单片机的光立方的设计
摘 要科技飞速发展，3D技术应用到很多领域，工业设计、广告设计、游戏以及多媒体设计等很多方面。2009年10月1号，在天安门广场举行的国庆节联欢晚会上，“光立方”吸引全国人民的关注，3Dcube8就是利用单片机控制LED的灯亮和灯灭，它是由很多个LED小灯搭成的，作为主要控制采用增强型单片机芯片STC12C5A60S2，该芯片的优点就是内存大，速度运转快。使用74HC573作为驱动芯片，可以通过单片机改编程序控制光立方的变幻图案，树叶、雨滴等很多种不同形状，从而使光立方模型变化不同的图形。
目 录
一、 引言 1
（一） 光立方选题背景 1
（二） 国内外研究现状 1
（三） 本文主要内容及设计目标 2
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 工作原理 2
（二） 74HC573芯片 3
（三） STC12C5A60S2概述 4
（四） ULN2803芯片概述 5
三、 硬件系统设计 5
（一） 8层8*8LED显示模块的描述 5
（二） 制作 8
四、 软件系统设计 10
五、 调试 11
总结 11
致谢 13
参考文献 14
附录一 原理图 15
附录二 PCB图 16
附录三 元件列表 17
附录四 程序 18
附录五 实物图 21
引言
光立方选题背景
在2009年10月1日天安门广场国庆日聚会中，“光立方”诞生，这是新的六十年代中国国庆晚会最具创意的一届。自全国人民代表大会成立60周年之际，新的术语“光立方”受到人们的重视。光立方是LED三维阵列，LED一般是平的，如一个字是16 * 16点阵，光立方是在一个以上的立方等轴面上，然后组合成一个三维，所以你可以真正地展示制作3D图形的方法。制作光立方非常复杂，我们需要组装512个LED小灯和多个金属支架，还要足够的耐心来设计一个SCM驱动芯片和显示程序，这是为最终的硬件产品设计，使光立方实现移动功能。光立方不仅能够显示3D图形，而且还需要具有多级
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亮度和速度调节，最好有音频显示，如DIS.MUSIC21音乐曲目监视器。另外，对于用户设置自定义图片功能，可以连接单片机从而显示自己的图片。为了使光立方显示更加丰富，还要具有很强的3D编程能力。随着社会经济和科学技术的飞速发展，人们不断探索 LED 显示深度，使它的使用变得越来越广泛。光立方技术逐渐成熟，在学习价值，商业价值很多方面得到很好地应用，越来越多的人学习光立方制作技术，并且以商业创新为基础，创造出的经济价值和娱乐价值超过显示屏点阵显示，这再一次吸引研究和技术创新电子爱好者。光立方经济实惠，性价比又高，不但具有装饰性，而且对于喜爱单片机的研究者来说也是很好的辅助学习工具。
国内外研究现状
网络技术的飞速发展，在很多信息显示系统设备中都有众多的LED显示屏，被使用的频率也非常的高，智能网控制，网络控制技术和多屏技术也得到了广泛的应用。
依据宇博智业市场研究了解到，出口全彩色LED显示屏之后，推动了LED显示屏产业蓬勃发展。而也据中国光电产业协会LED显示屏应用分行数据统计，从2012年我国LED显示来看，应用经济市场年度销售额达到约253亿元（人民币），与2011年相比较增长了15％。
目前，国内外光立方显示技术一直在不断的进步，产品核心部件和关键器件，近年来技术也在不断创新，核心技术设备到也为LED显示产品提供一定的质量安全保障，同时也为更多产品的推出提供发展的机遇，LED显示屏勇于创新，让我国显示屏技术迎来发展机遇，使整个行业健康发展！
本文主要内容及设计目标
根据LED显示屏当前研究发展状况，本文硬件部分分为三部分：主控系统、驱动电路、显示部分。在硬件上选用主控芯片STC12C5A60S2 芯片，512个LED发光蓝色小灯，用74HC573数字芯片作为驱动电路，在软件上使用C语言编程，对LED灯进行控制，从而可以显示3D立方图形，也能够通过改编程序来改变图形形状。
研究目标：
1. 制定初步设计方案，设计原理框图。
2. 完成相关系统硬件设计线路，主控芯片STC12C5A60S2，数字芯片74HC573驱动电源以及512个蓝色LED灯等关联设计。
3. 完成系统总体程序流程图，使用C 语言编程。
4. 各模块组装好以后，通电对产品进行调试，如果现象正常，产品完成。
方案选择及元器件介绍
工作原理
本设计制作的是8 * 8 * 8 3D LED 三维体，以STC12C5A60S2单片机为控制核心。将编写的程序下载到单片机里，然后单片机驱动 UNL2803 和 74HC573 两个芯片，控制灯的亮灭。八个74HC573被单片机驱动，接着八个74HC573芯片驱动每层灯的亮灭，当LED灯闪烁速度够快，就会点亮第一层，第二层等，我们就会看到完整画面。使用动态扫描方法，发送到P0端口列数据到74HC573锁存器进行锁存。通过单片机控制P1端口输出驱动器ULN2803，这样就可以控制每层的选择状态。根据相应的数据表选择从低到高输出，分别点亮每一层。为了实现更多更好的显示，在编程过程中，设计不同的模块，最简单的模型是静态模型，还有一个更加复杂的动态显示模式。因为单片机控制LED点阵，依据要求完成设计的模块，依据显示屏设计连接硬件方式。软件程序的编写，硬件电路的控制以及实现显示部分的功能，这需要我们编写一个好的程序来测试。硬件电路完成以后就要对系统的功能进行测试，如果有虚焊或者其他问题则要重新进行检查，再次焊接，实现系统功能。本系统由主控、驱动、显示模块三大模块构成，系统框图如图21所示。
图21系统框图
74HC573芯片
本设计选择的驱动模块芯片是74HC573，SL74HC573与LS / AL573引脚相同。 输入设备与标准CMOS输出兼容，与上拉电阻耦合，可以输出和LS / ALSTTL兼容。74HC573的八个锁存器是透明D型锁存器，当（G）为高电平时，Q输出，随着数据（D）输入的改变而进行变化。而当能量低时，输出将锁定已建立的数据电平。输出控制不影响锁存器的内部工作，也就是说，即使输出关闭，可以保持旧数据，也可以放置新数据。该电路可驱动大容性负载或低阻抗，可直接与系统总线接口和总线驱动器连接，无需外部接口。 特别适用于缓冲寄存器，I / O通道，双向总线驱动器和寄存器。下表21为功能表和图22为74HC573芯片图。
目 录
一、 引言 1
（一） 光立方选题背景 1
（二） 国内外研究现状 1
（三） 本文主要内容及设计目标 2
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 工作原理 2
（二） 74HC573芯片 3
（三） STC12C5A60S2概述 4
（四） ULN2803芯片概述 5
三、 硬件系统设计 5
（一） 8层8*8LED显示模块的描述 5
（二） 制作 8
四、 软件系统设计 10
五、 调试 11
总结 11
致谢 13
参考文献 14
附录一 原理图 15
附录二 PCB图 16
附录三 元件列表 17
附录四 程序 18
附录五 实物图 21
引言
光立方选题背景
在2009年10月1日天安门广场国庆日聚会中，“光立方”诞生，这是新的六十年代中国国庆晚会最具创意的一届。自全国人民代表大会成立60周年之际，新的术语“光立方”受到人们的重视。光立方是LED三维阵列，LED一般是平的，如一个字是16 * 16点阵，光立方是在一个以上的立方等轴面上，然后组合成一个三维，所以你可以真正地展示制作3D图形的方法。制作光立方非常复杂，我们需要组装512个LED小灯和多个金属支架，还要足够的耐心来设计一个SCM驱动芯片和显示程序，这是为最终的硬件产品设计，使光立方实现移动功能。光立方不仅能够显示3D图形，而且还需要具有多级
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
亮度和速度调节，最好有音频显示，如DIS.MUSIC21音乐曲目监视器。另外，对于用户设置自定义图片功能，可以连接单片机从而显示自己的图片。为了使光立方显示更加丰富，还要具有很强的3D编程能力。随着社会经济和科学技术的飞速发展，人们不断探索 LED 显示深度，使它的使用变得越来越广泛。光立方技术逐渐成熟，在学习价值，商业价值很多方面得到很好地应用，越来越多的人学习光立方制作技术，并且以商业创新为基础，创造出的经济价值和娱乐价值超过显示屏点阵显示，这再一次吸引研究和技术创新电子爱好者。光立方经济实惠，性价比又高，不但具有装饰性，而且对于喜爱单片机的研究者来说也是很好的辅助学习工具。
国内外研究现状
网络技术的飞速发展，在很多信息显示系统设备中都有众多的LED显示屏，被使用的频率也非常的高，智能网控制，网络控制技术和多屏技术也得到了广泛的应用。
依据宇博智业市场研究了解到，出口全彩色LED显示屏之后，推动了LED显示屏产业蓬勃发展。而也据中国光电产业协会LED显示屏应用分行数据统计，从2012年我国LED显示来看，应用经济市场年度销售额达到约253亿元（人民币），与2011年相比较增长了15％。
目前，国内外光立方显示技术一直在不断的进步，产品核心部件和关键器件，近年来技术也在不断创新，核心技术设备到也为LED显示产品提供一定的质量安全保障，同时也为更多产品的推出提供发展的机遇，LED显示屏勇于创新，让我国显示屏技术迎来发展机遇，使整个行业健康发展！
本文主要内容及设计目标
根据LED显示屏当前研究发展状况，本文硬件部分分为三部分：主控系统、驱动电路、显示部分。在硬件上选用主控芯片STC12C5A60S2 芯片，512个LED发光蓝色小灯，用74HC573数字芯片作为驱动电路，在软件上使用C语言编程，对LED灯进行控制，从而可以显示3D立方图形，也能够通过改编程序来改变图形形状。
研究目标：
1. 制定初步设计方案，设计原理框图。
2. 完成相关系统硬件设计线路，主控芯片STC12C5A60S2，数字芯片74HC573驱动电源以及512个蓝色LED灯等关联设计。
3. 完成系统总体程序流程图，使用C 语言编程。
4. 各模块组装好以后，通电对产品进行调试，如果现象正常，产品完成。
方案选择及元器件介绍
工作原理
本设计制作的是8 * 8 * 8 3D LED 三维体，以STC12C5A60S2单片机为控制核心。将编写的程序下载到单片机里，然后单片机驱动 UNL2803 和 74HC573 两个芯片，控制灯的亮灭。八个74HC573被单片机驱动，接着八个74HC573芯片驱动每层灯的亮灭，当LED灯闪烁速度够快，就会点亮第一层，第二层等，我们就会看到完整画面。使用动态扫描方法，发送到P0端口列数据到74HC573锁存器进行锁存。通过单片机控制P1端口输出驱动器ULN2803，这样就可以控制每层的选择状态。根据相应的数据表选择从低到高输出，分别点亮每一层。为了实现更多更好的显示，在编程过程中，设计不同的模块，最简单的模型是静态模型，还有一个更加复杂的动态显示模式。因为单片机控制LED点阵，依据要求完成设计的模块，依据显示屏设计连接硬件方式。软件程序的编写，硬件电路的控制以及实现显示部分的功能，这需要我们编写一个好的程序来测试。硬件电路完成以后就要对系统的功能进行测试，如果有虚焊或者其他问题则要重新进行检查，再次焊接，实现系统功能。本系统由主控、驱动、显示模块三大模块构成，系统框图如图21所示。
图21系统框图
74HC573芯片
本设计选择的驱动模块芯片是74HC573，SL74HC573与LS / AL573引脚相同。 输入设备与标准CMOS输出兼容，与上拉电阻耦合，可以输出和LS / ALSTTL兼容。74HC573的八个锁存器是透明D型锁存器，当（G）为高电平时，Q输出，随着数据（D）输入的改变而进行变化。而当能量低时，输出将锁定已建立的数据电平。输出控制不影响锁存器的内部工作，也就是说，即使输出关闭，可以保持旧数据，也可以放置新数据。该电路可驱动大容性负载或低阻抗，可直接与系统总线接口和总线驱动器连接，无需外部接口。 特别适用于缓冲寄存器，I / O通道，双向总线驱动器和寄存器。下表21为功能表和图22为74HC573芯片图。
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