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基于51单片机的光立方设计毕业设计.doc
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2021-03-23
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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。
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毕业设计
基于 51 单片机的光立方设计
基于 51 单片机的光立方设计
摘要
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。
关键词:光立方;74HC595;单片机;ULN2803;LED
Light CuBe Based on 51 single ChiP miCroComPuter
ABstraCt
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.
Keywords: Light CuBe; 74HC595; STC12C5A60S2; ULN2803; LED
目录
2.2.1 单片机主控制模块.....................................................................................................................7
2.2.2 驱动模块.....................................................................................................................................7
2.2.3 显示模块.....................................................................................................................................7
图 2-2 雾面乳型 LED 灯.....................................................................................................................................8
3.2.1 时钟电路.....................................................................................................................................9
3.2.2 P0 口外接上拉电阻...................................................................................................................9
3.4.1 LED 灯排序方式设计..............................................................................................................11
3.4.2 LED 灯接法方式设计..............................................................................................................12
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.........................................................................................................14
3.6.1 PCB 板的制作.........................................................................................................................15
3.6.2 主板的焊接...............................................................................................................................15
3.6.3 主芯片的焊接...........................................................................................................................15
3.6.4 开关及按键的焊接...................................................................................................................16
3.6.4 排插及晶振的焊接...................................................................................................................16
4.2.1 显示模块的原理.......................................................................................................................19
4.2.2 显示程序的设计.......................................................................................................................19
5.1.1. 硬件调试..................................................................................................................................21
5.1.2. 软件系统..................................................................................................................................22
....................................................................................................................................................................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其开放性
的 DIY 程序改造和立体的动画表现形式,可以随心所欲的变化程序来实现想要的动画效
果。光立方的学习价值体现在对单片机的控制操作和对 512 个 LED 灯的点阵控制及对
个模块功能的协调配合上,随着近年来电子行业的飞速发展,越来越多的电子爱好者对
于光立方产生了很浓厚的兴趣,光立方创造出的浪漫气氛和绚丽画面,使它在很多场合
作为一种生日礼物或者是示爱的工具,大多数的专业人士把光立方研究做为一种职业,
光立方技术也逐渐的变得成熟,不仅具有了学习价值还具备了商业价值,因为其的立体
渲染效果也使的它是个很好的广告宣传工具,诸多好处也使得光立方越来越受人追捧,
大家都在光立方原有的基础上创新改进,其创造出的经济价值和娱乐价值已远远超过单
纯的 LED 点阵显示,这也再一次深深的吸引了电子爱好者对其研究和创新。
1.2 课题研究的意义
这次毕业课题的设计抛弃了传统 LED 的二维显示,改为了点阵的三维立体显示,
显示的更加绚丽多彩,强烈冲击了人们的视觉,传统的光立方用的是简单的单片机,因
为其性能制约使得其立体效果和动画效果不是很流畅,本次运用了性能最优秀的单片机
STC12C5A60S2 替代 89C51,从而使系统的功能变得更加强大驱动能力更强,在动
画的显示上更加的流畅和逼真,此外,传统的光立方的布局和排线太过复杂,DIY 程序
特别单一,硬件和软件的稳定性都非常的差,运行时存在的问题太多,焊接费时费力存
在静电危害,在这个设计中我们很好的处理了这些问题,避免了很多问题的出现,画面
非常自然流畅,此次的制作和设计对智能化产品实现经济和商业的价值具有积极地作用。
1.3 课题研究内容和结构
本文主要模块如下:
STC 单片机控制模块: 以 STC12C5A60S2 单片机为控制的核心,再加上辅助电路;
时钟信号产生模块:用 24MHZ 的石英晶体作为整个系统的晶振发生器,给电路提供时钟信号;
立体的显示模块:通过对单片机输入不同的代码使其通过控制 LED 的亮暗达到显示的作用;
本文的结构安排如下:
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