光立方毕业设计说明书.docx

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光立方毕业设计说明书

学校代码：

10129

系别：

计算机技术与信息管理系

年份：

2015

毕业设计说明书

题目：

单片机8*8*8光立方

小组成员：

孟斌、静厚霖、宋金宝

班级：

11计教甲班

指导教师：

郭彬

年月

摘要

随着人们物质生活水平的提高，人们对精神生活的追求也愈加强烈，对信息的渴求已成为了人们必不可少的需要，更加简捷与新颖的信息传递方式无疑会给人们带来耳目一新的感受。

而现代工具务求简捷化、便携化，因此，光立方显示装置的到来，必将会给人们带来一种新的方便的文化传递方式。

单片机8*8*8光立方，在60周年国庆大典上，在天安门前，被称为三大国宝之一的节目就是由我们小组所选的设计光立方组合而成；并且光立方是由LED灯组成，近看几年的发展，LED灯的用途越加的广泛起来，小组看到LED灯的发展前景，经过小组讨论，依据上述两点，最终决定选择光立方作为毕业设计。

光立方是基于人的视觉暂留原理的，通过分时刷新8*8*8构成的512个LED灯来显示输出文字或图案等信息的立体显示装置。

输出信号频率的控制通过单片机连接74hc573芯片来实现，由于人的视觉暂留原理，会由8个LED灯为列到8*8个LED灯为面再到8*8*8个LED灯为立方的过程产生一个立体的视觉效果，在立体视觉效果内的LED灯通过不同频率的刷新，会在立方区域内产生三维立体的图像，从而达到在该立体视觉上传达信息的作用。

本文以单片机、74hc573芯片、LED灯的实际应用为背景，介绍了以单片机、74hc573芯片、LED灯为核心系统的光立方立体显示设计的基本结构和基本原理。

【关键词】单片机、74hc573芯片、LED灯

引言

单片机是随着大规模集成电路的出现极其发展，将计算机的CPU，RAM，ROM，定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机。

它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗的显著优点.主要应用于智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面,并且取得了显著的成果.单片机应用系统可以分为:

（1）最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。

这种系统成本低廉,结构简单，常构成一些简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。

片内有ROM/EPROM的单片机，其最小应用系统即为配有晶振，复位电路，电源的单个单片机.片内无ROM/EPROM的单片机，其最小应用系统除了外部配置晶振，复位电路，电源外，还应外接EPROM或EEPROM作为程序存储器用.

（2）最小功耗应用系统是指为了保证正常运行，系统的功耗最小.（3）典型应用系统是指单片机要完成工业测控功能所必须的硬件结构系统。

本文将使用单片机对光立方立体显示进行实例化，设计一个LED光立方来显示三维立体图像等信息。

掌握利用8051型单片机对发光二极管点到线、线到面、面到立方的立体显示的方法。

输出信号频率的控制通过单片机连接74hc573芯片来实现，用512个发光二极管进行不同频率的亮灭刷新，通过开关可显示输出的三维立体图案等信息。

当开启开关时，由于人的视觉暂留原理，会由8个LED灯为列到8*8个LED灯为面再到8*8*8个LED灯为立方的过程产生一个立体的视觉效果，在立体视觉效果内的LED灯通过不同频率的刷新，会在立方区域内产生三维立体的图像，从而达到在该立体视觉上传达信息的作用。

8*8*8光立方，是一种利用视觉暂留效应制作的电子节目。

可以用“静而壮观，动而美丽”来形容它，即当静止时，它只是LED灯组成的立方体，而一旦开启开关，按照一定的频率，它就会随着点、线、面、立体的变化而变化，最终显示一幅三维立体的图像。

一．系统设计方案

1.设计目的

设计目的一：

作品设计过程需要512个LED灯的搭架焊接，这是一个工作量比较大的动手过程，在这个过程中小组可以熟练单片机设计中不可或缺的过程——焊接；

设计目的二：

因为在学习单片机课程中，没有过多的设备，也没有接触过外接的驱动电路，但是在光立方这个作品中，需要512个LED灯与单片机连接，其中必定要连接驱动电路，并且在单片机的设计中这也是必不可少的过程，小组可以在制作过程充分学习到外接驱动电路，并理解其重要性——驱动电路；

设计目的三：

在设计过程中，一定会遇到编程方面的问题，这就可以锻炼小组的算法思维，从而巩固所学知识，并学习新的算法，对我们学习单片机和以后对单片机的设计定下良好的基础——算法。

2.设计要求

将512个LED灯先以8*8的方式焊接起8个长宽相等的LED平面，再将焊接好的8个LED平面搭架起来，形成一个8*8*8的立方体，立方体的连接方式将采用其它方式，并非网络上盛传的原始的光立方设计方式，再将外接电路与单片机连接，最后通过点亮其中各个LED灯实现多种3D立体图案的效果。

3.设计思路

本系统要求设计一个LED立体显示器，它主要是由中央控制部分，LED驱动部分，LED显示部分以及电源部分组成，如图所示：

LED显示

开关

单片机连接74hc573芯片

单片机将提取的字模进行存储，开启开关时单片机就将相应的字模代码通过I/O口输出，实现LED灯负逻辑点亮，利用视觉暂留原理最终使三维立体图像完整的显示在512个LED灯组成的立体区域中。

1.LED灯的选择：

因为单片机8*8*8光立方对LED灯的要求比较高，需要实现512个LED灯的整齐罗列，所以小组经过讨论，最终决定使用方形的LED雾灯。

2.外部驱动电路的选择：

小组没有依照网络上的原始方案，由单片机连接uln2803芯片再连接74hc573芯片的方式，而是去除了uln2803芯片，直接由单片机连接74hc573芯片，实现8个74hc573对每一列8个LED灯阳极的供电；1个I/O口连接8块74hc573的使能端口，进行对74hc573不同时间的选通；1个I/O口连接一层LED灯的负极，一共有8层LED灯。

3.工作原理的选择：

工作原理就是由单片机先进行循环对74hc573进行选通，再由7hc573进行循环对每一列8个LED灯供电，再由单片机传输一组8位的负极信号，对选中供电的一列LED灯进行负逻辑点亮，这里一共有64列8个LED灯组成的列，最终组成LED的立方体，通过负极信号的不同，实现立方效果的体现。

二．系统硬件设计

1.基本原理图

基本原理与硬件电路设计：

将512个LED灯先以8*8的方式焊接起8个长宽相等的LED平面，再将焊接好的8个LED平面搭架起来，形成一个8*8*8的立方体，立方体的连接方式将采用其它方式，并非网络上盛传的原始的光立方设计方式，再将外接电路与单片机连接，最后通过点亮其中各个LED灯实现多种3D立体图案的效果。

2、各部分功能

（1）外部驱动电路模块

小组自己探讨的设计方式要用到8块74hc573，但是并没有用到uln2803，由单片机3

个I/O口对整个设计进行控制，1个I/O口同时连接8块74hc573的输入端，进行并行传输数据，在通过单片机对74hc573的选通，实现8个74hc573对每一列8个LED灯阳极的供电；1个I/O口连接8块74hc573的使能端口，进行对74hc573不同时间的选通；1个I/O口连接一层LED灯的负极，一共有8层LED灯。

（2）LED显示模块

LED显示模块是由单片机先进行循环对74hc573进行选通，再由7hc573进行循环对每一列8个LED灯供电，再由单片机传输一组8位的负极信号，对选中供电的一列LED灯进行负逻辑点亮，这里一共有64列8个LED灯组成的列，最终组成LED的立方体，通过负极信号的不同，实现立方效果的体现。

3、系统硬件

系统功能主要体现在3个部分：

（1）单片机控制

本装置采用了STC12C5A60S2单片机，它支持直接通过串口线下载程序，对于本设计而言，显示立体图像需经常改变，STC12C5A60S2方便许多，因此选择STC12C5A60S2作为本设计所用的单片机。

（2）显示功能

信息传递主要由显示来完成，本设计显示功能由512个发光二极管来完成。

512个发光二极管以8个为一组，分为64组，每组LED灯以共阳的方式连接，用P1口实现每组LED灯的负逻辑点亮。

经过分析论证，我们决定了系统各模块的最终方案，流程图如下：

74hc573

芯片

STC12C5A60S2单片机

开关

LED显示