学期项目设计报告光立方.docx

1、学期项目设计报告光立方微控制器的应用实训学期项目设计报告完成日期：2013年12月17日1 摘要 本设计制作出一个三维立体显示图案的lED光立方。本产品不仅可以像发光二极管点阵一样显示平面的静态或动态画面，还可以显示立体的静态或动态画面，打破了传统的平面显示方案。同时又增加了显示的花样和立体图案显示效果，可以广泛用于传媒信息显示和各种装饰显示，为将来显示技术的进步和发展指导了方向，光立方显示比发光二极管点阵更具有视觉效果，而且画面图案更加丰富多彩。本设计是用采为核心控制器，ATMga32PU扩展I/O口，完成硬件电路设计。通过软件编程控制数据下载到单片机完成设计图案的显示。软件采用自上而下的模

2、块化设计思想，使系统朝着分布式、小型化方向发展，增强系统的可扩展性和运行的稳定性。我们的光立方主要功能是在整体上实现画面立体的显示，实现动态的实时3D显示效果，同时可以根据要求改变程序的数组部分就可实现画面的自主定义，也可自己写更多美轮美奂的图形。即可显示出我们想要的3维立体图形，字母，数字，也可实现图形字母数字的来回变换，移动和交替的变换，达到不间断的变换效果。2 绪论 中国LED等从上个世纪90年代初开始起步，之后都处于快速发展中，2007、2008年为发展最快的两年。时至今日，LED显示屏已应用于各行各业中，现在就让我们来说说中国LED显示屏行业风风雨雨走过的20载。目前中国LED显示屏

3、的产能远远大于市场需求，产能过剩明显。增长放缓也造成了目前LED显示屏行业僧多粥少的局面。价格将成为推动LED显示屏市场快速发展的第一要素。目前LED显示屏行业大打价格战，毛利率进一步下降的同时也削弱了厂商自身的盈利能力。目前LED显示屏产业的细分化程度非常高，不仅配件材料供应格局稳定，同时各项配件材料毛利率也大幅降低。LED显示屏是由多种配件材料组装而成，主要的技术集中在LED灯珠、控制系统、驱动IC、驱动电源四个方面。对绝大多数LED显示屏厂商而言，并不拥有绝大部分核心技术以及专利。因此，LED显示屏厂商很难通过技术革新实现快速发展，更多依靠稳定的渠道或工程项目。从目前的发展情况来看，渠道

4、商或工程项目都成了LED显示屏厂商争抢的稀缺资源。有实力的LED显示屏厂商都有着稳定的渠道或者工程项目。由过亿元LED显示屏厂商所构成的上层格局已经形成，新进厂商想要打开渠道不仅难度大，代价也很大。3 光立方项目方案由于刚接触Arduino，对它的认识还只是皮毛。学校安排的微控制器实训，对我来说很有挑战，我也很感兴趣，我想到了做光立方，由于对着方面了解太少，所以我买的套件（圣源淘宝买的），PCB板算是成品，我的能力暂时做不出来，请老师谅解!（pcb板只是焊上了芯片和贴片电阻）。此次所做光立方为8*8*8的为3d8s光立方，大体介绍 如下：3.1 硬件： 光立方驱动板(PCB板），Arduino

5、主控板（也可用我们上课用的Arduino uno 板！），US B数据线，512个3mm雾面蓝色led，另外用四个led做驱动板的垫脚！。 硬件上的重点是512个led的焊接！焊接方法大体如下： 1.需要自制一个led搭接板，尺寸为*，分为六十四个格，点与点的间距为。3.2 光立方的点阵部分，步骤： （1）先把512个LED，负级全部弯成90度 (2）摆到搭建模版上，进行负极 与 负极间的焊接，一共是8列。 (3) 歪曲正极90度，进焊接，一共7列。（此为一层，此焊法，共焊8层！）3.3 焊接注意事项： 焊好的led点阵插到PCB板上用上位机led全亮指令，测试。3.4 软件：用Arduino

6、编程软件编程，也可利用上位机实现LED的焊接，把2个LED的负极焊接在一起（注意焊接时候速度要快，要不然温度会损害LED.还有就是LED的负极不要碰到正极）。 弯曲的正极，要和负极间有一定的距离。 全部的正极弯曲成 90度，至于负极的上层。 注意！只要弯曲7列就可以了，最后一列不用弯曲。（最后用来连接层用的） 测试led点阵，用上位机测试，将led的变幻（此方法不需要编程）。3.5 整体框图4 系统硬件4.1 CPU： 微处理器的英文缩写是CPU，即中央处理单元，是计算机的核心部分，计算机完成的每一件工作，都是在它的指挥和干预下完成的。计算机配置的CPU的型号实际上代表着计算机的的基本性能水平

7、4.2 LED灯： 即发光二极管，是一种半导体固体发光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。 本项目所需是蓝色LED灯。4.3 PCB板：就是印刷电路板（Printed circuit board，PCB）。它几乎会出现在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电子零件，它们都是镶在大小各异的PCB上的。除了固定各种小零件外，PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。 随着电子设备越来越复杂，需要的零件自然越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了。裸板（上头

8、没有零件）也常被称为印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处掉，留下来的部分就是变成网状的细小线路了。这些路被称作导线（conductor partern）或称布线，并用来提供PCB上零线的电路连接。 通常PCB的颜色都是绿色或棕色，这是阻焊漆（solder mask）的颜色。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面（silk scrccn）。通常在这上面会印上文字符号（

9、大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面（legend）。4.4 Arduion板： Arduino是一块基于开放源代码的USB接口Simple i/o接口板（包括12通道数字GPIO，4通道PWM输出，6-8通道10bit ADC输入通道），并且具有使用类似Java,C语言的IDE集成开发环境。4.5 Arduino uno R3板：Arduino UND是Arduino USB接口系列的最新版本，作为Arduino的平台的参考标准模板。UND的处理器核心是ATmega328，同时具有14路数字输入/（其中6路可作为PWM输出），一个16MHZ晶体振荡器，USB

10、口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按键。 缩小版uno控制模块： 基于arduino uno模块下的缩小版的控制模块 通信协议模块： 基于arduino uno模块下的缩小版的控制模块，此模块已写入通信协议，切不可 写入任何程序！作为用电脑端控制软件空的中间传输条件！5 系统软件设计 上位机、led edit 控制软件，led gameserver 游戏控制软件。本次所用的三个软件必须在通信 协议模块的配合才能使用5.1 上位机：5.2 led edit 控制软件:5.3 led gameserver 游戏控制软件:5.4 arduino 编程软件：6 整体性测试及所遇问题

11、6.1 整体搭建完成以后的测试 1 整体搭接完成以后，在通信模块的配合之下，通过电脑用上位机软件，进行整体测试。 2 用上位机软件测试方便快捷，如果搭接有问题，可以及时发现，及时纠正。 3 测试完成以后就可以利用控制模块进行动画效果的显示6.2 调试中遇到的问题 1. 焊接的时候烙铁温度调的太高，温度过高，导致二极管的阻抗改变，所以出现了问题，用表量了一下被烧穿了，总共换下了20多个坏掉的LED灯。 2. 点亮LED时，第四行一竖排都不亮，第二行一竖排只有两个亮，第二竖排是因为焊接的不牢断开了，第四排是驱动模块引脚虚焊。 3. 在利用外接 arduino uno 板控制时，出现无法控制现象，解

12、决方法为，去掉通信模块，单独控制。 4. 利用电脑软件和通信模块控制时，出现频闪现象，经检查为通信模块受损所致。 5. 由于焊接原因和各模块之间的频繁切换，导致光立方点阵的灯出现受损现象，经更换效果正常 7 设计总结 今年我们开的课程与以后的工作有着紧密的关联，这一学期我们进行了为期两周的单片机实训，它是对我们所学知识的全面总结和综合应用，有为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好的开端。这次实训我们组选择的实训选题是：LED光立方景观灯，基于单片机的8*8*8的光立方的设计。本次的设计预期要求：LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示或图形和简单文字、数字，而且显示的图形、文字、数字显示稳定

13、、清晰无干扰。图形、文字、数字显示有静止、移入、移出等显示方式。为了完成这些预期要求，我查阅了很多资料，不断向老师、同学请教，以确保设计的电路系统完整，能实现最完美的系统功能。经过这几个月的学习，我们组吧Arduion板与光立方连接起来。没有吧之前的预想全都是实现，但是我们已经很努力了。总的来说这次的实训完成我认为很成功，不仅学到了许多课本上学不到的知识，提高了我们的动手能力，512个LED等的初期制作，让我们学会了仔细认真有耐心的完成一件事，在焊接过程中我们懂得了动手能力的重要性，在这次实训中丰富了我们的创新和创造的思维。有点缺点就是时间有限不能更加深入和扩展学习和研究、对C语言的了解不是很

14、透彻，不能修改程序。本来想加上蓝牙的，可是加上了不会给连接好就放弃了，这次实训设计的经历让我对Arduion单片机的一些特征、性能，以及应用及原理有了深刻的了解，真正做到了学有所得、学有所用，可以说获益匪浅。 但是总的来说，由于我们的英文水平有限，以前也没接触过C语言，更没深入了解C语言，所以我们单片机项目的程序很难读懂，导致这次的项目程序没有修改好，这是很大的遗憾所以在设计思路和实现功能上难免有些不足之处。 实训虽然结束了，但是学习仍在继续。从这次的实训过程中，我真正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，实践是检验真理的唯一标准。我们专业的学学习更应如此，不仅要有丰富的理论知识，还要有丰更新，进行补充。富的理论知识，还要有很强的动手能力，只要理论实践并重，专业水平才能提高，还有就是小组合作的团结精神，这就是在这次实训中最大的收获，在今后的学习生活中，不断对自己所学的知识中不断对自己所学的知识进行更新，进行补充。8 致 谢9 参考文献XX百科圣元电子论坛10 附录 设计实物图效果图 程序清单 电路图