1、毕 业 设 计系 别： 电子信息系 题 目： 3D 光立方 级 别： 103 级 目录1、摘要.12、关键字.13、引言.24、正文.2（1） 、主要元件介绍.31、STC12C5A60S2.32、74HC573.33、ULN2803.4（2） 、工作原理.51、驱动模块原理.6（三） 、元器件选择.7（四） 、制作、调试.81、制作.92、调试.11五、结束语.13六、参考文献.12七、附录（程序）.13光立方一、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 STC12C5A60S2 芯片，驱动电路是采用我们常用74HC573
2、数字芯片。数组 OUT0代表光立方从第一层 D0 到第八层 D0 的数据，以此类推数 组 OUT1 代表光立方从第一层 D1 到第八层 D1 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，使其变得美轮美奂、绚丽多彩。二、关键字：LED 光立方，74HC573，STC12C5A60S2，ULN2803三、引言：光立方是由四千多棵光艺高科技“发光树”组成的,在 2009 年 10 月 1 日天安门广场举行的国庆联欢晚会上面世,这是新中国成立六十周年国庆晚会最具创意的三大法宝之首,自从国庆 60 周年联欢晚会开
3、始演练后,一个全新的名词“光立方”,吸引了全国人民的关注。国庆联欢晚会三样法宝,光立方为最,“光立方”在气势和整体感觉上,融合了北京奥运会开幕式“击缶而歌”和“活字印刷”的风格,而各种图案则与贯穿奥运会开幕式的“画卷”有异曲同工之妙。 “光立方”可以根据爱国歌曲的不同内容,展示不同的造型和图案,具有丰富的视觉效果。四、正文（1）主要元件介绍：1、STC12C5A60S2STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍。内部集成 MAX8
4、10 专用复位电路,2 路 PWM,8 路高速 10位 A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。1) 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统 80512) 工作电压：STC12C5A60S2 系列工作电压：5.5V- 3.3V（5V 单片机）3) 工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通 8051 的 0420MHz4) 应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节5) 片上集成 1280 字节 RAM6) 外部中断 I/O 口 7 路,传统的下降沿中断或低电平触发中断
5、,并新增支持上升沿中断的 PCA 模块,Power Down 模式可由外部中断唤醒,INT0/P3.2, INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到 P4.3)。7) A/D 转换, 10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25 万次)8) 通用全双工异步串行口(UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定时器或 PCA 软件实现多串口9) STC12C5A60S2 系列有双串口，后缀有 S2 标志的才有双串口，RxD2/
6、P1.2(可通过寄存器设置到 P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到 P4.3)10) 工作温度范围：-40 - +85(工业级) / 0 - 75(商业级)2、74HC57374HC573 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3、
7、ULN2803 ULN2803 是八重达林顿管，1 至 8 脚为 8 路输入,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。（2）工作原理有 8 个 8*8 点阵，再用 8 个引脚来当充当各个 8*8 点阵的“开关” 。只要将 64个灯阳极连在一起，在连到这个引脚上。采用了 hc573 暂存的方法，来分别把 6
8、4个灯的亮灭信息存到这个上面，然后再一起输出到灯上，573 的 64 个输出引脚控制前面所述每一个面的 64 个灯；而每层灯的阴极全连接在一起接入 uln2803，由uln2803 控制的每一个层灯。通过单片机主控芯片 STC12C5A60S2 来控制所有灯的亮灭，从而控制 P0、P1、P2 实现控制 X、Y、Z 空间立体控制来显示我们所需要显示的现象。图 1 8 层面 图 2 64 个灯孔整个设计主要分为三个模块分别是主控模块、驱动模块、显示模块1、驱动模块原理图 3 74HC573 驱动 图 4 原理图uln2803 的 18 脚接主控芯片的 P1 口（18 脚） ，数据由主控芯片 P2
9、口输入经过 uln2803从 1118 脚输出，实现通过 uln2803 来驱动每一层。每个 573 的 29 脚（数据输入）都连接在一起连接到主控芯片的 P0 口（3239 脚） ，数据从主控芯片 P0 口输送到 573，573 的 1 脚是 3态输出使能输入（低电平）一般都与地相接，573 的 11 脚（锁存使能输入）都连接在一起连接到主控芯片的 P2 口（2128 脚）作为锁存控制。当 573 的 11 脚为高电平和 29 脚为高电平时，573 的 1219 脚（3 态锁存输出）为高电平，驱动一竖面的灯亮，当 11 脚为高低平、29脚为低电平时，573 的 1219 脚则就为低电平，从而
10、灯灭，当 11 脚为低电平时，29 脚不管高低电平，1219 脚的输出不变。主控芯片通过 573+uln2803 来驱动控制哪竖面的哪一层的哪个灯的亮灭。R1R16 是限流电阻。（三）元器件选择1）由于光立方的程序量比较大，而且要求相对比较高，因此用 51 系列的增强型芯片 STC12C5A60S2，选择的理由：1.无法解密，采用第六代加密技术； 2.超强抗干扰；3.内部集成高可靠复位电路，外部复位可用可不用；4.速度快，比 8051 快 8-12 倍。 2）由于灯的个数比较多，因此所需要的电流相对也比较大，所以选择 ULN2803。 3）驱动部分使用了熟悉的 74HC573，其优点有 1.高
11、阻态，就是输出既不是高电平,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；2.数据锁存;当输入的数据消失时,在芯片的输出端,数据仍然保持；3.数据缓冲、加强驱动能力。4)LED 灯的选择，出于外观和整体的形状美观，采用的是雾状蓝光的 LED 灯 ，由于高亮灯比雾状灯刺眼，所以选择雾状灯。图 5 雾状 LED 灯（四）制作、调试1）制作：1、我们首先完成的是驱动电路 驱动电路由于线比较多电路比较复杂，所以我们有比较多的跳线，由八个 74HC573组成的，如下图：图 6 573 驱动连接反面图 7 573 驱动连接正面2、主控电路 主控电路是最简单的电路，主要是最小系统，其中还有一个控制层的驱动芯片焊接在主控板上，如图所示：图 8 最小系统 3、显示模块 首先我们用一块比较大万能板，在上面做了 8*8 个点的标志，间距为 2mm 然后把灯按统一形状掰好管脚。然后固定在在万能板上进行焊接，焊接完如下图：
