学期项目设计报告光立方

微控制器的应用实训

学期项目设计报告

完成日期：2013年12月17日

目录

1摘要

本设计制作出一个三维立体显示图案的lED光立方。本产品不仅可以像发光二极管点阵一样显示平面的静态或动态画面，还可以显示立体的静态或动态画面，打破了传统的平面显示方案。同时又增加了显示的花样和立体图案显示效果，可以广泛用于传媒信息显示和各种装饰显示，为将来显示技术的进步和发展指导了方向，光立方显示比发光二极管点阵更具有视觉效果，而且画面图案更加丰富多彩。

本设计是用采为核心控制器，ATMga32PU扩展I/O口，完成硬件电路设计。通过软件编程控制数据下载到单片机完成设计图案的显示。软件采用自上而下的模块化设计思想，使系统朝着分布式、小型化方向发展，增强系统的可扩展性和运行的稳定性。

我们的光立方主要功能是在整体上实现画面立体的显示，实现动态的实时

3D显示效果，同时可以根据要求改变程序的数组部分就可实现画面的自主定义，也可自己写更多美轮美奂的图形。即可显示出我们想要的3维立体图形，字母，数字，也可实现图形字母数字的来回变换，移动和交替的变换，达到不间断的变换效果。

2绪论

中国LED等从上个世纪90年代初开始起步，之后都处于快速发展中，2007、2008年为发展最快的两年。时至今日，LED显示屏已应用于各行各业中，现在就让我们来说说中国LED显示屏行业风风雨雨走过的20载。

目前中国LED显示屏的产能远远大于市场需求，产能过剩明显。增长放缓也造成了目前LED显示屏行业僧多粥少的局面。价格将成为推动LED显示屏市场快速发展的第一要素。目前LED显示屏行业大打价格战，毛利率进一步下降的同时也削弱了厂商自身的盈利能力。目前LED显示屏产业的细分化程度非常高，不仅配件材料供应格局稳定，同时各项配件材料毛利率也大幅降低。

LED显示屏是由多种配件材料组装而成，主要的技术集中在LED灯珠、控制系统、驱动IC、驱动电源四个方面。对绝大多数LED显示屏厂商而言，并不拥有绝大部分核心技术以及专利。因此，LED显示屏厂商很难通过技术革新实现快速发展，更多依靠稳定的渠道或工程项目。

从目前的发展情况来看，渠道商或工程项目都成了LED显示屏厂商争抢的稀缺资源。有实力的LED显示屏厂商都有着稳定的渠道或者工程项目。由过亿元LED显示屏厂商所构成的上层格局已经形成，新进厂商想要打开渠道不仅难度大，代价也很大。

3光立方项目方案

由于刚接触Arduino，对它的认识还只是皮毛。学校安排的微控制器实训，对我来说很有挑战，我也很感兴趣，我想到了做光立方，由于对着方面了解太少，所以我买的套件（圣源淘宝买的），PCB板算是成品，我的能力暂时做不出来，请老师谅解!（pcb板只是焊上了芯片和贴片电阻）。

此次所做光立方为8*8*8的为3d8s光立方，大体介绍如下：

3.1硬件：

光立方驱动板(PCB板），Arduino主控板（也可用我们上课用的Arduino

uno 板！），US B数据线，512个3mm雾面蓝色led，另外用四个led做

驱动板的垫脚！。

硬件上的重点是512个led的焊接！焊接方法大体如下：

1.需要自制一个led搭接板，尺寸为*，分为六十四个格，点与点的间距为。

3.2光立方的点阵部分，步骤：

（1）先把512个LED，负级全部弯成90度

(2）摆到搭建模版上，进行负极与负极间的焊接，一共是8列。

(3) 歪曲正极90度，进焊接，一共7列。（此为一层，此焊法，共焊8层！）

3.3焊接注意事项：

焊好的led点阵插到PCB板上用上位机led全亮指令，测试。

3.4软件：

用Arduino编程软件编程，也可利用上位机实现LED的焊接，把2个LED 的负极焊接在一起（注意焊接时候速度要快，要不然温度会损害LED.还有就是LED的负极不要碰到正极）。

弯曲的正极，要和负极间有一定的距离。

全部的正极弯曲成 90度，至于负极的上层。注意！只要弯曲7列就可以了，最后一列不用弯曲。（最后用来连接层用的）

测试led点阵，用上位机测试，将led的变幻（此方法不需要编程）。

3.5整体框图

4系统硬件

4.1CPU：

微处理器的英文缩写是CPU，即中央处理单元，是计算机的核心部分，计算机完成的每一件工作，都是在它的指挥和干预下完成的。计算机配置的CPU的型号实际上代表着计算机的的基本性能水平

4.2 LED灯：

即发光二极管，是一种半导体固体发光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。

本项目所需是蓝色LED灯。

4.3 PCB板：

就是印刷电路板（Printed circuit board，PCB）。它几乎会出现在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电子零件，它们都是镶在大小各异的PCB上的。除了固定各种小零件外，PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。

随着电子设备越来越复杂，需要的零件自然越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了。裸板（上头没有零件）也常被称为"印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）"。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处

掉，留下来的部分就是变成网状的细小线路了。这些路被称作导线（conductor partern）

或称布线，并用来提供PCB上零线的电路连接。

通常PCB的颜色都是绿色或棕色，这是阻焊漆（solder mask）的颜色。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面（silk scrccn）。通常在这上面会印上文字符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面（legend）。

4.4 Arduion板：

Arduino是一块基于开放源代码的USB接口Simple i/o接口板（包括12通道数字GPIO，4通道PWM输出，6-8通道10bit ADC输入通道），并且具有使用类似Java,C语言的IDE集成开发环境。

4.5 Arduino uno R3板：

Arduino UND是Arduino USB接口系列的最新版本，作为Arduino的平台的参考标准模板。UND的处理器核心是ATmega328，同时具有14路数字输入/（其