光立方设计说明书

《单片机技术》课程设计说明书

光立方

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湖南工学院《单片机技术》课程设计课题任务书

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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 (9)

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 (19)

参考文献 (20)

致谢 (21)

附录 (22)

附录A 原理图 (22)

附录B 实物图 (24)

附录C 元件清单 (25)

附录D 程序清单 (26)

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。

二十一世纪将是平板显示的时代，基础材料产业化，使LED灯生产工艺更加完善，成本更低，应用加快发展。LED产品性能的提高，使全彩显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到了比较理想的效果，完全可以满足各种相对复杂的坏境条件要求。同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年中的发展中，全彩LED 3D显示屏在户外广告媒体中越来越多的代替传统的磁翻板、灯箱、霓虹灯等产品，体育场馆、舞台的显示方面全彩LED 3D显示屏更会成为主流产品1。全彩色LED 3D显示屏的广泛应用会是LED 3D显示产业如发展的一个新的增长点。未来LED 3D显示屏会向着规范化、标准化、产品结构多样化等方向发展。

目前，我国主要的LED广告大屏幕制造厂商主要集中在华北、华东、华南区域，大型制造商的市场范围几乎覆盖了整个中国市场。国产LED大屏幕性价比比较高，以其独有的优势占据了很大一部分市场份额。我国LED显示屏产业的快速发展，逐步形成了一批具有一定规模的骨干企业，而且产品不断推陈出新，使LED显示屏产业成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。

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。