1、河北聯(lián)合大學(xué)課程設(shè)計報告書項目名稱：3D4光立方班級：2014/12/13目錄、摘要、設(shè)計目的與要求2.1 設(shè)計目的2.2 設(shè)計要求三、方案設(shè)計3.1 硬件方案設(shè)計3.1.1 系統(tǒng)流程圖3.1.2 STC89C52RC 單片機3.1.3 單片機資源及配置3.1.4 復(fù)位電路3.1.5 時鐘電路3.2 軟件方案設(shè)計3.3 電源模塊的實現(xiàn)四、電路原理圖4.1 最小系統(tǒng)原理圖4.2 各層 LED 引腳圖五、測試及分析5.1 測試方法及結(jié)果5.2 分析與結(jié)論六、實物圖展示七、心得體會八、參考文獻 附件、摘要：當今社會， 隨著電子行業(yè)的不斷發(fā)展， 單片機憑借著其極高 的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注，

2、應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅猛。 單片機體積小，質(zhì)量小，抗干擾能力強，對環(huán)境要就不高，價格 低廉，靈活性好， 已廣泛的應(yīng)用在工業(yè)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(xiàn)代生產(chǎn)和生活 中不可缺少的一部分。此次數(shù)電課程設(shè)計，我們采用的是 STC89C52RC 系列的單 片機，利用此單片機來控制一個“光立方” 。光立方顧名思義就 是一個立方體，我們采用的是 4*4*4 的模式，將 LED 燈分成四 層，利用程序來編寫各種不同的效果來控制 LED 的亮滅，最終 使得整個立方體展現(xiàn)不同的造型和圖案， 使其變得美輪美奐， 絢 麗多彩?！娟P(guān)鍵詞】立體點陣 STC89C52 單片機二、

3、設(shè)計目的與要求2.1 設(shè)計目的進一步掌握了模電和數(shù)電的知識。熟悉 LED 點亮條件及其工作原理。熟悉光立方顯示的原理及其相關(guān)的線路連接。 通過此次的電路焊接和調(diào)試提高自己的動手及其分析問題的能力。2.2設(shè)計要求.利用單片機控制4*4*4的LED光立方顯示一些3D的圖 形，通過編程編寫一些程序控制單片機輸出一些高低電平從而控 制某個和某些LED等亮和暗，由此來通過燈光顯示一些 3D圖形。 設(shè)計內(nèi)容包括了時鐘電路、復(fù)位電路、三極管驅(qū)動電路、LED光立方電路等幾部分的設(shè)計。編寫完程序后，進行實物的焊接，將程序燒寫到單片機 上，最后進行調(diào)試。三、硬件方案設(shè)計3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.1.2 STC89C

4、52 單片機STC89C52RC| 腳團;T2/P1.0 EZT2EX/P1. 1Pl. 2 匚Pl, 3 EZPL 4 匸;PL 5匸Pl. 6 二PL 7 EZRST匚 RXD/P3.0 I TXD/F3. 1 匚二 INT0/P3. 2 INT1/P3.3 匸T0/P3.4 |T1/P3.5 _WR/P3.6 二RD/P3.7 匸XTAL2 匚XTAL1 匚vss 匚二12 3 4 IX lx 1±- 1-20PDIF400 9 8 7 6 5 4-3433 3 3 3 332 10 9 8 73 3 3 2 2 2一 VCCPO. O/ADOPO. 1/AD1PO. 2/AD

5、2PO, 3/AD3PO. 4/AD4:PO, 5/AD5PO.6/AD6Z PO.7/AD7 EA J ALEV 咖 GPSENP2. 7/A15P2. 6/Al 4J P2, 5/A131 P2. 4/A12 P2, 3/AU P2.2/A10P2,1/A9P2. 0/A8STC89C52RC| 腳圖1.STC89C51RC/RD+系列單片機（包括 STC89C52RC）是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾、咼速、低功耗的單片機，基于In tel 標準的8052,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051系列單片機，12時 鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，最新的 D版本內(nèi) 集成MAX810專用

6、復(fù)位電路。2主要特性STC89C51RC/RD增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器 周期 8051CPU。STC89C51RC/RD 工作電壓：5.5V - 3.4V（5V 單片機）/ 3.8V -2.0V（3V單片機）STC89C51RC/RD工作頻率范圍：0 - 40 MHz,相當于普通 的8051的080 MHz，實際工作頻率可達到 48MHz。STC89C51RC/RD 用戶應(yīng)用程序空間 4K、8K、13K、16K、 20K 、 32K、64K 字節(jié)。STC89C51RC/RD 片上集成 1280 字節(jié)、512 字節(jié) RAM。STC89C51RC/RD 通用 I/O（32/36 個）

7、，復(fù)位后為： P1、P2、 P3、 P4（PDIP-40 封裝是沒有引出 P4 口的 ）是準雙向口、弱上拉 （普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口 ）， P0 口是開漏輸出， 作為總線拓展用時， 不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需要加上拉電阻。STC89C51RC/RD ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程）， 無需專用編程器、仿真器可通過串口直接下載用戶程序， 8K 程 序 3 秒即可完成。STC89C51RC/RD 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 （D 版 本才有 ），外部晶體 20M 以下時，可省外部復(fù)位電路。STC89C51RC/RD 共 3 個 16 位定時器、計數(shù)器

8、，其中定時 器 0 還可以當成 2 個 8 位定時器使用。STC89C51RC/RD 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸 發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚 醒。STC89C51RC/RD 通用異步串行口 （UART） ，還可以用定時 器實現(xiàn)多個 UART。STC89C51RC/RD 工作溫度范圍：0 - 75攝氏度/ -40 -+85攝氏度。STC89C51RC/RD掉電模式：典型功耗0.1uA，可以由外部 中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行源程序。STC89C51RC/RD空閑模式：典型功耗 2mA，可有由任何 中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行源程序。STC

9、89C51RC/RD正常工作模式：典型功耗 4mA7mA3.1.3單片機資源分配情況將4*4*4的LED光立方分4層又分為左右兩部分，由單片 機的P2端口來控制陰極，每四個P2的I/O 口控制一個部分，給 低電平有效。再由P1 口經(jīng)PNP三極管控制陽極，給低電平有效。 PNP三極管的集電極接 LED燈的正極，基極接 P1的I/O 口，發(fā) 射極接VCC。這樣就可以通過控制每個口的輸出信號來控制每 個的亮滅。3.1.4復(fù)位電路1S一20uFC3R1IL9297ARST10kPSEN【復(fù)位電路圖】通過某種方式，是單片機內(nèi)部各類寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。單片機的復(fù)位是通過外部電路來實現(xiàn)的，

10、復(fù)位 引腳 RET 通過一個施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連接，施密特觸 發(fā)器用作噪聲抑制， CPU 在 RET/VPD 引腳上連續(xù)采集到兩個機 器周期的高電平后就可以完成復(fù)位操作了， 但實際應(yīng)用時， 復(fù)位 電平的脈沖寬度一般大于 1ms。復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位、手 動按鍵復(fù)位和看門狗復(fù)位三種方式，本次采用的是上電復(fù)位方 式。3.1.5 時鐘電路 單片機的各個功能部件的運行都是是時鐘控制信號為基準， 一拍一拍的工作。 因此時鐘頻率直接影響單片機的速度， 時鐘電 路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 常用的時鐘 電路設(shè)計為內(nèi)部時鐘方式， 單片機內(nèi)部有一個由反向放大器構(gòu)成 的震蕩電路，芯片上

11、的 XTAL1 和 XTAL2 分別為震蕩電的輸入和 輸出端。只要在這兩個引腳上接一個石英晶體振蕩器和兩個微調(diào) 電容就構(gòu)成內(nèi)部方式的振蕩器電路， 有振蕩器產(chǎn)生自激振蕩， 便 構(gòu)成一個完整的震蕩信號發(fā)生器。 一般選用石英晶體振蕩器。 此 電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振，在 XTAL2 引腳產(chǎn)生 幅度為 3V 左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶振 的頻率確定。電路中兩個電容 C1、 C2 的作用有兩個：一是幫助 振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。本系統(tǒng)的C1、 C2的值為 33pf 。3.2 軟件設(shè)計LED 立體點陣驅(qū)動顯示方案LED立體點陣是一種新萌發(fā)的具有 3D效果

12、的。LED立體點陣系統(tǒng)可以顯示文字，數(shù)字，圖形等生動逼真，立體感強。用單 片機驅(qū)動 LED 燈有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動 態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能， 單片機將所要顯 示的數(shù)據(jù)送出后就不再起作用， 直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時 再傳送一次新數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時間。動 態(tài)顯示需要 CPU 時刻對顯示器件進行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃 爍感，占用的 CPU 時間多。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯 示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時間，但每個顯示單元都需 要單獨的顯示驅(qū)動電路， 使用的硬件較多；

13、 動態(tài)顯示雖然有閃爍 感，占用的 CPU 時間多，但使用的硬件少， 能節(jié)省線路板空間。 如果用靜態(tài)顯示的方法 ，LED 立體點陣共有 64 個發(fā)光二極管， 單片機沒有那么多的端口， 如果用鎖存器來擴展端口， 按 8位鎖 存器來計算， 也需要 8 個鎖存器。 因此在實際應(yīng)用都不采用靜態(tài) 顯示，而是采用動態(tài)掃描的顯示方法。此次設(shè)計的要求是立體點陣的花樣變化， 采用動態(tài)顯示， 掃 描電路就可以實現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動器。 LED 立體點 陣的控制方式和16X 64的點陣屏控制方式是一樣的。拿 16X 64 的點陣屏來說， 把所有同一行的發(fā)光二極管的陽極連在一起， 把 同一列的發(fā)光二極管的陰極連

14、在一起（共陽接法） ，先送出對應(yīng) 的第一行發(fā)光二極管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存， 然后選通第 1 行使其亮 滅的時間，然后熄滅；再送對應(yīng)的第二行的數(shù)據(jù)，依次下去，直 到第 16 行。整個來回的時間的時間很短，由于人眼的視覺暫留 現(xiàn)象，就可以看到顯示在屏幕上的穩(wěn)定的圖像了。 采用掃描方式進行顯示時， 每行一個行驅(qū)動器， 各行的同名列共 用一個列驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按 8 位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上， 這就存在著一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。 從控制電路到列驅(qū)動器的 數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。 顯然，采用并行方式時， 從控制電路到

15、列驅(qū)動器的線路數(shù)量大， 相應(yīng)的硬件數(shù)目多。 當列 數(shù)很多時，并行傳輸?shù)姆桨覆豢扇?。采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ?控制電路可以只用一根信號線， 將列數(shù)據(jù) 一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面比較經(jīng)濟。但是，串行傳輸 過程較長， 數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器， 只有當一行 的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿缓?，這一行的各列才能并行地進行顯 示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解為列數(shù)據(jù)傳輸和列數(shù) 據(jù)顯示兩個部分。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)傳輸和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題， 可以采用重疊處理的方法。 即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時， 傳送 下一行的列數(shù)據(jù)。 為了達到重疊處理的目的， 列數(shù)據(jù)的顯示就需 要具有鎖存的功能。 經(jīng)過上述

16、分析， 歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具備 的主要功能， 對于列數(shù)據(jù)段傳輸來說， 應(yīng)能實現(xiàn)串入并出的移位功能；對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。綜上所述，此次設(shè)計采用動態(tài)掃描方式驅(qū)動 LED立體點陣顯示， 采用串入并出的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和采用并行鎖存的方法實現(xiàn) 數(shù)據(jù)顯示。3.3電源模塊的實現(xiàn)該設(shè)計中電源實現(xiàn)借助 USB接口，將作品接入電源 USB 輸出口，可直接實現(xiàn)5V電壓的輸入。四、電路原理圖111.0?iSW-PI!R2I0KI'l'-pl.2ti I 4pl.6n.?'TT衛(wèi)衛(wèi)¥¥1P1 0vccPl"1P0 7PI 2#Pfl 6PI

17、 3 gR) 5Pl 4Pfl 4Pl 5P0 3ri 6 uP0 2Pl 7P0 1RSTK) 0P3 0/PXD卜 Vpp門 1 TXDAI.F.P3 ?1NTOPSENP3 3umP2 7門 4/TOP2 6ps 5/nP2_5P3儷kP2 4卩3 7/RDP2 3> XTAL2P2 2a XTALIP2 1GNDP2,0392383374365356弭33X329H30is心7曲Q1,25i23 必2nil21' n?O73Ik6712VI士單片機鼠小條班GXDvccvccQi PNP0DllI>12IXLEDl "JaLED!D161 "|&g

18、t;LEDni7 pi>LED 1 1D20【)21IEl)T【F【>I)O1 Ir>i2VXLFO!013SL-FO!r 1)14>kLED)D18*LED】;DID26VLEDl1)14EDI節(jié)1msIXLED016】 | "skLED017L>1K|>KLED1節(jié)1L>19FOL>2O1 | FQ021| 【.ElL>22 J -FtJ 1午*TXLFOl>241|LFDp2<z»025J LEO丹0D2isIkLFDIvccvrccvccQ2 PNPQ3I7Q4 PNPQIPNPOQ2 PNPQ3&q

19、uot;7vccQ4PNPvccQ2QI3 PXIP03v< caLED!1)14LEDl3 PNP25EDDISSLEDlD22XI FIJID26S>KLED1五、測試及分析5.1測試方法及結(jié)果首先給單片機供電，然后輸入程序，運行后發(fā)現(xiàn)光立方有的部分 沒亮，于是查看電路，發(fā)現(xiàn) 74HC154的一個管腳的排針沒焊好，于 是重新把這個排針焊了上去，再重新運行，然而光立方仍不能按照程 序以不同模式發(fā)光，經(jīng)過分析電路及原理我們 給電路加上了八個三 極管進行 電流放大，最后光立方可以按照程序以不同模式發(fā)光 。5.2分析與結(jié)論經(jīng)過調(diào)試后，光立方能夠按照總體設(shè)計，以正確的順序和圖案發(fā) 光，達

20、到了設(shè)計的要求。六. 實物圖展示七.心得體會此次為期半個多月的課程設(shè)計，讓我感受頗深。最終看到了絢麗多姿，變化多端的 LED光立方的圖案。在這半個多月的學(xué) 習中，在很大程度上培養(yǎng)了自己的獨立思考及其動手能力。學(xué)會了自己獨立的發(fā)現(xiàn)問題、 分析問題。盡管此次設(shè)計過程中遇到很 多，但還是一步一個腳印的解決了。此次設(shè)計讓我們認識到，自 己還有好多的知識需要去學(xué)習。在大學(xué)的期間，要好好的提升自己的相關(guān)技能。八.參考文獻1張毅剛新編MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2003 2.朱兆優(yōu)、陳堅等.單片機原理及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社2010.18 3秦曾煌電工學(xué)高等教育出版社.20094. 歐陽

21、斌林 .單片機原理及應(yīng)用 .中國水利水電出版社 20065. 潭浩強 . C 程序設(shè)計 .北京航空航天出版社6. 付曉光 .單片機原理與實用技術(shù) .清華大學(xué)出版社7. 鄒壽彬 .電子技術(shù)基礎(chǔ) .清華大學(xué)出版社8. 許熙文 .電路基礎(chǔ) .高等教育出版社附件#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charvoid delay1(uint a)uint i,j;for(i=a;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-);void d

22、elay2(int x) int i;for(i=x;i>0;i-);void light1()unsigned char code yinP12= 0x0f,0xf0;unsigned char code yangP228=0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0x7F,0xBF,0xDF,0xEF, 0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,0xF7,0xFB,0xFD,0xFE;uint i,j;for(i=0;i<2;i+)for(j=0;j<8;j+)P1=yinP1i;P2=yangP2ij;delay1(275);void light2()unsigned ch

23、ar code yinP18=0xFE,0x7F,0xFD,0xBF,0xFB,0xDF,0xF7,0xEF; unsigned char code yangP288= 0xfe,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F, 0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,0xfe,0xFD,0xFB,0xF7, 0xfe,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F, 0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,0xfe,0xFD,0xFB,0xF7, 0xfe,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F, 0xEF,0xDF,

24、0xBF,0x7F,0xfe,0xFD,0xFB,0xF7, 0xfe,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F, 0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,0xfe,0xFD,0xFB,0xF7;uint i,j;for(i=0;i<8;i+) for(j=0;j<8;j+) P1=yinP1i; P2=yangP2ij; delay1(275);void light3()uint i,led,cycle=400;i=4;P1=0x00;while(i)i-;for(led=0;led<cycle;led+)P2=0x00; delay2(led)

25、;P2=0xff; delay2(cycle-led); for(led=cycle;led>0;led-)P2=0x00;delay2(led);P2=0xff;delay2(cycle-led);void light4()unsigned char code yinP15=0x7E,0x3C,0x5A,0x66,0xE7;unsigned char code yangP224= 0X00,0XF0,0X0F,0XAA, 0X55,0XCC,0X33,0X66;uint i,j,k;for(i=0;i<2;i+)for(j=0;j<4;j+)P2=yangP2ij;for(

26、k=0;k<5;k+)P1=yinP1k;delay1(275);void light5()unsigned char code yangP27= 0XEE,0XDD,0XBB,0X77,0XBB,0XDD,0XEE;uint i;for(i=0;i<7;i+)P1=0x00;P2=yangP2i;delay1(275);void light6()unsigned char code yinP14=0xF0,0x0F,0xF0,0x0F;unsigned char code yangP24= 0XB7,0XDE,0XDE,0XB7; uint i;for(i=0;i<4;i+

27、)P2=yangP2i; P1=yinP1i; delay1(275);void light7()unsigned char code yinP18=0xFE,0x7F,0xFD,0xBF,0xFB,0xDF,0xF7,0xEF; unsigned char code yangP288= 0xfe,0xFD,0xFB,0xF7,0x7F,0xBF,0xDF,0xEF, 0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,0xF7,0xFB,0xFD,0xfe, 0xfe,0xFD,0xFB,0xF7,0x7F,0xBF,0xDF,0xEF, 0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,0xF7,0xFB,0xFD,0xfe, 0xfe,0xFD,0xFB,0xF7,0x7F,0xBF,0xDF,0xEF, 0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,0xF7,0xFB,0xFD,0xfe, 0xfe,0xFD,0xFB,0xF7,0x7F,0xBF,0xDF,0xEF, 0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,0xF7,0x