基于单片机的光立方设计-电子产品世界论坛
基于单片机的光立方设计
作者：苏州工业职业技术学院机电工程系 张群 单卓玉 韩小伟
指导教师：朱巍峰 徐黎
　　作品简介
　　一、开发背景
　　自从国庆60周年联欢晚会开始演练后一个全新的名词&&光立方，吸引了全国人民的关注。光立方是由四千多棵光艺高科技&发光树&组成的，在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****宝之首。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。
　　二、结构说明
　　光立方顾名思义是一个立方体，我采用的是8*8*8的模式，主要分为三个模块?主控模块、驱动模块、显示模块。我所做的光立方驱动电路，主控电路等都是纯手工焊接。采用的主控芯片STC15F2K60S2芯片，驱动电路是采用我们常用的74HC573数字芯片。利用512个LED组成的8x8x8的立方体结构，每层共64个LED采用共阴的接法，一共8层，利用锁存器74HC573与驱动器ULN2803的硬件组合而成。
　　三、功能
　　基于STC 15F2K60S2单片机系统硬件组成的光立方,利用单片机控制LED的亮灭，并利用延时控制LED亮灭时间，最终使得整个立方体展现美轮美奂绚丽多彩造型和图案。
　　四、使用说明
　　用户在自己的目标系统上，如将P3.0/P3.1经过RS-232电平转换器转换后连接到电脑的普通RS-232串口，就可以在系统编程/升级用户软件。建议如果用户板上无RS-232电平转换器，应引出一个插座，含Gnd/P3.1/P3.0/Vcc四个信号线，这样就可以在用户系统上直接编程了。当然如能引出Gnd/P3.1/P3.0/Vcc/P1.1/P1.0六个信号线为好，因为可以通过P1.0/P1.1禁止ISP下载程序。如果能将Gnd/P3.1/P3.0/Vcc/P1.1/ P1.0/Reset七个信号线引出就更好了，这样可以很方便的使用&脱机下载板(无需电脑)&。
　　(一)主控电路及电源电路
　　控制系统模块由STC12C5A60S2单片机，电源模块及指示系统组成。系统由4节CR2032纽扣电池组成6V的电池组供电，单片机P0口与8个74HC573的输入端相连，P1口与ULN2803的输入端连接，P2口与74HC573的使能端相连，将单片机的两个外部中断P3.2、P3.3用作按钮。将二极管IN4007串接于单片机的40脚VCC端与电池正极之间，使的单片机两端的电压处于额定电压范围内。　　
图4-1 主控电路
　　(二)驱动电路
　　光立方的驱动电路由SN74HC573和ULN2803组成。　　
　　(三)显示电路
　　1.LED的焊接
　　为了保持整体的通透性、立体感，3D8光立方没有设计额外的LED支架，所有搭接直接使用LED自身的管脚。　　
　　2.LED的面焊接　　
　　3.光立方的组装　　
　　平台选型说明
　　单片机开发板(以STC15F2K60S2芯片为控制核心)
　　设计说明
　　一、原理图　　
　　二、光立方的原理分析　　
　　利用8个SN74HC573的锁存功能控制每个面的64个阳极，通过ULN2803控制光立方的8个面。　　
　　8*8*8的光立方由8个面组成，每一个面64个灯。通过单片机对这些灯的控制使其能够自由变换，采用74HC573暂存的方法，分别把64个灯的亮灭信息村到这个上面，然后一起输出给灯，然后再通过ULN2803控制每一层依次点亮，由于我们眼睛的视觉暂留，使我们感觉看到的东西是一起亮的。这样我们就看到了一个完整的个体。
　　三、设计方案
　　(一)STC--IAP15f2k60s2
　　采用单片机STC--IAP15f2k60s2为核心，此单片机是STC生产的单时钟/机器周期(IT)的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，采用第八代加密技术，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟，&1%温飘，常温下温飘5%。，5MHz&35MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路(内部已集成高可靠复位电路，8级可选复位门槛电压)。3路CCP/PWM/PCA(可实现3个定时器或3个D/A转换器); 8路高速10位A/D转换器(30万次/秒)，内置2K字节大容量SPAM，两组高速异步串行通信端口(UART1/UART2，可在五组管脚之间进行切换，分时复用可作5组串口使用)，1组高速同步串行通信端口SPI，针对多串行口通信/电机控制/强干扰场合。综合考虑采用 STC--IAP15f2k60s2为核心，此单片机是在MCS&8051基础上的进一步加强，是一种多综合版块。并且此单片机有以下几大优点：
　　1、对于此超强的抗干扰性和加密性
　　2、采用STC第八代加密技术
　　3、不需要外部晶振和复位电路的单片机
　　4、可省掉外部EEPROM,利用IAP技术
　　5、ISP/IAP，在线编程，无需编程器/仿真器
　　6、大容量2K字节SPROM
　　7、高速10位A/D转换器，8通道
　　8、低功耗，低价格
　　(二)SN74HC573AN
　　74HC573是高性能硅门CMOS器件SN74HC573跟LS/AL573的管脚一样。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LE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。
　　管腿安排：　　
　　(三)ULN2803APG
　　NPN八达林顿连接晶体管是低逻辑电平数字电路(如TTL，CNOS或PMOS/NMOS)和大电流高电压要求的灯、继电器、打印机锤和其它类似负载间的接口的理想器件。广泛用于计算机，工业和消费类产品中。所有器件有集电极开路输出和用于瞬变抑制的续流二极管。ULN2803的设计与标准TTL系列兼容,而ULN2804可使6至15伏高电平CMOS或PMOS优化。　　
　　(四)LED发光二极管
　　LED的种类繁多，按发光管发光颜色：红色、黄色、绿色、蓝色等：按发光管出光面特征：圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等;按发光管结构：全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等。
　　方案一：成品视觉效果考虑，本方案使用5mm白发红高亮LED、5mm白发黄高亮LED、5mm草帽白发蓝散光LED、5mm草帽白发绿散光LED;等两种型号四种颜色的LED组合使用。但在成品的最终调试的过程中发现不同型号的LED和同种型号不同颜色的LED所需要的电压和电流是不统一的，因为不同型号颜色的LED自身属性不同。本方案在最终调试的环节宣告失败。
　　方案二：从最终调试的可行性和光立方的整体效果考虑只使用同种型号相同颜色的LED继续探究，经分析LED发光体的体积越小，整体的通透性就越好，也就是说后排的LED就越不容易被前排的LED挡住、而另一方面，发光体越大，越容易看到光点，LED光点的可视角度，雾面LED 要比光面LED要大，而草帽头LED的可视角度又比普通窄体的LED要大。根据摆放位置，角度等多方面考虑选择方形2*5*7白发蓝色雾面LED来获得更好的观感。
　　方形2*5*7白发蓝色雾面LED
　　1. 额定驱动电压3.3v(2.7v-3.8v);
　　2. 额定驱动电流为20mA;
　　3. 阳极管脚长度27&1mm，阴极管脚长度为25&1mm(长脚为正极、阳极);
　　作品特色
　　我们永远会记得2009年的庆祝60周年纪念日的那个晚上，由4028名表演者组成的光立方的图案，让世界人民感到耳目一新的感觉。光立方的出现使得整个晚会上升到一个很高的高度。那光立方的作用是很明显的，应用于现代的各种晚会的场合，会使得晚会变得有意义而精彩。视觉上的冲击让人们会感到眼前一亮的感觉，相对于传统形式的晚会，带有高新科技的产品助阵会使得人们在精神上的生活变的精彩而又充足。
　　光立方的出现并不是偶然，而是社会发展的必然性，我们不能只活在过去式的生活里，科技的进步引领这时代的潮流，人们对科技产品的兴趣越来越浓厚，主要是其七彩颜色的变换，让人感觉处在一个神奇的王国当中，因为光立方通过LED灯的七彩颜色变换变的非常的美丽，其立体式的结构使得其渲染效果非常明显。光立方的出现具有划时代的意义，对于人们以后的生活方式有了很大的提高。
　　此次光立方的设计使用的是单片机控制，降低了成本。通过程序的编写使之能达到我们的要求，就像人的大脑，表达出人的思想。多彩多色的LED展现出的画面就是它们的语言，就科技性非常的高。创新能力不只是结构的变化，更在于我们是如何控制去展现它们。
系统演示视频：
好想也做一个
可不可以把原理图文件发给我！
原理已懂！编程思路！拜托了！
能把原理图发来看看嘛
匿名不能发帖！请先 [
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基于51单片机的光立方设计本科毕业设计.doc 34页
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基于51单片机的光立方设计
基于51单片机的光立方设计
本文详细的介绍了光立方的搭建过程，以51系列的单片机STC12C5A60S2为主要的控制芯片，由512个LED通过共阴的形式连接起来，由74HC595为扩展单片机的I/O口，用ULN2803为驱动电路，形成一个规格为8*8*8(长，宽，高)14cm*14cm*20cm立方体,还介绍了这款芯片的特点和使用方法及在调试过程中遇到的软件和硬件方面的问题及解决方法，详细的阐述了光立方的设计原理和架构方法，对光立方目前存在的意义也进行了详细的介绍。
Light CuBe Based on 51 single ChiP miCroComPuter
本文详细的介绍了光立方的搭建过程，以51系列的单片机STC12C5A60S2为主要的控制芯片，由512个led通过共阴的形式连接起来，由74hc595d为扩展单片机的I/O口，用uln2803为驱动电路，形成一个规格为8*8*8(长，宽，高)14cm*14cm*20cm立方体,还介绍了这款芯片的特点和使用方法及在调试过程中遇到的软件和硬件方面的问题及解决方法，详细的阐述了光立方的设计原理和架构方法，对光立方目前存在的意义也进行了详细的介绍。
This PaPer introduCes the ProCess of Building Light CuBe, with 51 Series MCU STC12C5A60S2 as the main Control ChiP, ConneCted By 512 LED By CO Yin form, By 74HC595 for the exPansion of the MCU I/O Port, using ULN2803 as the drive CirCuit, the formation of a sPeCifiCation for 8*8* 8 (length, width, height) the 14Cm*14Cm*20Cm CuBe, also introduCes the CharaCteristiCs and methods of use of the ChiP and software and hardware in the ProCess of deBugging ProBlems and solutions, desCriBed in detail the design PrinCiPle and arChiteCture method Light CuBe, the CuBe existed at Present signifiCanCe have also Been introduCed in detail.
关键词：光立方；74HC595D；STC12C5A60S2单片机；uln2803；led
Keywords: Light CuBe; 74HC595; STC12C5A60S2; ULN2803; LED
1.1课题研究的背景 6
1.2课题研究的意义 6
1.3课题研究内容和结构 6
第二章 总体设计 7
系统的工作原理 7
各模块方案选择 7
单片机主控制模块 7
2.2.2 驱动模块 8
显示模块 8
第三章 系统硬件电路设计与实现 8
硬件电路设计 8
3.2 单片机最小系统 9
3.2.1时钟电路 9
3.2.2 P0 口外接上拉电阻 10
3.3驱动模块的设计 11
3.4 光立方整体设计思路 12
3.4.1 LED灯排序方式设计 12
3.4.2 LED灯接法方式设计 13
3.5光立方搭建方法 13
3.5.1将LED从点到线的搭建 13
3.5.2将LED从线到面的搭建 14
3.5.3将LED从面到体的搭建 15
3.6 PCB板的焊接 15
3.6.1 PCB板的制作 15
3.6.2 主板的焊接 16
3.6.3主芯片的焊接 16
3.6.4开关及按键的焊接 16
3.6.4排插及晶振的焊接 17
第四章 软件设计 18
4.1 主程序的设计 18
4.2 显示程序的设计 19
4.2.1显示模块的原理 19
4.2.2 显示程序的设计 19
4.3 软件调试 20
第五章 成品测试和问题分析 21
成品测试 21
硬件调试 21
5.1.2. 软件系统 22
结果分析 22
第六章 结论 23
参考文献 24
程序清单 27
第一章 绪论
1.1课题研究的背景
“光立方”是一种基于娱乐和学习为一体的科学制作，光立方的娱乐体现在
正在加载中，请稍后...最近打算做888光立方，不是可以用uln2803芯片控制光立方的层使光立方逐层点亮，就跟数码管那样_百度知道
最近打算做888光立方，不是可以用uln2803芯片控制光立方的层使光立方逐层点亮，就跟数码管那样
最近打算做888光立方，不是可以用uln2803芯片控制光立方的层使光立方逐层点亮，就跟数码管那样可是我看了ULN的芯片手册还是不知道代码该怎么写，ULN是怎么锁存的
我有更好的答案
那么当你想锁存新的数据的时候，就需要再次打开锁存，把数据传过来，那么你在输入新的数据，锁存器不会再输出你新的数据，他只会输出你在锁村那一时刻的数据，这样锁存的输出就是你新的输入了锁存器的原理，简而言之，就是在你输入数据后，打开锁存，再锁存
采纳率：35%
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各位电子朋友，帮帮忙！为什么led光立方中驱动电路要加uln2803呢？
我有更好的答案
控制芯片输出的电压不足以驱动led阵列发光。2两个原因，所以用uln2803扩展驱动电压。或者以上两者兼有：1、控制芯片输出电流不足以驱动led发光，所以用uln2803扩展驱动电流
采纳率：78%
与锁存器接合用的，应给是为了减少I/O口吧
有电路图没有
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