光立方课程设计说明书

《单片机技术》课程设计说明书

光立方

工学院《单片机技术》课程设计课题任务书

学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化

摘要

当今社会，随着电子行业的不断发展，单片机的应用从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法，已广泛的应用在工业自动化、通信、自动检测、信息家电、电力电子航空航天等各个方面。成为现代生产和生活中不可缺少的一部分。

设计采用4*4*4的光立方模式，硬件主要分为七个模块：主控模块、驱动模块、显示模块、键盘模块、电源模块、复位模块、下载模块。采用的主控芯片为AT89S52 芯片，驱动电路是采用了常用74HC573数字芯片,设计采用C语言编程，通过单片机I/O口控制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。

关键词：光立方；AT89S52；74LS573锁存器

目录

1 绪论 (1)

1.1 光立方的背景 (1)

1.2 研究的意义 (1)

2 设计要求和方案介绍 (2)

2.1 设计要求 (2)

2.2 方案介绍 (2)

2.2.1 系统整体框图 (2)

2.2.2 光立方发光原理 (3)

3 系统硬件电路设计 (4)

3.1 主要元器件的介绍 (4)

3.1.1 AT89S52芯片介绍 (4)

3.1.2 74HC573芯片介绍 (5)

3.1.3 四位一体数码管介绍 (5)

3.2 硬件电路模块介绍 (7)

3.2.1 最小系统模块介绍 (7)

3.2.2 驱动模块介绍 (9)

3.2.3 键盘模块介绍 (10)

3.2.4 显示模块介绍 (10)

4 软件系统说明 (12)

4.1 软件系统模块 (12)

4.2 软件系统模块的程序流程框图 (12)

5 光立方系统测试 (15)

5.1 操作说明 (15)

5.2 测试结果 (15)

5.3 结果分析 (17)

5.4 设计结论 (17)

5.5 设计体会 (17)

结束语 (18)

参考文献 (19)

致 (20)

附录 (21)

附录A 原理图 (21)

附录B 实物图 (23)

附录C 元件清单 (24)

附录D 程序清单 (25)

1 绪论

1.1 光立方的背景

光立方是由四千多棵光艺高科技“发光树”组成的,在2009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，并得到了全球的高度肯定。所谓“光立方”：就是在平面LED基础上发展起来的新的显示技术，通过复杂的程序控制，在三维空间能够显示具有立体感的图形、动画等。由此，也掀起了光立方的设计与学习热潮，在原有的基础上不断增加难度，增加变换花样，吸引电子爱好者对其研究、创新。

1.2 研究的意义

光立方作为一种特殊的显示资源，已用于一些广告行业、家庭、娱乐厅、会议室、大型演唱会、城市地标广场等场所的布置和装饰，还可以用于更广泛方面，具有广阔的应用前景。

随着社会经济的不断进步，人们对LED显示器的认识不断加深，其应用领域越来越广。目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。而且,光立方的研究对未来的3D技术有很大的借鉴和启发作用。

2 设计要求和方案介绍

2.1 设计要求

光立方上电或按键复位后能自动显示P.，进入准备工作状态。光立方可以通过键盘选择显示花样，切换花样，停止显示。要求4×4的光立方硬件，并且显示四种及以上花样。

2.2 方案介绍

2.2.1 系统整体框图

系统主要由主控电路、时钟电路、复位电路、驱动电路、电源电路、独立键盘电路、数码管显示电路、LED光立方电路组成；时钟电路、复位电路和独立键盘电路作为单片机输入，LED光立方电路和数码管显示电路作为单片机输出，系统框图如图1所示。

图1 系统框图

2.2.2 光立方发光原理

光立方设计采用的是4*4*4的模块，采取层共阴，竖共阳的接法，即每一层的LED灯引出一个阴极。共阴极直接接到AT89S52单片机的P3口线的P3.7-P3.4，竖共阳引出16根导线通过74HC573锁存器接到单片的P0口和P2口。独立式键盘接到P1口线。数码管显示电路接到P0口和P2口。通过编写C 语言程序使光立方按不同的花式变化。

3 系统硬件电路设计

3.1 主要元器件的介绍

3.1.1 AT89S52芯片介绍

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵活的8位CPU 和在系统可编程Flash ，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S52单片机引脚图如图2所示。

图2 AT89S52引脚图

VCC 和GND ：分别为外接电源和接地。

P0-P3：为输入/输出口线。其中P3口每一位有第二功能

RST/VPD ：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平时间。

ALE ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地址字节。在Flash 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

_________PSEN ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期两次_________

PSEN 有效。 Vpp EA /____：当____EA 保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH ），

不管是否有部程序存储器。