1、摘要1Abstract1第一章緒論2光立方的意義：5目的5章節安排5第 二 章基 礎 軟 件 技 術 介紹6proteus軟件簡介6Protel Dxp技術簡介6Protel Dxp軟件介紹6Protel Dxp基本技術6keil uVision4 軟件7章節小結71第三章設計方案8總體設計方案8元件的選擇9本章小結10第 四 章基 礎 硬 件 設計1174HC573 芯片11STC12C5A60S2 11ULN2803本章小結13第五章軟件設計14軟件簡介14程序流程圖14主函數14本章小結14第 六 章系 統 調 試 與 測試15第 七 章檢 測 結 果 與 分析16第八章總結與展望16第

2、九章謝辭17參考文獻17附錄18摘要隨著電子行業的不斷發展，單片機的應用從根本上改變了傳統的控制系統設 計思想和設計方法，已廣泛的應用在工業自動化、通信、自動檢測、信息家電、 電力電子航空航天等各個方面。成為現代生產和生活中不可缺少的一部分。此次我們正是利用單片機的知識，制作光立方，同時利用C語言進行編程， 制作出自己想要的動畫效果，并通過LED燈顯示出我們編程的效果。本次作品采用的是8*8*8的模式，大概的距離是14cm*14cni*20cni (長.寬. 高)，主要分為三個模塊：主控模塊、驅動模塊、顯示模塊；結合單片機和C 語言的學習，我們采用的主控芯片60K STC12c5A60s2芯片

3、，驅動電路是采用我 們常用的74HC573數字芯片。通過這次光立方的制作，我學習了許多單片機知識，進一步加強了 protues. protel dxp軟件學習。此外，對C語言的掌握也進一步提高。由于此次采取小 組合作完成作品，在團隊學習和集體協作方面上體會更為深刻了。也讓我得到進 一步的鍛煉。關鍵字：光立方 74HC573 STC12C5A60S2 ULN2803AbstractWith the development of electronic industry, the application of SCM change control system design idea and met

4、hod of the traditional fundamentally, have been widely used in various industrial automation, communications, automatic detection, information household appliances, power electronics fields of Aeronautics and astronautics. Become an indispensable part of modern production and living.The US is the us

5、e of SCM knowledge, build the cube, and the use of C language programming, making their own to animation, and through the LED lamp shows our programming effect.With this work is the 8*8*8 model, the distance is about 14cm*14cm*20cm (long. Wide. High), mainly divided into three modules： the main cont

6、rol module, a driving module, display module； based on MCU and C language learning, the main control chip 60K STC12C5A60S2 chip we used, drive circuit is used in our common the 74HC573 digital chip.Through the production of light cube, I learn a lot of knowledge of SCM, and further strengthen the Pr

7、otues, PROTEL DXP software learning. In addition, also further improve the C language learning. Because of the team to take work to complete, in team learning and teamwork experience more profound. Let me get the further exercise.Keywords： optical cubic 74HC573 STC12C5A60S2 ULN2803第一章緒論光立方的意義：3Dcube

8、8 （光立方）是一個由LED組成的3D顯示器，是一個集實際型、經 濟型、性價比高的藝術品。它最早在2009年10月1日天安門廣場舉行的國慶聯 歡晚會上面世，這是新中國成立六十周年國慶晚會最具創意的三大法寶之首，自 從國慶60周年聯歡晚會開始演練后，一個全新的名詞“光立方”，吸引了全國人 民的關注。國慶聯歡晚會三樣法寶，光立方為最，“光立方”在氣勢和整體感覺上, 融合了北京奧運會開幕式“擊缶而歌”和“活字印刷”的風格，而各種圖案則與 貫穿奧運會開幕式的“畫卷”有異曲同工之妙。“光立方”可以根據愛國歌曲的 不同內容，展示不同的造型和圖案，具有豐富的視覺效果。它不僅僅局限于裝飾， 更是能夠幫助更好的

9、學習c語言實際應用、滿足單片機愛好者對單片機的研究 的個好工具。目的（1）學習的單片機知識。（2）熟悉光立方顯示的原理及其相關的線路連接。（3）學習C語言，進一步加強自己的編程能力。（4）通過此次的電路焊接和調試提高自己的動手及其分析問題的能力。章節安排本次光立方論文先介紹本次實踐所涉及的基礎技術，包括proteus軟件、 protel軟件以及keil_ u Vision4軟件。其次講解的是流水燈制作的總體方案設 計，再細述其有關的硬件設計和軟件設計。接下來便是系統的調試與測試以及其 檢測結果和分析。最后對這次實踐制作進行總結及展望。第二章基礎軟件技術介2proteus軟件簡介Proteus軟

10、件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件(該 軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司)。它不僅具有其它EDA工具軟件 的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、 HC11、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33. AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等，2010 年又增加了 Cortex和DSP系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編 譯方面,它也支持IA也Keil和MATLAB等多種編譯器。其操作相對簡單，打開軟

11、件，新建一個New Design,選左邊工具欄第二個圖 標，點P,選元件，放置元件，連接起來。連接好電路圖后，進行仿真操作。Protel Dxp技術簡介Protel Dxp軟件介紹Protel是Altium公司在80年代末推出的EDA軟件，是第一個將所有設計 工具集于一身的板級設計系統，電子設計者從最初的項目模塊規劃到最終形成生 產數據都可以按照自己的設計方式實現。Protel DXP運行在優化的設計瀏覽器 平臺上，并且具備當今所有先進的設計特點，能夠處理各種復雜的PCB設計過程。 通過設計輸入仿真、PCB繪制編輯、拓撲自動布線、信號完整性分析和設計輸出 等技術融合，Protel DXP提供了

12、全面的設計解決方案。Protel Dxp基本技術在流水燈論文中對此技術已經做了介紹，此次介紹在畫pcb圖的過程中注意 事項：(1)印制導線的最小寬度：主要由導線與絕緣基板間的粘附強度和流過它們的 電流值決定。PCB的電源線和接地線因電流量較大，設計時要適當加寬，一般不 要小于1mm,對于安裝密度不大的PCB,印制導線寬度最好不小于0. 5mm,手工 制板應不小于。(2)元器件的引腳間距：元器件不同，其引腳間距也不相同。但對于各種各樣 的元器件的引腳間距大多都是：100mil(英制)的整數倍(121=1X10(-3立 方）in=25. 4乂10（-6次方）11）,常將 lOOmil 作為 1 間

13、距。（3）盡量加寬電源、地線寬度：最好是地線比電源線寬，它們的關系是：地 線,電源線信號線，通常信號線寬為：，最經細寬度可達，電源線為mmo（4）元器件布局原則：1）排列方位盡可能與原理圖一致，布線方向最好與電路圖走線方向一致；2） PCB四周留有5-10mm空隙不布器件；布局的元器件應有利于發熱元器件 散熱；高頻時，要考慮元器件之間的分布參數，一般電路應盡可能使元器件平行 排列；3）高、低壓之間要隔離，隔離距離與承受的耐壓有關。對于單面PCB,每 個元器件引腳獨占用一個焊盤，且元器件不可上下交叉，相鄰兩元器件之間要保 持一定間距，不得過小或碰接。4）元器件布局順序是先放置占用面積較大的元器件

14、；先集成后分立；先主 后次，多塊集成電路時先放置主電路。（5）布線基本原則：1）印制線的走向一一盡可能取直，以短為佳，不要繞遠。2）印制線的彎折一一走線平滑自然，連接處用圓角，避免用直角。3）雙面板上的印制線一一兩面的導線應避免相互平行；作為電路輸人與輸出 用的印制導線應盡量避免相互平行，且在這些導線之間最好加接地線。4）印制線作地線一一盡可能多地保留銅箔作公共地線，且布置在PCB的邊 緣。5）大面積銅箔的使用一一使用時最好鏤空成柵格，有利于排除銅箔與基板間 粘合劑受熱產生的揮發性氣體；導線寬度超過3mm時中間留槽，以利于焊接。keil_ 口 Vision4 軟件該軟件是將高級語言轉化成單片機

15、語言，通過編程語言，達到光立方的閃爍 效果。使用匯編語言或c語言要使用編譯器，以便把寫好的程序編譯為機器碼， 才能把HEX可執行文件寫入單片機內。KEIL uVISION是眾多單片機應用開發軟 件中最優秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的MCS-51架構的芯片，甚至ARM, 它集編輯，編譯，仿真等于一體，它的界面和常用的微軟VC+的界面相似，界 面友好，易學易用，在調試程序，軟件仿真方面也有很強大的功能。通過這款編程軟件以及所學習的C語言單片機知識設計出光立方各種動畫 代碼。章節小結本章主要介紹光立方制作所需要的幾款軟件，讓大家更清晰的了解光立方制 作的整個流程。本章的基礎設計也是本次制作的關鍵

16、之一，尤其在dxp畫圖過程 中需要注意許多。在編程上，需要好好掌握keil_uVision4軟件的使用方法， 最重要的是學習C語言以及單片機編程語言。第三章設計方案總體設計方案電路設計如圖3-1所示：74HC573設計的驅 動模塊8*8水8光立方制 作結構LED燈顯示模塊STC12c5A60s2設 計的主控模塊 圖37總設計方案圖電路設計主要分為三個模塊分別是主控模塊驅動模塊顯示模塊 （1）單片機模塊，如圖3-2所示：RSKVPD) 打耶xui PJIiTXD) P33M0) PL'NTI)P3XTJ> PJftWRt P3、*D， X7M2 VTA1I GW*0 I A-DT1

17、C5I單片機電路vcc FQO KU KU KI* KU MS 穴驚 nix tAAW AIEPROQ FS2N n7 rz© P2.S Pi4 4 m 憶i no圖3-2單片機電路(2)控制電路如圖3-3所示:.“»2A9 £，iHC5邨-W98 » 9c 寸ZP8田mmOOE9sHgZ -hF-T-bHD空Hidei 2I 2i9vsMnN -P13圖3-3控制電路在控制電路上，每個鎖存芯片的電源端都加了一個瓷片電容，主要的作用是 防止高頻干擾。(3)顯示電路所有的燈的負端都是接在一起的，下面的每一組都是控制光立方的一個面, 控制的是光立方的豎起來的

18、面，而橫著的面由圖3-4的U10控制。狂隹町熊印秤那IacosyeiNi g zq ca 1圖3-4顯不電路元件的選擇(1)由于光立方的程序量比較大，而且要求相對比較高，因此經過考慮之后 我們決定用51系列的增強型芯片STC12c5A60s2,選擇的理由：a.無法解密，采用第六代加密技術；b.超強抗干擾；c.內部集成高可靠復位電路，外部復位可用可不用；d.速度快，比8051快8-12倍；(2)由于燈的個數比較多，因此所需要的電流相對也比較大，所以選擇 ULN2803, ULN2803是八重達林頓，1至8腳為8路輸入，18到11腳為8路輸 出。驅動能力500MA 50Vo應用時9腳接地，要是驅動

19、感性負載，10腳接負載 電源V+。輸入的電平信號為0,或5V。輸入。是，輸出達林頓管截止。輸入為 5V電平時，輸出達林頓飽和。輸出負載加在電源V+和輸出口上，當輸入為高電 平時，輸出負載工作；(3)由于在剛剛接觸鎖存器的時候，就接觸了 74HC573,對它的使用也比較 成熟，因此在驅動部分使用了熟悉的74HC573,其優點有：a.高阻態；就是輸出既不是高電平，也不是低電平，而是高阻抗的狀態；在這 種狀態下，可以多個芯片并聯輸出；b.數據鎖存；當輸入的數據消失時，在芯片的輸出端，數據仍然保持；c.數據緩沖；加強驅動能力。(4)LED燈的選擇：出于外觀和整體的形狀美觀，我們放棄我們經常用的草帽 型

20、LED,采用的是圓形高亮霧狀的LED燈，具有聚光效果，非常漂亮。本章小結本章是此次光立方制作的最關鍵的一步一一設計電路原理圖。結合所學知 識以及單片機的相關內容結合，加上個人創新，更重要的是這次涉及到C語言的 編程，就更加難了。在網上查找了相關資料，最后進行拓展創新完成自己的電路 原理圖，進行仿真測試。由于線路較為復雜，在畫圖時相當麻煩。在設計原理圖的過程中，個人覺得是最難的，畢竟這里面涉及了太多的內容, 尤其是C語言編程，的確讓人痛苦，再加上創新，基于這些，在這方面下的功夫 最多。最后，通過自己和同伴的共同努力完成。第四章基礎硬件設計74HC573 芯片74HC573芯片的引腳圖如圖4-1所

21、示,圖4-2則是各引腳功能的說明表。PINh引照SYMBOL符號NAME冊DRJNCTION名稱及功能1OE3 State outpjt Enable InpjtfArtive L0W)3 石輸出使人曲電書4 34 5r 6, 7,8,9D0toD7Data Inputs lilWA12rl3J4J5J6J7JM9Q0toQ73 State Latdi Outputs 3 態鎖存箱出11LELatch Enable Input 鎮春夜翻入10GWDGround git(OV)20VCCPositive Supply Vdtage 電倬電壓圖4-1 74HC573引腳圖74HC573是八進制3圖

22、4-2 74HC573引腳功能說明表態非反轉透明鎖存器。器件的輸入是和標準CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。當鎖存使能端為高時, 這些器件的鎖存對于數據是透明的3 （也就是說輸出同步）o當鎖存使能變低時, 符合建立時間和保持時間的數據會被鎖存。輸出既不是高電平，也不是低電平, 而是高阻抗的狀態；在這種狀態下，可以多個芯片并聯輸出，當輸入的數據消失 時，在芯片的輸出端，數據仍然保持。STC12C5A60S2STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期（1T） 的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼

23、完全兼 容傳統8051,但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM,8路高 速10位A/D轉換（250K/S）,針對電機控制，強干擾場合。我們的作品運用的是 STC12C5A60S2 單片機。各引腳功能簡單介紹如下P1 0: P1 口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O P1 口緩沖器能接 收輸出4TTLVCC：供電電壓； GND：接地。P0 口：PO 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每個管腳可吸收8TTL門電流。 當P1 口的管腳寫“1”時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲 器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FLASH編程時，P0 口作為原碼輸

24、入 口，當FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此門電流。P1 口管腳寫入“1”后，電 位被內部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流， 這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收， 輸出4個TTL門電流，當P2 口被寫“1”時，其管腳電位被內部上拉電阻拉高， 且作為輸入。作為輸入時，P2 口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由 于內部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進 行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在紿出地址“1

25、”時，它利用內部上拉的優 勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的 內容。P2 口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 ： P3 口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個TTL 門電流。當P3 口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸 入時，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）,也是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為AT89C51的一些特殊功能口： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出 口） INTO（外部中斷0） INT1 （外部中斷1） T0（記時器0外部輸入）T1 （記時 器1外部輸

26、入）WR （外部數據存儲器寫選通）RD （外部數據存儲器讀選通）同 時P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高平 時間。ALE / PROG ：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地 址的低位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端 以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作 對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器 時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行M

27、OVX, MOVC指令時ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。 如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機 器周期PSEN兩次有效。但在訪問內部部數據存儲器時，這兩次有效的PSEN信號 將不出現。EA/VPP：當EA保持低電平時，訪問外部ROM；注意加密方式1時，EA將內 部鎖定為RESET；當EA端保持高電平時，訪問內部ROM。在FLASH編程期間，此 引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。ULN2803ULN2802 ULN2803 LLN2804A 8個NPN達林頓晶體管，連接在陣列非常適合 邏輯接口電平數字電路(例如TTL, CMOS或PMOS上/ NMOS