3D8光立方制作

1、. . 3D8光立方制作目录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200

2、9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。部集成MAX810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) 工作频率围：0 -

3、 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,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/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) 工作温度围：-40 - +85(工业级) / 0 - 75(商业级)2、74HC57

4、3 74HC573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、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64个灯的亮灭信息存到这个上面，然后再一起输出到灯上，

5、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

6、为低电平，从而灯灭，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.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

7、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： 图9 灯的焊接 焊好的如图：每次焊完以后都要去检查测试每个灯是否会亮，很重要的步骤 图 10 把八个面做好以后就是把八个面一层一层的叠起来，在这里要注意的是必须用尺子量好各个角度的高度（我们做的间距为2厘米），必须使每一个面在同一水平面上，如下图所示：同样的每次焊完以后都要去检查测试每个灯是否会亮 图11 8层灯显示部分反面，如下图： 图12 2) 调试： 主要是检查全部的灯是否正常工作：（1）程序烧写进单片机之后，发现有两列没有点亮，还好两列的都在边上，进而如果换灯也相对容易，我们用排除法来检查电路，首先是检查灯的线路是否虚焊，断路，果真有一列的是断路了，把它接上后这一列也亮了。（2）还剩下另外一列，我们用同样的方法来做，从驱动电路到显示的都没有问题，而且在输入那一列的电压也正常，我们就想不通了，是什么原因呢？我们怀疑是不是有灯坏了，我们又一个一个的检查了这一列灯

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