely.The research project: design a cube display, the main tasks and objectives: the proportion of light cube is 8 * 8 * 8 and ca
6、n display three-dimensional structures such as cones and each side can show the basic characters.On this basis, the desired effect: the light cube can display more interesting images, and can show the flow of words and images, and ultimately combined into animation. If you want to customize the word
7、s and images，You can achieve by programming, finally able to get the perfect present on the light cube.Keywords: Light Cube;LED Cube display;LED animation3前言为了更好的显示效果，本设计采用方形蓝色雾灯，相间 2cm，构成 8*8*8 的立方体。它由核心处理器送出信息，驱动电路工作，最终完成光立方显示。采用 C 语言编程，编程好的程序烧录到芯片中，利用数组变化来控制 LED 灯亮灭，从而使得 LED 灯显示不同的图案，通过信息锁存达到文字图案
8、的静态显示。再在每个图案数组间加入延时语句来控制 LED 灯点亮时间，从而使 LED 组成的图案转换起来，由于人眼特性，只要图案与图案转换时间较小，人眼就能忽视其时间间隔，从而能看到不同形状的图案不断转换，流动性的立体显示动画，看起来生动美观。全文共分为五章。第 1 章 绪论 主要介绍了本设计的开发背景，国内外现况及本设计所要完成的工作。第 2 章 介绍了主要元件。第 3 章 介绍了光立方的整体结构以及工作原理。第 4 章 制作与调试。教大家如何焊接整齐的光立方，以及做成后的效果图。第 5 章 课题总结与展望。4第一章 绪 论1.1 开发背景光立方技术的出现一直到现在仍然被很多人所热爱，它相对
9、于传统的显示器，立体感更好。然而，随着人们生活水平的提高，对于光立方的要求也随着提高，不再只是室内，它的高适应性让它应用于室外，例如广告牌等的现实的效果更佳美幻多彩，吸引了众多眼球。给商家带来了利益，也给大众带来了美好的视觉盛宴。就在新中国成立六十周年晚会上，光立方成就了经典。那由众多 LED 灯组成的“五星红旗”飘扬的动感画面，还有那八千多只“小白鸽”，在夜空中飞翔的壮观景象，似是真的，给光立方更多的延伸空间。至此，人们对于光立方有了更多的追捧与热爱，促使光立方技术在不断更新与进步，这种光立方技术，在近期被广泛应用于大型演唱会，城市地标广场等场合。1.2 所要完成的工作本次毕业设计的课题是完
10、成 LED 立方体显示器设计，要求：比例 8*8*8，能显示圆锥体等立体结构，各面能显示基本字符。预期要求是完成课题要求的情况下，能实现图形或者文字的动态旋转，移入移出等显示方式，并尝试显示器的频谱显示输出。5第二章 光立方系统设计2.1 光立方整体结构图 2-1 光立方整体结构图由图可知：要让光立方显示，从两部分入手，首先是行驱动器控制 8 个层面的灯亮灭，再是列驱动器控制 8 个竖面的灯亮灭，最后结合行列信息，把图案文字在光立方上显示出来。这里的 STC12C5A60S2 就是主控芯片，列驱动器是 74HC573 芯片构成的电路，行驱动器是 ULN2803 达林顿管构成的电路。2.2 显示
11、程序的设计流程图 2-2 显示程序设计流程图6显示程序如下：void main()sinter(); / clear(0);while(1) clear(0); flash_2();flash_3(); flash_4();flash_4();flash_5(); flash_5();flash_6();flash_7();flash_8();flash_9();flash_10();clear (0); flash_11(); flash_9();flash_5();flash_7(); flash_5(); flash_6();flash_8(); flash_9(); flash_10(
12、); void print() interrupt 1 uchar i; static uchar layer=0;P1=0;for (i=0;i8;i+)/列循环 P2=1i;delay(3);P0=displaylayeri; delay(3); P1=1layer;层左移if (layer7) layer+; else layer=0;TH0=0xc0;TL0=0; 显示采用的是扫描显示方式，选通一列后按照列对应的数据表的数据第 i 列对应的列数据为数组的第 i 和第 i+7 个元素。将对应数据由低至高位一次从控制端口输出显示。向右逻辑位移所得结果通过单片机端口输出到锁存器，通过片选需要
13、显示对应的锁存器再输出显示。如此依次循环选通各列来显示所需画面。把显示的数据送到 P0 口，相应的锁存器接收数据，再把片选锁存器的数据送到端口，相应锁存器接收数据并锁存输出显示，接着把下一组数据送到 P0 口，改变片选锁存器的数据，送到相应锁存器输出显示，直到把所有的数据输出传送完毕后，显示完成后，退出显示程序，等待指令。 2.3 工作原理LED 立体显示的基本原理：74HC573 驱动 8 个竖面的 LED 灯的亮灭，ULN2803 驱动 8 个层面的 LED 的亮灭，由主控芯片 STC12C5A60S2 的 P0、P1、P2 口的数据信息控制两个驱动芯片的输出，从而控制 8*8*8 个 L
14、ED 灯的亮灭。这样亮灯组合的图案就能在光立方中显示出来。具体点说，就是由核心芯片 STC12C5A60S2 的 P2 口输出列选通信息，在由芯片锁存功能，将 P0 口输出的数据输出且按功能表锁存到被选通的 74HC573 寄存器中，从而驱动列方向的 LED 灯的亮灭；由主控芯片 STC12C5A60S2 的 P1 口输出数据传输给ULN2803，间接地控制其输出，从而驱动行方向的 LED 灯的亮灭。将行列数据信息集合，得到整体的 LED 灯组合的图案。编辑程序时，合理设定图案与图案之间转换时间，再由于“余晖效应”，让我们能看到流动的立体动画。7图 2-3 光立方结构示意图例如：要让光立方坐标
15、为（3,4,5）的灯亮，其余全灭的程序数值如何设定？首先根据图 6 知：X 代表第几个竖面，Y 代表竖面中的第几竖排，Z 代表第几层。坐标（3,4,5）则是第 3 个竖面的第 4 竖排，且在第 5 层的那个 LED 灯。再由工作原理得到第几竖面、第几竖排、第几层分别由 P2 口，P0 口和 P1 口控制，且每个 I/O 口都是 8 位数据，由此可以设定 P2 口数值 0X04（0000 0100 B），选中第 3 个 74HC573 控制芯片，控制第 3 个竖面的灯亮灭；设定 P0 口数值 0X08（0000 1000 B），送入第 3 个 74HC573控制芯片的输入端，控制第 3 个竖面的
16、第 4 竖排灯亮，此时只有一竖排的灯亮；设定 P1口数值 0X10（0001 0000 B），控制第 3 个竖面第 5 层的灯亮，此时只有一个坐标为（3,4,5）的灯亮。也就是说，通过扫描把数据 0X04，0X08，0X10 分别送入 P2 口，P0口和 P1 口输出，就能使光立方坐标为（ 3,4,5）的灯亮。83.1 STC12C5A60S2 芯片本系统运行需要多个定时器，定时输出不同的图案文字，且由于显示的图案和文字比较多，编辑的代码相对比较多，要求存储量要满足程序运行需求，在运行速度上，能及时输出。由宏晶科技生产的 STC12C5A60S2 单片机，它有 4 个 16 位定时器；内部就自
17、带高达60K FLASH ROM,并具有自带的 AD 功能，对光立方功能拓展提供了更宽广的平台。片上集成 1280 字节 RAM，使它的运行速度更快(比 8051 单片机快 8-12 倍)；STC12C5A60S2还有 EEPROM 功能，即使断电，片内数据也不会丢失，这样极大保护了数据安全；它运行功耗比 8051 更低，抗干扰能力更强。而且它还对数据进行了加密处理，更安全。另外，STC12C5A60S2 单片机内部集成 MAX810 专用复位电路，在复位脚外不外接复位电路对系统运行都不影响。它的工作电压在 5.5V 到 3.3V，工作温度范围在-40到+85。结合以上因素，选择处理速度较快、存储量较大且价格适中的 STC12C5A60S2 单片机作为系统的核心驱动芯片。其管脚图如下：图 3-1 STC12C5A60S2 管脚图3.2 74HC573 芯片在本系统中，需要输出不同的图案文字组合，一个大的图案不能一次性完成，这样就要求在输出时要暂存输出信号，等需要输出的图案文字信息完成后同步输出。要达到第三章 元器件选择
